翼型优化在人工造流中的计算分析

针对国内潜水搅拌机主要依靠经验来选型以满足工程需求的问题,将潜水搅拌机设计与轴流泵相结合,利用轴流泵的水力设计方法--流线法对潜水搅拌机进行设计.采用多面体网格和边界棱柱层网格的混合网格划分方式,经CFD数值计算验证,得到的初始模型水力效果较好.在此基础上,统计初始模型速度环量分布规律,通过改变潜水搅拌机的出口安放角来改变速度环量沿径向的分布,对叶片翼型进行优化设计,得到了5种优化后的潜水搅拌机水力模型.在恒功率下进行对比分析,根据性能评判标准,最终发现环量分布规律1是潜水搅拌机搅拌效果最佳的翼型特征.研究可为潜水搅拌机叶片优化设计提供坚实的理论基础.     

潜水搅拌机三维两相流的数值模拟

根据潜水搅拌机实际尺寸,通过PRO/E软件建立三维模型,在Fluent6.3软件平台上,采用滑移网格模型、RNG K- 湍流模型、混合模型和Simple算法,对搅拌机在清水单相环境下以及污水-污泥两相环境下三维流动进行数值模拟。计算结果表明,搅拌机对水流轴向推动距离大,能满足设定的搅拌池长度要求,形成的搅动半径随水流的推进距离增大而增大。污水-污泥混合液中潜水搅拌机的轴向推流流速与单相流相比有所减小。在搅拌机下游一段距离内,由于搅动半径小,污泥在池底形成沉积。降低潜水搅拌机的安装位置后,搅拌机在搅拌池池底形成的流速变大,污泥沉降变弱。当搅拌机叶轮中心与池底距离减小至0.4m时,搅拌池已无明显污泥沉积现象,污水-污泥混合液的密度分布均匀。     

推流器布置对氧化沟流场特性的影响

针对环形跑道式氧化沟污泥沉积现象,在池形结构不变的前提下,改变推流器的布置位置,以STARCCM+软件为仿真平台,采用多面体网格划分方式,调用标准k-ε湍流模型,对4台推流器同时开启状态下进行全流场模拟.分析流道各断面的速度分布、整体流场的流速分布以及流场死区率(速度低于某一值所占区域的比例),寻找适合于该池型结构的推流器最优布置方式.结果表明:推流器的安装位置对流速的分布至关重要,其与中间导流墙的间距偏大或偏小都会导致流场速度分布不均匀,死区率较高,而当其间距为环形导流墙半径与偏置距离之和的0.85倍时,整体的流速分布最为均匀,主要断面的平均流速较高,且均在0.35 m/s以上,死区率最低;在环形导流墙背后以及中间导流墙的两端不可避免地会出现脱流区域,但可以通过改变推流器位置进行改善;在氧化沟的弯道处受推流以及壁面阻碍作用有明显的涡旋现象.     

多面体网格在离心泵内部流动数值模拟中的应用

针对非结构四面体网格在离心泵内部流动数值模拟中计算效率和离散精度方面的技术缺陷,采用聚合式多重网格方法生成的多面体网格及非结构四面体网格建立XA65/20型单级单吸离心泵内部流场的数值模型,利用Ansys Fluent 13.0对设计工况及多个非设计工况下离心泵内部流场进行了数值计算,得到其内部流场的静压、速度以及湍动能分布情况,并对其内部流动状态进行分析.在数值计算的基础之上,对样机进行了性能试验,预估泵的扬程及效率并与试验值进行对比分析.数值模拟结果表明:多面体网格收敛速度较快、残差曲线更为光顺、占用计算机内存较少,得到静压、湍动能分布更为均匀.模拟计算结果与试验数值的对比验证了多面体网格模拟计算值的可行性与准确性.从网格设置时间、计算成本、数值耗散3个角度分析,多面体网格能较好地应用在离心泵内部流动数值模拟中.     

潜水搅拌机分布对污水处理池搅拌效果的影响

为研究潜水搅拌机的分布对污水处理池内搅拌效果的影响,采用三维建模软件 Pro／E建立实体模型,利用ICEM大型软件对污水处理池进行非结构化四面体网格划分,在 Fluent 63计算流体力学软件平台上,采用动坐标系技术、RNG k-ε湍流模型和PIOS算法,对潜水搅拌机搅拌的污水处理池进行数值模拟,分析全池内流体的宏观流场与各截面速度流场分布,考察各潜水搅拌机的效率,同时对污水处理池内的流体平均速度及搅拌面积率进行了研究．计算结果表明:优选方案H中,3个潜水搅拌机转速为1 200 r／min,安装角度分别为45°,30°,30°,其搅拌面积率超过90％．在3个潜水搅拌机搅拌下,污水处理池内流体形成连续循环水流,搅拌充分,平均流速在0.3 m／s左右,符合潜水搅拌机工作要求．利用此方法,可为潜水搅拌机的实际工程应用提供参考依据．     

潜水搅拌机内部压力脉动特性分析

为深入研究由叶轮内压力脉动引起的潜水搅拌机振动的内部流场特性,利用大型计算流体软件Fluent 6.3和大型网格专用软件Gambit,采用RNG k-ε湍流模型和 PISO算法和滑移网格技术与刚盖假定方法,对潜水搅拌机搅拌的污水处理水池三维非定常湍流流场进行了数值模拟,在研究了叶轮区域及水池内流体流场特性基础上,分析了潜水搅拌机内部压力脉动特性研究.研究结果表明:潜水搅拌机搅拌叶轮内部以及叶轮附近的流体具有很明显的周期流动变化,高压低速区和低压高速区均随着叶轮的旋转而发生周期转动.叶轮进出口以及内部的压力脉动频率以叶轮转频为主.研究结果可为潜水搅拌机的实际工程应用提供参考.     

带导流壳的污水处理搅拌机流动分析与试验

利用Fluent 6.3计算流体力学软件,对带导流壳的污水处理搅拌机搅拌的污水处理池进行了数值模拟,分析了全池内流体的流场。并对污水处理搅拌池内流体流场分布进行了试验研究,通过空间布点测量了污水处理池内不同位置流体速度。利用 Excel软件绘制了污水处理搅拌池内不同位置的截面上的流体速度分布图,分析了池内流体速度分布规律。数值模拟与试验结果均得出相同的结果。流体速度沿着轴向传递明显,流体径向扩散相对较小,且污水处理池内流体的流速基本沿污水处理搅拌机轴呈轴对称分布。结果表明：该污水处理搅拌机具有明显的轴向导流且减少池壁边界对池内流体影响的作用。     

三叶片潜水搅拌机的数值模拟

为研究潜水搅拌机性能,应用三维造型软件Pro/E建立搅拌机叶片的三维实体模型,利用Gambit软件对污水处理水池进行非结构化四面体网格划分,在计算流体动力学软件Fluent 6.3平台上,采用动坐标系、RNG k-ε湍流模型和SIMPLE算法,对潜水搅拌机搅拌的污水处理池进行数值模拟,计算全池内流体的宏观流场与各个截面的速度分布,分析潜水搅拌机的轴向有效推进距离与水体截面有效扰动半径,同时对潜水搅拌机的功率进行了研究.计算结果表明：潜水搅拌机能使污水处理池内流体形成连续循环水流,流体轴向推进,径向扩散;池内流体充分搅拌,池内流体流速基本都在0.3 m/s以上,符合潜水搅拌机工作要求,故潜水搅拌机与该污水处理池相匹配;同时确定该潜水搅拌机可选取功率为3.0 kW的电动机.利用此方法,可为潜水搅拌机的实际工程应用提供一定参考依据.     

基于滑移网格的垂直轴风力机非定常数值模拟

采用滑移网格技术对直叶片垂直轴风力机进行了非定常数值模拟,得到尾流速度、特定过流断面的速度分布规律,并与经典的多流管理论计算出的尾流速度、特定过流断面速度进行了对比,数值模拟结果与理论计算值吻合较好.结果表明,采用滑移网格技术对直叶片垂直轴风力机进行非定常的数值模拟能够较好地反映流场特性.     

基于滑移网格的垂直轴风力机非定常数值模

采用滑移网格技术对直叶片垂直轴风力机进行了非定常数值模拟，得到尾流速度、特定过流断面的速度分布规律，并与经典的多流管理论计算出的尾流速度、特定过流断面速度进行了对比，数值模拟结果与理论计算值吻合较好。结果表明，采用滑移网格技术对直叶片垂直轴 风力机进行非定常的数值模拟能够较好地反映流场特性。     

桨叶式搅拌槽内部流场数值模拟及PIV试验

对搅拌槽内的混合过程进行了三维数值模拟,采用多重参考系法（MRF）以及标准k-ε模型,分析了搅拌槽内液体的流动情况.为了了解采用的叶轮模型能否有效地搅拌液体,分析了搅拌槽内垂直面和水平面的速度分布情况.运用PIV技术对搅拌槽内的真实流动情况进行了研究和探讨.通过比较搅拌槽液面、叶轮排放区、叶轮流入区以及槽底的速度分布与数值模拟速度分布之间的差异,发现数值模拟和试验所反映的轴向速度增减趋势相同,但最大速度点的差别有所不同：模拟值和试验值在池底基本吻合,在叶轮排放区和流入区分别相差12.8%和14.2%,在池面相差较大.这肯定了数值模拟对试验研究的预测作用,可为搅拌器的选型和设计提供参考.     

不同安放角度对污水搅拌器水力特性的影响

为深入对比污水处理池中搅拌器不同安放角度对其水力特性的影响,文中基于Fluent对搅拌器在不同安放角度下的水力特性进行数值模拟,得出适合搅拌器工作的较优工况.利用标准k-ε湍流模型及 SIMPLEC 算法对不同工况进行模拟,对比相应的流速分布和搅拌器中心所在平面的速度分量.结果表明:当搅拌器安放角度为-15°时,处理池内平均流速较高该工况下处理池内平均流速较高且搅拌器消耗的功率较小.通过分析搅拌器安放位置中心横断面的速度分量发现,经过搅拌器的水体呈现螺旋状向流向方向发展;在直角坐标系中3个方向速度分量各不相同.在搅拌器安放角度为-15°时,水体流速在轴y,z分量较大且不与墙体冲突.因此,在实际应用中适当改变搅拌器的安放角度,可以有效改善水体循环流动,优化搅拌器的搅拌效果,研究结果可为潜水搅拌器的实际工程提供参考.     

弯管对双向轴流泵导叶区流动的影响

轴流泵弯管会对其上游流体产生干扰,为研究弯管和导叶的最优相对位置,以1台高比转数双向轴流泵为研究对象,分析了导叶网格转动时数值模拟结果产生变化的原因,发现导叶和叶片、导叶和弯管相对位置的变化均会影响定常数值计算结果,进而基于LES方法模拟了去除导叶和叶片流道的流场,分析了导叶和弯管相对位置变化时泵性能变化的原因,通过比较不同位置导叶区的流场进一步验证了结果,分析表明:由于弯管的影响,导叶安放位置不同时泵的性能有一定变化,导叶叶片进口冲角可能偏离设计冲角,设计时可通过延长扩散管、减小弯管角度或调整导叶布置来减小弯管对泵性能的影响.     

双曲面搅拌器翼型及安装高程对搅拌性能的影响

采用NX软件建立实体模型,Fluent18.0软件进行三维湍流分析,通过非结构化网格和动坐标系技术,选用标准k-ε湍流计算模型和SIMPLEC算法进行速度-压力耦合求解.在原有双曲面搅拌器翼型的基础上,对桨叶进行水平叠加,并计算了2种翼型下双曲面搅拌器在9 m×9 m×5 m的氧化池内的搅拌流场,对比分析了优化前后双曲面搅拌器桨叶附近流场变化和不同安装高程下特定区域的湍动能变化.双曲面搅拌器的桨叶延伸线为螺旋线,研究计算表明,其桨叶的迎水面作为直接与来流撞击的面,其最优应为螺旋线的凹侧且与转盘呈锐角的斜面,背水面最优为与转盘垂直的垂面,且背水面后增加一斜面可对加速后的水体起到整流作用,使搅拌器径向搅拌范围更大.安装高程为H=1 000 mm时,池内平均流速达到0.710 m/s,较优化前提升0.140 m/s,平均湍动能达到0.088 J /kg,较优化前提升0.043 J /kg,主要区域平均湍动能由0.015 J/kg提升至0.028 J/kg.     

交错苗带式大豆免耕精量播种机设计与试验

针对黄淮海地区的大豆带状种植要求,提出一种新的种植模式,并设计一种交错苗带式大豆免耕精量播种机.对苗带清理整备装置的旋刀的排布进行设计,通过运动学分析,确定旋刀转速应大于等于379 r/min;设计一种窝眼交错分布的排种器,实现交错苗带播种;设计一种伸缩顶杆投种装置,提高投种效率;设计一种播种开沟器,起到开沟和导种的作...     

搅拌滚筒内非牛顿流体的流场分析

针对混凝土这种典型的非牛顿流体中的宾汉流体,建立了其本构方程和流体力学模型.以有限元为依据,应用计算流体动力学技术,基于k-ε模型,利用Fluent软件计算了预拌混凝土在搅拌滚筒内的三维流场,数值模拟搅拌叶片螺旋角为73°时流场的流线和轴向出料速度,较为真实地反映了混凝土在滚筒内搅拌的实际情况.通过与搅拌叶片螺旋角为66°和80°的搅拌滚筒内流动的模拟计算比对,表明螺旋角为73°的叶片的搅拌性能和出料速度均优于其他螺旋角的搅拌叶片,能满足搅拌运输车的搅拌滚筒对拌料匀质、送料连续和低动力消耗的要求.同时进行了相应的试验比对,验证了模拟分析的正确性.该搅拌筒内非牛顿宾汉流体混凝土流动的数值模拟,表明基于k-ε模型的CFD数值模拟方法可以用于搅拌筒内混凝土这种非牛顿流体的搅拌过程的分析.     

低风速下H型垂直轴风力机气动性能

为了准确地研究低风速下H型垂直轴风力机的特性,以自主研发的H型垂直轴风力机为研究对象,采用数值模拟方法,分析了低风速下H型垂直轴风力机的气动性能和三维效应特征.分析结果表明:低风速区域,保持叶尖速比不变,改变风轮转速或来流风速,对H型垂直轴风力机的功率系数影响较大,且风速对叶尖速比的影响比转速的影响更敏感;在低风速区域,即使转速较大,风力机实际仍工作在低叶尖速比区域;在数值模拟中,设定合理的风速和转速的匹配有利于提高模拟结果的可靠性;在不考虑风剪切的情况下,三维效应受叶尖涡影响,且叶尖涡在0°方位角的位置时影响较大,同时还受风轮内流场的作用,且这种作用随着转速的增加而增强.计算结果为进一步研究H型垂直轴风力机提供了参考.     

Numerical study on hydraulic performance of submerged propellers in oxidation ditch

The submerged propeller is an efficient diving mix device,which is applicable for oxidation ditch treatment in industry,city and village wastewater-treatment plant. The impeller structure and reasonable rotating speed are important factors that determine flow field distribution and energy conversion efficiency. So it is necessary to use modern design methods to develop new kinds of high efficiency submerged propellers,and research the flow field characteristics of submerged propellers. On the basis of the existing form drawing,three-dimensional model of submerged propellers and unstructured tetrahedral mesh were generated. Based on Navier- Stokes equations and standard k- ε turbulence model,the flow was simulated by using a simple algorithm. Through changing some design parameters of propellers,the corresponding numerical simulation results reveal that for the same impeller diameter and service area of submerged propellers,the power consumption could be reduced effectively by optimizing blade mounting angle,which can determine the best blade mounting angle and most suitable rotational speed under given conditions. The study can provide theoretical and project guidance for submerged propellers design.     

联合收获机多风道清选装置气流场分布与风机参数优化

针对现有联合收获机单风道清选室难以满足脱粒排出物对气流速度和方向的要求这一问题,采用Solid Works软件设计了多风道清选室的流道模型,运用ICEM软件对其划分网格,再利用CFD技术对网格模型进行内部气流场分布的数值模拟,并以离心风机的转速、叶轮的叶片数和风机出风口角度3个设计参数作为实验因素,对清选装置内部气流场分布进行三因素二水平正交仿真实验。通过对多风道清选室全压云图和速度矢量图的对比分析,确定风机叶片数为4、风机叶轮转速为1080r/min、风机出风口角度为25°时,清选装置有利于籽粒从脱出物中有效分离和籽粒的清选。