基于OpenFOAM旋轉(zhuǎn)彎曲通道內(nèi)流動數(shù)值模擬

對低碳鋼等徑彎曲通道變形進行了數(shù)值模擬,并分析了它的顯微組織.通過有限元數(shù)值模擬,獲得了低碳鋼成形等徑彎曲通道變形載荷的變化規(guī)律和等效應(yīng)變分布規(guī)律.載荷模擬結(jié)果表明,摩擦因子越大,變形載荷也越大,當(dāng)摩擦因子為0.408時,其成形載荷約為無摩擦?xí)r的21倍,載荷數(shù)值模擬與實驗結(jié)果基本相吻合.此外,結(jié)合所揭示的等效應(yīng)變分布特點,對一道次等徑彎曲通道變形后試樣橫截面上的微觀組織分布進行了分析,表明下表面處的材料晶粒細化程度比上表面處的大,因此這種分布特點與等效應(yīng)變分布是相互一致的.

對旋轉(zhuǎn)矩形通道內(nèi)的湍流流動和換熱進行了直接數(shù)值模擬.非穩(wěn)態(tài)n-s方程的空間離散采用二階中心差分法,時間推進采用二階顯式adams-bashforth格式.分析了旋轉(zhuǎn)對通道截面上主流平均速度、截面流速以及截面平均溫度的影響,結(jié)果表明:在不考慮離心力的作用時,隨旋轉(zhuǎn)數(shù)的增大,管道截面的平均速度減小,平均湍動能減小,與靜止時相比,旋轉(zhuǎn)數(shù)為1.5時平均湍動能減小了33%;在考慮離心力的影響時,對于徑向旋轉(zhuǎn)軸向出流,平均速度增大,平均湍動能增大,而對于徑向旋轉(zhuǎn)軸向入流,結(jié)果相反.在旋轉(zhuǎn)數(shù)為1.5時,與不考慮浮升力相比,對于徑向旋轉(zhuǎn)軸向出流,平均湍動能增大了17%,而對于徑向旋轉(zhuǎn)軸向入流,平均湍動能減小了43%.

結(jié)合生產(chǎn)實際,針對大口徑蝶閥,運用商用流體計算軟件fluent,對其不同開度情況下的流場形式進行了三維數(shù)值模擬分析。特別是根據(jù)分析結(jié)果對大口徑蝶閥結(jié)構(gòu)進行了相應(yīng)的改進。分析表明,改進后的蝶閥性能明顯提高,流阻系數(shù)明顯降低,對閥門優(yōu)化設(shè)計有著積極的借鑒作用。

應(yīng)用cfd通用軟件fluent模擬了py140型搖臂式噴頭的內(nèi)流道在安裝兩種常用穩(wěn)流器和不安裝穩(wěn)流器情況下的三維黏性流場,分析了三種穩(wěn)流器情況下噴頭流量、內(nèi)流道靜壓力分布以及出口斷面平均湍動能隨進口工作壓力的變化規(guī)律,并進行了試驗驗證。研究結(jié)果表明不同進口工作壓力下噴頭流量的計算值要高于實測值約11%,但兩者的變化趨勢非常一致。噴頭安裝穩(wěn)流器有助于消除內(nèi)流道中的渦流和橫向流,降低噴頭出口湍動能值,但在一定程度會增加內(nèi)流道阻力損失,影響噴頭的過流能力。此外,常用的90°出口擴散角的圓錐形噴嘴容易在噴嘴出口附近產(chǎn)生逆流。數(shù)值模擬和試驗表明,減少噴嘴出口擴散角可改善噴嘴出口流態(tài),提高噴頭流量。

利用計算流體力學(xué)軟件fluent,采用數(shù)值模擬方法究了幅值不同的兩種波紋管傳熱狀況,發(fā)現(xiàn)幅值為4mm的波紋管的傳熱狀況優(yōu)于幅值3mm波紋管的傳熱狀況,這是由前者管內(nèi)湍流強度高于后者所致。同時,回歸了兩波紋管的換熱準(zhǔn)則方程,為波紋管的校核計算及工程應(yīng)用提供依據(jù)。

在雷諾數(shù)re為6000,旋轉(zhuǎn)數(shù)ro為0~0.26內(nèi),數(shù)值模擬了旋轉(zhuǎn)光滑徑向出流通道的內(nèi)流動與換熱分布,分析了哥氏力對旋轉(zhuǎn)管流的作用機理。計算結(jié)果表明,切向哥氏力推動了通道截面內(nèi)的雙渦二次流,徑向哥氏力則使得近側(cè)壁流體加速和中心流體減速。換熱計算結(jié)果從定性趨勢上吻合公開文獻中的實驗現(xiàn)象,反映了旋轉(zhuǎn)附加力的基本影響規(guī)律。

用商業(yè)軟件模擬復(fù)雜層板中冷卻介質(zhì)流動特性,以粒子圖像速度(piv)測量技術(shù)獲得的實驗數(shù)據(jù),驗證所選擇的數(shù)學(xué)模型和數(shù)值方法。實驗是在確定的徑高比1及入口雷諾數(shù)4.1×104下進行的。用驗證的數(shù)學(xué)模型及數(shù)值方法,向上下擴展雷諾數(shù)至2.05×104及8.2×104,改變層板徑高比至0.5及2.0,模擬這兩個參數(shù)變化對層板內(nèi)冷卻介質(zhì)流場的影響。模擬結(jié)果指出:在相同的徑高比下,入口雷諾數(shù)的改變對層板內(nèi)冷卻介質(zhì)流動特性影響很小;相反在相同的入口雷諾數(shù)下,徑高比改變對層板內(nèi)冷卻介質(zhì)流動特性有明顯的影響。

等徑彎曲通道變形(equalchannelangularpressing簡稱ecap)由于能直接制備塊狀超細晶材料而備受關(guān)注。介紹了等徑彎曲通道變形(ecap)及有限元數(shù)值模擬的基本機理,并在此基礎(chǔ)上討論了有限元模擬在ecap變形中的研究及發(fā)展現(xiàn)狀。隨著ecap的深入研究和工業(yè)化的進一步發(fā)展,有限元數(shù)值模擬必然在該領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

在多尺寸組模型的基礎(chǔ)上,從加熱壁面上脫離汽泡的受力分析入手,對液氮過冷流動沸騰模型進行了修正。將新模型應(yīng)用于環(huán)形通道內(nèi)液氮過冷流動沸騰的數(shù)值模擬,同時為了比較,采用基于kirichenko,fritz汽泡脫離直徑公式的多尺寸組模型對同一管道內(nèi)液氮過冷流動進行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明:結(jié)合脫離汽泡受力分析模型的多尺寸組模型可用來預(yù)測流動沸騰過程中的汽泡起飛直徑及其變化趨勢。同基于kirichenko,fritz汽泡脫離直徑公式的多尺寸組模型相比,新模型有助于改善管道內(nèi)汽泡尺寸分布以及空泡系數(shù)的預(yù)測,從而有助于準(zhǔn)確分析彈狀汽泡及間歇泉的形成。

應(yīng)用cfd數(shù)值模擬軟件fluent,對具有復(fù)雜通道的比例流量控制閥進行數(shù)值模擬,分析其壓力損失,并通過對比例閥的最大模擬流量值與實驗值的比較,驗證應(yīng)用fluent模擬比例閥的內(nèi)部流場是可靠的,為進一步應(yīng)用fluent對比例閥進行特性分析、改進比例閥設(shè)計提供依據(jù).

采用cfx等計算流體動力學(xué)軟件,通過氣熱耦合數(shù)值模擬方法,對比分析了梯形冷卻通道和矩形冷卻通道內(nèi)空氣的流動和換熱特性.

王國軍搜集整理 旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗所得p—s—n曲線的ap和bp值 σlglgpapnp+= 不同存活率戶下的ap和bp 材料 熱 處 理 強度極限 σ(mpa) 試樣 p (％) 5090959999．9 ap41．178239．186038．619937．559536．3713 a3鋼 執(zhí) 軋455 ф9．48mm 喇叭形試樣 bp-14.6745-13．8996-13.6793-13．2668-12．8046 ap50．786841．180338．456l33．345027．620635鋼正 火 569同上 bp-18．4030-14．6370-13.5690-11．5652

采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型和壁面函數(shù)法對多管式高效空氣過濾器進行了數(shù)值模擬研究,得到濾管內(nèi)部速度場和壓力分布的一些規(guī)律,并對濾料阻力進行分析。同時與實驗結(jié)果進行了對比分析,驗證了此方法的可靠性。

通過自定義函數(shù)和數(shù)值模擬方法研究泡沫流體在連續(xù)管中流動的壓降,并且對比了計算結(jié)果與模擬結(jié)果。對于泡沫在直管段內(nèi)流動,由于考慮了加速壓降和真實速度剖面的影響,模擬壓降比計算壓降大。對于泡沫在螺旋管段內(nèi)流動:由于泡沫具有壓縮性,其物性隨壓力變化,所以當(dāng)出口壓力不同時,同一位置處速度剖面和密度剖面不同;由于離心力的作用,速度剖面不對稱;出口壓力、注氣流量和曲率對壓降影響比較明顯。對連續(xù)管泡沫鉆井進行水力參數(shù)設(shè)計時,盡可能地提高注入壓力,可減少泡沫在螺旋管段流動的壓降。

多管式高效空氣過濾器內(nèi)流動的數(shù)值模擬——采用標(biāo)準(zhǔn)k-!模型和壁面函數(shù)法對多管式高效空氣過濾器進行了數(shù)值模擬研究,得到濾管內(nèi)部速度場和壓力分布的一些規(guī)律,并對濾料阻力進行分析。同時與實驗結(jié)果進行了對比分析,驗證了此方法的可靠性。

建立了燒結(jié)型表面多孔管多孔層的理論模型,應(yīng)用fluent軟件對去離子水在燒結(jié)型表面多孔管和光滑管豎直管內(nèi)的流動沸騰進行數(shù)值模擬,得到了不同流速下的氣相體積分布云圖和壓力場云圖,并利用場協(xié)同原理分析了管內(nèi)的速度、溫度場。結(jié)果表明,燒結(jié)型表面多孔管具有良好的強化沸騰傳熱性能,同時并未大幅度增加管內(nèi)壓力降。此外還分析了不同體積流速對沸騰汽化量的影響,研究表明,對于同一管型,管內(nèi)流速越小,汽化量越大。

本文利用上界定理計算等徑彎曲通道變形(ecap)的擠壓力,為ecap的模具設(shè)計、擠壓力的計算提供了一種可行的方法

利用三維有限元模型研究工業(yè)純鈦室溫等徑彎曲通道擠壓(ecap)變形過程,通過數(shù)值模擬分析模具通道夾角、外圓角及摩擦條件等參數(shù)對材料變形區(qū)的應(yīng)變分布及擠壓載荷的影響規(guī)律,獲得了在室溫下對工業(yè)純鈦進行ecap變形的最優(yōu)工藝參數(shù)。模擬結(jié)果表明:三維模型考慮了模具接觸及摩擦的影響,比二維平面模型更客觀、準(zhǔn)確地反映了試樣的應(yīng)變分布狀況。φ=120°,ψ=20°的模具參數(shù)為最優(yōu),試樣可在較低的擠壓載荷獲得較大的塑性變形,增加通道背部摩擦可擴大試樣主變形區(qū)體積,改善變形均勻程度。最終采用兩通道夾角φ=120°,外圓角ψ=20°的模具,在背部不潤滑的摩擦條件下成功實現(xiàn)了工業(yè)純鈦室溫等徑彎曲通道單道次變形。

用pro/e軟件建立噴頭內(nèi)流道的三維實體模型,選擇rngk-ε模型在cfd軟件fluent中模擬了雨鳥30psh型搖臂式噴頭在10種入口壓力和4種主噴嘴直徑組合下的內(nèi)流道流場,分析了噴頭主副噴嘴的流量、入口壓力與出口平均速度等參數(shù)的關(guān)系。研究結(jié)果表明:主噴嘴直徑增大時,副噴嘴流量幾乎不變;主、副噴嘴的流量分配比例由主噴嘴直徑?jīng)Q定,與入口壓力無關(guān)。入口壓力增大,主噴嘴出口平均速度增大,但副噴嘴出口平均速度不變。噴頭主、副噴嘴的平均湍動能隨入口壓力增大而增大,不受主噴嘴直徑變化的影響。主噴嘴出口靜壓力、湍動能和速度的標(biāo)準(zhǔn)差、副噴嘴出口靜壓力標(biāo)準(zhǔn)差與入口壓力近似成正比;而副噴嘴出口湍動能和速度的標(biāo)準(zhǔn)差隨主噴嘴直徑或入口壓力增大產(chǎn)生較大的無規(guī)律變化。噴頭內(nèi)流道流場的可視化結(jié)果顯示噴頭副噴嘴與彎管連接處靜壓力較大,接近噴頭入口靜壓力。

為研究玻璃珠彈丸在后混合水射流噴丸噴頭內(nèi)的運動軌跡和速度特性,根據(jù)液固兩相流動的拉格朗日離散相模型,應(yīng)用fluent軟件對噴頭內(nèi)液固湍流進行了數(shù)值模擬,得到了連續(xù)相的軸向速度和軸向動壓強,獲得了彈丸的運動軌跡和彈丸的軸向速度隨行程及時間的變化規(guī)律。結(jié)果表明,連續(xù)相在噴頭混合室入口處存在環(huán)形回流區(qū),在混合室內(nèi)呈非對稱流動;彈丸在噴頭內(nèi)的軸向速度沿行程分為4個階段,依次是彈丸在混合室內(nèi)的回流段、彈丸第1次加速段、彈丸在環(huán)形回流區(qū)的減速段和彈丸第2次加速段,其在彈丸噴嘴出口截面上靠近軸心的軸向速度達到連續(xù)相軸心最大軸向速度的94.77%。

重點分析比較了不同通道內(nèi)部流動的差別。計算結(jié)果表明:葉輪出口與非對稱蝸殼的相互影響是使葉輪通道內(nèi)部二次流動異常復(fù)雜的原因,也是導(dǎo)致風(fēng)機效率下降的主要原因。

運用fluent對具有復(fù)雜通道的比例閥進行了數(shù)值模擬,并分析了該閥的壓力損失,同時通過模擬比例閥的內(nèi)部流場驗證了其可靠性。結(jié)果表明:應(yīng)用fluent可以快速、可靠地分析具有復(fù)雜通道比例閥的特性,從而改進設(shè)計結(jié)構(gòu),使其滿足性能要求。