振荡流态下孔板流量计的瞬时压力-流量特性分析

为了研究孔板流量计在动态非稳定流态或振荡流态下的瞬时压力-流量特性,理论分析了孔板前后的旋涡域大小随流速变化是引起孔板进出口瞬时流量差的主要原因.借助CFD数值解析方法,建立孔板模型,并在模型入口加载某一频率下的正弦流速,对孔板流量计在振荡流态下的瞬时压力-流量特性进行分析.结果表明:当孔板流量计处于低频振荡流动状态时,孔板两端差压也处于周期振荡状态,差压与节流孔瞬时流量同频不同相,差压幅值随入口流速振幅增大而线性增大,且线性增长系数与振荡频率相关;孔板的入口与出口存在周期波动的瞬时流量差,振荡频率越大或入口流速峰值越小,瞬时流量差的波动越小.由于相位滞后和瞬时流量差的存在,使孔板流量计的测量流量与实际出口流量之间存在偏差.振荡频率越大,偏差也越大.     

测量排气流量的内锥流量计数值模拟与实验

为了保证碳平衡法测量实车油耗的精度,对油耗测量系统中的内锥流量计进行了特性研究.用Fluent软件对内锥流量计进行了数值模拟,研究不同等效直径比、前后锥角、有无连接支撑杆等几何参数以及雷诺数对内锥流量计永久压力损失和流出系数的影响规律;将设计的两种内锥流量计与标准临界文丘里管组进行了对比验证实验,并以文丘里管实测值为参考值,得出了计算流出系数的拟合公式,将此拟合公式作为流量计算模型.结果表明数值模拟计算与实验验证的一致性较好,设计的内锥流量计具有较高精度和稳定性,适用于汽车排气流量测量.     

基于灌水器流量的湍流模型适应性研究

采用通用流体模拟软件FLUENT所提供的5种不同的湍流模型:标准k-ε模型、RNG k-ε模型、Real-izable k-ε模型、标准k-ω模型、SST k-ω模型,对滴灌灌水器微流道内流场水流流动进行了数值模拟.通过对比模拟得出的宏观参量-灌水器的流量与实验室试验的结果,评价了这些不同的湍流模型对不同类型灌水器内流场流量模拟效果的影响,为灌水器内流场的理论分析以及灌水器流道结构的工程设计提供了一定的参考依据.     

套筒开孔对双层套筒阀流动特性的影响

为了研究内外层套筒小孔孔径对双层套筒阀流量系数和压降流动特征的影响,采用计算流体动力学方法,建立了稳态可压缩过热蒸汽流动的数值模型.对比分析了全开工况下不同内外层套筒开孔孔径组合模型流量系数和压降流动特性的差别.结果表明:内外层套筒不同孔径对于每层套筒的压降有明显影响,内外层套筒开孔孔径等比例放大对每层套筒压降几乎没有影响.只增大外层套筒孔径时,套筒间隙处流体流速不断增大;内外层套筒孔径等比例放大时,套筒间隙处流速变化波动减小.当双层套筒阀需要小幅度提升流量系数时,可以增大外层套筒开孔孔径;当双层套筒阀需要大幅度提升流量系数时,可以对内外层套筒开孔孔径同时等比例增大.研究结果对于套筒阀套筒开孔孔径的设计具有一定的指导意义.     

测量排气流量的内锥流量计数值模拟与实

为了保证碳平衡法测量实车油耗的精度，对油耗测量系统中的内锥流量计进行了特性研究。用Fluent软件对内锥流量计进行了数值模拟，研究不同等效直径比、前后锥角、有无连接支撑杆等几何参数以及雷诺数对内锥流量计永久压力损失和流出系数的影响规律；将设计的两种内锥流量计与标准临界文丘里管组进行了对比验证实验，并以文丘里管实测值为参考值，得出了计算流出系数的拟合公式，将此拟合公式作为流量计算模型。结果表明数值模拟计算与实验验证的一致性较好，设计的内锥流量计具有较高精度和稳定性，适用于汽车排气流量测量。     

轴流泵内流场的数值模拟与实验

基于Navier-Stokes方程组和标准R-ε紊流模型,采用SIMPLEC算法在商用软件CFX平台上对轴流泵叶轮内流场进行数值模拟.计算得到泵的性能曲线与性能实验的结果比较吻合;并将90%叶高和出口叶轮根部位置得到的相对速度和流线的分布与PIV测量结果进行了比较,两者能较好地符合,从而证明了数值计算的有效性和准确性.分析了轴流泵在不同流量工况下的内流场的流动结构及造成效率降低的原因,其结果可以为轴流泵的内流分析和性能改善提供参考.     

农业节水灌溉球阀水流流动特性分析

利用试验测量球阀稳态流动时的总压变化,通过数值模拟对试验球阀流场变化进行展示,数值模拟与试验吻合较好。数值模拟获得球阀在不同开度时的稳态局部阻力系数和流量系数,揭示球阀流场从小开度到大开度的湍流特征与局部阻力系数、流量系数变化的相互关系,归纳得到4种规格球阀的局部阻力系数及流量系数在不同开度下的数学表达式,结论可为节水灌溉管网的水力计算提供理论参考。     

活塞式调节阀水力特性分析

通过数值分析研究了不同开度的稳态工况及启、闭过程的瞬态工况,对活塞式调节阀的水力特性进行了全面分析。求得调节阀的流量系数、流阻系数、汽蚀系数等随开度变化的特性参数曲线,并对比活塞阀芯在启闭过程的动态液动力,以及对阀内流场分布进行综合探讨。活塞式调节阀具有较好的流量线性特性,且只在较小开度下有明显流阻,开度增大后流阻迅速减小而保持较低的过流损失。本次研究工况范围内最小汽蚀系数为40.3,应确保调节阀的允许汽蚀系数小于该值。阀门的流开型结构使阀芯轴向的启闭液动力均作用于开阀方向,且开阀力小于关阀力。另外,对比了不同开度的阀内流速、流线、压力和湍动能等流场分布来对该活塞式调节阀的流动特性进行说明。     

小位差比率射流元件内部流场PIV试验

采用PIV测试技术对小位差比率射流元件内部附壁射流流动进行了测量,得到了射流元件附壁流动速度场分布以及附壁点位置的准确数据,从而为数值模拟研究提供参照和判断。分别研究了流量、位差比率、补气孔距离、盖板尺寸对射流元件附壁流场的影响,并与数值模拟结果进行了对比。结果表明:一定范围内,流量和工作压力对附壁点位置基本无影响;小位差比率下附壁点距离比随位差比率增大而增大,得到了小位差比率下附壁点距离比与位差比率之间的关系式;附壁点距离随补气孔开孔位置变化先减小后增大;位差比率和盖板尺寸对射流元件附壁效果影响较大。     

船用冷却泵的数值模拟与优化设计

为了适应船用泵的发展，研制开发新型高效船用冷却泵，采用了Fluent模拟泵内流场，对CB80—65—125型船用冷却泵进行优化．模拟分析了设计工况下，叶轮优化前后，叶片背面与工作面的相对速度分布及z=0平面上的静压分布．根据模拟得到的结果，通过修改叶片进口安放角和叶片形状，对泵进行了优化设计，并对叶轮优化前后的流场进行了分析比较．对泵做了性能试验，并将试验结果与模拟结果作了对比．结果表明，叶轮内部流场和相对速度分布都得到了改善，优化后的叶轮形状更符合流动特性，泵流量和扬程都能满足要求，高效区宽，设计工况点的效率提高了3．56％．因此，结合Fluent模拟泵内流场来进行优化设计的方法是可行的．     

离心泵在启动阶段的瞬态三维数值模拟

为研究离心泵启动瞬态过程的内部流动机理,建立了求解叶轮启动和加速过程非定常流动的数学模型,以三维模型泵为对象进行启动过程内部流动的数值模拟.采用RNGk-ε湍流模型计算叶轮启动过程内部非定常流动结构和演化过程,得到不同时刻的瞬态外特性曲线,并与定常计算结果进行对比.定性分析了离心泵在启动过程中的瞬态效应,得到叶片及蜗壳压力分布的变化规律.从叶片的压力分布图也清楚地看出压力的不平衡分布,说明存在严重的压力脉动现象,这是引起叶轮不稳定振动的主要原因.     

混流泵启动过程瞬态特性的数值计算

为研究混流泵启动过程的瞬态特性,以试验测试转速与流量作为求解边界条件,建立了混流泵瞬态流动求解模型与方法.通过准稳态、瞬态数值方法求解的计算扬程与试验扬程的对比,验证了数值方法的可靠性,进而分析了混流泵启动过程中瞬态流场的演化以及启动加速度对内部流场的影响规律.研究结果表明:所采用的数值计算方法可较准确地反映启动过程的...     

抽蓄机组甩负荷过程压力脉动及流动噪声仿真

为了研究水泵水轮机发电模式下甩负荷过渡过程压力脉动特性及其对流动诱导噪声的影响,以国内某抽水蓄能电站机组为研究对象,基于网格壁面滑移技术与分离涡湍流模型,通过ANSYS软件对瞬态流场进行数值模拟计算,并将所得流场信号作为声场源在LMS软件中进一步开展流动诱导噪声的仿真.结果表明因2个无叶区流态分别受动静干涉(固定导叶与活动导叶间)与动动干涉(活动导叶与转轮间)影响,导叶两侧压力变化趋势完全不同.转轮流道内压力脉动主频位置在叶频St为0.676 3处,水泵水轮机内声场噪声分布呈现明显的偶极子特性,小流量(0.2Q_BEP以下)时内场声压变化相对剧烈,最大声压值高达130.00 dB,最小声压为9.67 dB.不同时刻外声场声压级表现出极为相似的波动性,整体趋势表现为声源强度随流量减小而增加,但是流量变化对噪声指向性分布型式并无影响,说明对水泵水轮机内部压力脉动情况改善有助于降低流动诱导噪声水平.     

连接引水管道的水轮机暂态过程计算

考虑水轮机工况变换过程中引水管道内瞬变流与机组内部暂态流动的相互影响,对管道瞬变流采用特征线法求解,机组内部暂态流动采用三维不可压缩流动的有限体积法求解,按照管道与机组连接处流量连续和水头平衡的原则,建立了管道瞬变流与机组内部三维暂态流动的耦合计算模型.并分别采用建立的耦合计算模型、电站常规过渡过程计算模型和常规三维流动计算模型对带有引水管道的水轮机甩负荷导叶关闭工况进行了仿真计算.结果表明:3种计算方法得到的机组压力、转速等宏观参数变化趋势一致,但采用耦合计算模型时,由于考虑了管道内水击压力的反射和叠加,导叶关闭过程中蜗壳进口的压力上升更高,机组内的压力脉动也更剧烈,能够更真实地反映动态过程中管道瞬变流与机组内部三维暂态流动的相互作用.     

S型叶片周围复杂流态的研究

在水洞实验台上进行了S型叶片绕流的实验观察与实验数据采集。对不同攻角、不同雷诺数下的S叶片周围流态进行了分析，借助于气泡的形态变化对流态进行了深入探讨。实验中发现：随着攻角的增大，S叶片尾部射流逐渐加强，同时S型叶片正面流态随攻角的增大逐渐失稳；S叶片尾部存在着复杂的加速流、射流与尾涡结构之间的相互作用，随雷诺数增大，这种相互作用变得愈加强烈；可以预测S型叶片易发生空化的区域在前缘处，空化的型式为局部空化。研究结果为新型叶片设计提供了依据，并为使用S型叶片的转轮的流体动力学性能预测提供了参考。     

试验确定发动机转动惯量的一种新方法

提出了一种确定发动机转动惯量的方法——空载加速减速法，它是在发动机空载加速和停油减速过程中，测出发动机的瞬时转速以及气缸压力，推算得出转动惯量。在185型柴油机上进行的试验结果表明，该方法误差在2％以下。根据实测结果，对影响该方法精度的因素进行了讨论，提出了改进措施。     

双吸泵系统开阀过程瞬态特性数值模拟

采用SST-SAS湍流模型,对一双吸离心泵闭式系统中泵启动和阀门开启两阶段的瞬态流动进行非定常数值模拟,研究了瞬态扬程、蜗壳内压力脉动及叶轮径向力等瞬态特征的变化规律。结果表明:泵启动阶段的瞬态扬程预测值与试验结果吻合良好;与稳态计算结果相比,瞬态开阀过程流动模拟所得扬程预测值与试验结果更为接近;不同开阀时间对泵的瞬态特性有重要影响,随着开阀时间增加,泵的瞬态流量明显增加,瞬态扬程变化不大;开阀过程中,蜗壳上各监测点的压力脉动呈周期性变化,其频率主要为叶片通过频率,蜗壳隔舌处压力脉动幅值变化最为剧烈;叶轮径向力随阀门开度增加而减小,在叶轮旋转周期内,叶轮径向力呈现以叶片通过频率为主频的周期性变化规律。     

大功率调速型液力偶合器数值计算与实验

基于三维多相流动理论和计算流体动力学(CFD),采用滑动网格理论对大功率调速型液力偶合器内部气液两相瞬态流动进行数值计算,并基于流场数值解进行液力偶合器的特性预测。由数值计算结果分析偶合器效率降低的原因。对偶合器进行不同工况、不同充液率下的外特性实验,将理论计算与实验结果进行对比,原始特性的计算与实验结果误差在允许范围内,从而验证理论方法和计算的准确性。     

水流冲击多段滞留气团的三维数值模拟

针对水气两相瞬变现象,充分考虑了水体弹性、气体可压缩性、水-气交界面的动态运动以及多段气团间相互作用,采用三维CFD方法对起伏管道内含多段滞留气团的水气两相作用进行建模和模拟,选择Standard k-ε湍流模型进行模拟研究,将三维计算结果、现有一维模型计算结果与试验结果进行对比分析,并通过水气两相分布图展现动态变化过程.结果表明:与一维模型相比,三维CFD模型能够更为准确地模拟起伏管道内瞬变压力波动,并且能够清楚描述水气掺混、耦合的动态变化.水流冲击初始两段滞留气团压力波动曲线显示,多气团间的瞬变压力并非同步变化,可能呈现多气团峰值压力交替出现的情况,这与初始气团长度密切相关.水气交界面自由变化,阻断水体长度时刻发生变化,当水体运动到管道弯曲处时会产生新的阻断水体,将气团分成若干部分.