网式过滤器的计算模型选择及内部流场分析

为了解网式过滤器内部流场特性,分别采用Fluent软件提供的Standard k-ε、RNGk-ε及Realizable k-ε模型同多孔介质阶跃模型耦合计算,通过物理试验与计算结果对比,确定了Realizable k-ε模型与多孔介质阶跃模型能更好地模拟网式过滤器中的流场。在此基础上,分析了该过滤器的内部流场,指出排污口固体边界和出水口边界条件对该过滤器的速度流场和压强场分布规律影响很大;滤网内、外侧的水流流速沿X轴分布不均匀,从而影响了网式过滤器的过滤效率及使用寿命,其结构有待进一步研究。     

离心泵泄漏流转子动力学特性分析

为研究泄漏流对离心泵转子振动特性的影响,以及计算由于离心泵前腔泄漏流作用在盖板上的不对称压力形成的涡动力,建立了离心泵前腔泄漏流模型,提出了一种研究离心泵前腔泄漏流诱导产生涡动力的数值计算方法。首先对离心泵进行全流场数值模拟,然后把其运算结果作为前泵腔单独数值模拟的初始条件,分析前腔流道内部流场的压力和速度矢量分布情况,并求出不同涡动频率比对应的法向和切向涡动力,最后运用最小二乘法对涡动力与涡动频率比之间的二次曲线进行拟合,求出全部6个转子动力学系数,结果表明数值模拟能较准确地计算出前腔泄漏流诱导产生的涡动力。     

球阀阀口气穴流场的模拟与可视化研究

将RNGκ-ε湍流模型与多相流技术相结合，应用于球阀阀口的气穴流场的数值模拟。计算了二维轴对称气穴流场的速度、压力及气体体积比分布。运用卤素灯与高速摄像机组成的流场可视化试验系统观察了球阀阀口附近的气穴现象，获得了气穴流场的分布信息，与仿真结果比较，吻合良好，表明RNGκ-ε湍流模型能有效地描述球阀等液压元件的阀口气穴流动。同时对球阀有无气穴现象分别进行了噪声测试和频谱分析，试验结果表明，气穴现象使球阀噪声级增加。     

离心泵全流场与非全流场数值计算

为研究不同计算域对离心泵数值计算结果的影响,采用虚拟分块网格划分技术和标准k-ε湍流模型,对5台不同比转数离心泵设计工况下的内部流动进行了三维定常全流场与非全流场数值模拟.基于全流场和非全流场数值计算结果分别进行了性能预测和内流场特征分析,并将性能预测结果与试验结果进行了对比分析.结果表明：不同计算域对数值计算结果影响显著;全流场数值模拟性能预测精度高于非全流场数值模拟,扬程预测精度平均高1.54%,效率预测精度平均高1.67%;流场分析发现两种计算方法得到叶轮内的静压分布基本一致,而蜗壳内静压分布存在着明显差异;全流场数值计算得到的叶轮与蜗壳的间隙速度分布呈现层状分布,而非全流场数值计算得到的结果呈三角形分布;由于全流场计算区域考虑叶轮进口口环、前后盖板间隙流的影响,其数值计算得到的蜗壳断面内二次流分布并不完全对称.     

考虑水流掺气的施工导流工程流场数值模拟

为了考虑导流泄水建筑物下泄水流局部掺气的影响,综合紊流模型、卷气模型和漂移通量模型,对某实际导流工程进行了三维数值模拟研究。首先,利用CATIA软件建立了具有复杂地形的工程三维几何模型,然后,基于Flow-3D软件的RNG k-ε紊流模型、卷气模块和TruVOF水流自由表面追踪方法,计算了考虑溢洪道水流局部掺气条件下的导流工程整体流场,得到了流态、水位、流速和压强各水力参数的分布规律,并与物理模型试验成果进行了对比分析。结果表明数值模拟得到了较好的计算结果,验证了上游围堰设计高程的合理性,加入卷气模块模拟三维流场得到了较好的流速分布、压强分布、水流掺气浓度和掺气范围,为类似导流工程的流场计算提供了一种理论和方法。     

外圆柱沟槽对环隙内波动涡流的影响

采用CFD数值计算方法对同心圆柱环隙内的波动涡流进行了数值模拟,根据PIV试验结果验证了数值计算方法的可靠性.重点研究了光壁模型和沟槽数量为9的2个模型环隙内的流场分布以及波动涡流的波动特性,对比分析了2种模型周向的流场分布,计算了泰勒涡的轴向尺寸及其轴向振幅,通过对比2种模型在R-Z平面上的径向速度分布,讨论了沟槽对环隙内流体的外射流作用的影响,分析了沟槽区域的流动特征以及出现的二次流现象.研究结果表明:沟槽的存在显著改变了环隙内的流场分布以及波动涡流的波动特性,沟槽区域形成的旋涡流动促进了沟槽内流体与环隙内流体的相互作用,加剧了环隙内的流动不稳定性.     

限速切断阀的限定流量特性研究

限速切断阀由于阀口开度较大，与阀口压差相比其内部流道阻力不能忽略，从而用传统的解析方法不能对限定流量准确计算。以限速切断阀具体结构为计算实例，采用RNG k-ε湍流模型对限速切断阀的流场进行三维数值仿真，并与试验测试和理论计算结果进行了比较与分析。结果表明流场仿真所预测的限定流量与试验测量结果吻合良好。     

基于结构化网格的离心泵全流场数值模拟

采用计算流体力学(CFD)方法对全流场模型下离心泵的性能进行了分析。阐述了离心泵计算区域的拓扑块生成和结构化网格划分方法;分析了全流场模型和非全流场模型的数值模拟结果,并比较两者产生差异的原因。证实了腔体的存在对模拟结果的影响,得到的全流场数值模拟性能预测精度优于非全流场数值模拟,其流态分布也存在显著的差别,并获得了口环泄漏量与离心泵流量和扬程的关系。将离心泵全流场模型的模拟结果与试验值进行了对比:设计工况点(Qd),离心泵的扬程相对误差为0.79%,效率相对误差为0.9%,模拟结果和试验结果比较接近;在0.2Qd时,扬程相对误差为6.24%,效率相对误差为9.61%,极小流量点的数值模拟精度有待提高。     

射流混药装置二维和三维流场对比分析

为了探索射流混药装置的设计方法和试验方法,从数值模拟和试验研究两方面对射流混药内部流场进行了对比分析.建立了射流混药装置的三维模型,且将射流混药装置侧向农药入口等效为环向入口建立了其二维轴对称模型,分别确定了二维轴对称流场和三维流场的数值模拟方案,采用CFD软件Fluent对其流场进行了数值计算,并比较了二维轴对称模型与三维模型完成计算的CPU时间,结果表明二维轴对称模型比三维模型的计算效率高64％.搭建了混药试验台,测量了射流混药装置流动性能参数.试验研究的测量结果与数值模拟方案的计算结果对比确证表明:二维轴对称模型数值计算结果与实测值的最大偏差和平均偏差分别为7.41％和4.14％;三维模型数值计算结果与实测值的最大偏差和平均偏差分别为5.13％和3.41％,这表明确定的射流混药装置二维轴对称模型和三维模型的数值模拟方案均可用于工程计算.     

射流混药装置二维和三维流场对比分析

为了探索射流混药装置的设计方法和试验方法,从数值模拟和试验研究两方面对射流混药内部流场进行了对比分析.建立了射流混药装置的三维模型,且将射流混药装置侧向农药入口等效为环向入口建立了其二维轴对称模型,分别确定了二维轴对称流场和三维流场的数值模拟方案,采用CFD软件Fluent对其流场进行了数值计算,并比较了二维轴对称模型与三维模型完成计算的CPU时间,结果表明二维轴对称模型比三维模型的计算效率高64%.搭建了混药试验台,测量了射流混药装置流动性能参数.试验研究的测量结果与数值模拟方案的计算结果对比确证表明：二维轴对称模型数值计算结果与实测值的最大偏差和平均偏差分别为7.41%和4.14%;三维模型数值计算结果与实测值的最大偏差和平均偏差分别为5.13%和3.41%,这表明确定的射流混药装置二维轴对称模型和三维模型的数值模拟方案均可用于工程计算.     

基于计算机仿真技术的旋风除尘器流场模拟

采用CFD模拟软件Fluent 6.2提供雷诺应力模型(RSM),对焚化炉用旋风除尘器内部流场进行三维稳态数值模拟;计算并分析了除尘器内部压力场与速度场分布特点,并与实验数据相比较,模拟结果与实验数据基本吻合.数值模拟结果表明:随入口速度提高,旋风除尘器分离效率和压力损失同样增大;在除尘器内部,存在短路流以及返混夹带等影响除尘器性能的流动现象.通过对影响除尘器性能的内部流动进行分析,为进一步优化结构提供参考依据.     

油菜联合收获机凸块扰流式旋风分离清选装置研究

针对油菜联合收获机旋风分离清选气流场分布存在死区,导致油菜脱出物分离不彻底,夹带损失率增加、清洁率降低等问题,提出了一种凸块扰流式旋风分离清选装置,通过旋风分离筒下锥段内壁螺旋间隔排列的圆柱磁块形成柱状凸起,扰动内部气流场。基于运动学与动力学分析开展了旋风分离气流场死区对油菜籽粒迁移的影响,分析表明气流场死区不利于杂余的分离;明确了凸块螺旋间隔排布方式,以旋风分离筒入口风速和吸杂口风速以及凸块排列的螺旋升角、间距、螺旋头数为试验因素,以清选装置清洁率、损失率为评价指标,基于自主研发的油菜联合收获关键部件试验台开展了单因素试验与Box-Behnken试验,建立了清洁率与损失率和影响因素之间的数学关系模型,得出了旋风分离清选装置最佳参数组合并开展了台架和田间验证试验。单因素试验结果表明,增加凸块扰流可提升旋风分离清选装置性能,当凸块采用4头均匀对称螺旋排布时,籽粒损失较少且清洁率较高;Box-Behnken试验结果表明,最佳参数组合为螺旋升角66.2°、凸块间距48.3 mm、入口风速4.9 m/s、吸杂口风速25.4 m/s,在最佳参数组合下,清洁率与损失率的预测值分别为94.71%和3...     

旋风集尘器混流区与中心旋流区粉尘分离特性

针对内旋流加速旋风集尘器的结构特点和工作原理,研究了粉尘颗粒在混流区及中心旋流区内运动的规律,推导出粉尘颗粒在流场中运动平衡微分方程和轨迹方程,计算出粉尘颗粒的运动轨迹和几种常见小粒径粉尘物料的界限分离率,证明了内旋流加速旋风集尘器对小粒径粉尘有径向加速和分离作用。     

导叶片式旋流器下游断面螺旋流流速特性

将导叶片旋流器作为产生螺旋流的装置,采用理论分析和模型试验相结合的方法,对该旋流器下游断面的螺旋流流速特性进行了研究.研究结果表明:旋流器下游断面流速整体上关于管道圆心呈120°旋转对称分布.从管壁到管道断面中心旋流器下游断面的轴向流速逐渐增大,而周向流速和径向流速则均呈现先增大后减小的变化趋势.最大轴向速度位于管道断面中心处,最大周向流速位于距管壁约1cm处,最大的径向速度位于距管壁约2cm处.旋流器导叶片扭转角越大,在下游断面产生的螺旋流的周向流速、强度就越大,螺旋流的影响距离就越远.在距离旋流器导叶片后缘2m之前,螺旋流衰减较快,且随着旋流器的导叶片扭转角的增大,螺旋流衰减加快.研究成果可为进一步完善螺旋流旋流输送理论提供理论依据.     

具有余热回收功能的旋风分离器性能的数值分析

旋风分离器能够去除工业废气中的固体颗粒,但排出的气体仍然有大量余热,为了回收利用废气的余热,实现节能减排的目的,在旋风分离器壁面外侧安装不同直径换热管,并且通过数值模拟对比分析旋风分离器在安装不同直径换热管前后的分离效率和换热效果.研究结果表明:安装直径80,100 mm的换热管对旋风分离器的内流场影响较小,与无换热管时相比分离效率平均降低约1%;安装直径100 mm的换热管与安装直径80 mm的换热管相比换热管内气体温升降低约2 ℃,二者在传热面的传热系数基本一致;因安装直径100 mm的换热管处理的气体流量大,管内气体吸收的热量大,综合考虑分离效率和换热效果,采用管径为100 mm换热管的旋风分离器较好.此研究的结果可以为设计和优化兼顾气固分离效率和余热回收效果的旋风分离器提供参考.     

Velocity profile modeling in rectangular and compound open-channel cross sections

A 3-D hydraulic model was developed for computing velocity profiles, surface velocity coefficients, and discharge under steady, uniform flow conditions for rectangular and compound open-channel cross sections. Reynolds-averaged Navier–Stokes equations, Reynolds stress equations, and kinetic energy and dissipation equations were applied in the model using the finite-volume method with the k–ε turbulence model. Many previously unpublished approaches to solving the numerical details of this type of hydraulic model are presented herein. Four different sets of Reynolds stress equations (one using the Boussinesq hypothesis and three algebraic stress models of varying complexity) were tested. Only one of the four stress models was successful in predicting the depression of the maximum stream-wise velocity below the water surface. The model was verified using data collected at the Utah Water Research Laboratory. A companion paper (Marjang and Merkley in Irrig Sci, 2009, in press) describes the application of this model to the calculation of surface velocity coefficients for the float method to estimate discharge in rectangular and compound irrigation canals.     

全旋流分离工艺配置与级数的确定

以提高淀粉提取率和质量为目标，研究了全旋流分离的工艺排布、旋流管配置，确定了旋流器级数的理论计算方法。对于给定的物料情况和分离效果，淀粉提取率、质量与分离级数有关。通过合理选择分离级数，可确保一定的淀粉提取率和质量，将薯渣、汁液混合物中所带走的游离淀粉量控制在许可范围。最后确定了全旋流分离的工艺配置和级数。     

旋风集尘器外旋流区粉尘分离过程与浓度场分布

针对内旋流加速旋风集尘器的结构特点和工作原理,研究了粉尘颗粒在外旋流区的运动的规律,建立了粉尘颗粒在流场中运动的动力平衡微分方程和轨迹方程,导出了浓度场分布的理论公式,提出了分离效率计算的数值方法。     

玉米秸秆的冲击式茎叶分离试验研究

阐明了玉米秸秆的冲击式茎叶分离原理，并建立了茎叶分离效果数学模型，优化确定了茎叶分离的最佳条件，分析了各参数对分离效果的影响规律。试验得出了玉米秸秆茎叶分离的最佳分离条件：冲击头线速度为26.76m/s，茎叶含水率为31.51%，喂入速度为0.14m/s。     

水力旋流器及其网络系统数学模拟技术进展

从理论和实际经验模型两方面对单级水力旋流器和旋流器网络系统进行了总结分析，通过对国内外近年来水力旋流器及其网络数学模型建立与模拟研究的分析，提出了今后研究的重点及发展方向。