基于层推进法的混合网格生成算法研究

对于复杂几何外形的离心泵，在层推进法生成混合三棱柱/四面体网格时，很难生成高质量的贴体三棱柱网格，且层推进法生成三棱柱时可能违背流形的可视化条件，针对这一问题，本文在层推进法的基础上，采用一种新的层推进矢量计算方法生成三棱柱网格，并对影响整体网格质量的棱柱层数及棱柱层之间的比例系数进行研究，同时对生成的网格进行数值模拟，并与已有算法生成的网格的数值计算结果及实验结果进行对比，结果表明，三棱柱层数越少，网格质量越高；比例系数越小，网格质量越高，但比例系数减小会使网格数增加，因此，基于计算精度和计算效率考虑，推荐层数为3，比例系数为1。通过对比不同算法生成的混合网格结果表明，在网格数量基本相同情况下，本文算法质量高于已有算法，且计算精度更高。     

基于多块网格技术的离心泵叶轮CFD分析

网格生成是三维紊流数值分析的重要组成部分，其网格质量对数值求解的稳定性及精度至关重要。结构化网格具有节省内存和便于节点编号等优点被广泛使用。对于几何形状复杂的离心泵叶轮通道，用单块结构化网格难以很好地进行描述。采用多块网格技术，根据各块和流场的特点，探讨了离心泵叶轮通道结构化网格划分中的一些处理方法，同时对离心泵叶轮三维紊流场进行了雷诺平均N-S方程的数值模拟，检验了所提的方法。     

离心泵内部四面体网格的优化算法

归纳了四面体全自动网格生成时产生的畸形单元的类型,提出通过数值计算判断不同的畸形单元类型的准则,并分析了离心泵模型网格剖分后产生的畸形单元的类型、分布及原因.通过对现有网格质量函数的研究并考虑边质量约束推导出错误函数,采用错误函数作为基于优化算法光顺的目标函数,通过应用变尺度法（BFGS）求解错误函数最小值问题对四面体网格进行光顺.将改进的基于优化算法的光顺与智能Laplacian光顺和交换技术相结合,用以解决前沿推进法（AFT）和Delaunay三角化方法产生的畸形单元问题.通过某离心泵算例进行验证,结果表明,优化后的网格质量趋近于0的最差单元基本被消除,同时网格的整体质量也得到显著提高,该算法可以很好地应用在离心泵内部四面体网格的优化中.     

温度体动网格方法的旋转变形能力

动网格方法的旋转变形能力取决于动网格模型对旋转变形的传递方式.以运动边界分别占计算域外边界5%与20%的旋转圆柱为例,将温度体动网格方法、弹簧法和弹性体法对旋转变形的传递方式进行比较,探讨影响动网格方法旋转变形能力的根本原因.采用温度体动网格方法和弹簧法（包括传统弹簧法和改进弹簧法）分别生成翼型不同旋转角度下的动网格,对生成的动网格质量进行比较,进而对不同动网格方法的旋转变形能力进行分析.结果表明：温度体动网格方法与弹簧法和弹性体法对旋转变形的传递方式不同,它通过引入旋转映射,使运动边界的旋转信息正确有效地传递到整个计算域;温度体动网格方法单步生成翼型90°大角度旋转的动网格质量比传统弹簧法和改进弹簧法多步生成翼型小角度旋转运动的网格质量好,具有更优的旋转变形能力.     

基于结构化网格的低比转数离心泵性能数值模拟

针对复杂模型生成的非结构网格质量差、计算难收敛问题,以一低比转数离心泵为例对其进行整体结构化网格划分,将结构与非结构两种不同类型网格导入CFX软件,进行多个工况点下的流场模拟.分析表明,结构化网格收敛速度快、收敛精度高,得到压力云图分布更为均匀,压力更接近设计值,小叶片绕流区分离涡更明显.模拟计算结果与试验数值的对比验证了结构化网格模拟计算值的可行性和准确性.     

基于遗传算法的离心泵叶片水力性能优化

建立了一种基于遗传算法的离心泵叶片型线水力性能优化方法.区别于传统优化方法,此方法通过CFD技术求解离心泵叶片的水力性能,以离心泵水力效率及理论扬程作为优化目标进行多目标优化.包含3个主要步骤: 基于蒙面法和三次B样条曲线的三维叶片型线参数化;基于NUMECA商用软件的计算域网格划分及流场求解;基于多目标遗传算法的全局优化.应用此方法对某单级单吸蜗壳离心泵水力性能进行了多目标优化,优化结果表明离心泵水力效率及理论扬程分别提高了0.35%和0.944%.     

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.     

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.     

基于单元不同长宽比网格划分的有限元误差分析研究

有限元分析在工程上已得到广泛应用,有限元网格划分是进行有限元数值模拟分析至关重要的一步,它直接影响着后续数值计算分析结果的精确性。针对有限元分析中单元不同长宽比网格划分所产生的误差进行了分析研究,提出了有限元模拟中单元的长宽比网格划分所产生的误差估算方法,通过实证计算分析研究得出单元长宽比网格划分对计算结果具有重要影响,建立了单元不同长宽比对计算结果误差影响的边界指标,且指出单元长宽比的影响程度受单元形状影响较大,分析研究结果具有重要的现实指导作用和理论价值。     

带分流叶片的离心泵叶轮三维贴体网格生成

采用泊松方程进行带分流叶片的离心泵叶轮内三维贴体网格的自动生成 ,并通过源项控制来满足网格的正交性及调整网格疏密。计算时根据边界处网格线正交的控制角和控制距离的几何约束确定边界条件 ,利用分块粘接技术生成了带分流叶片离心泵叶轮内的三维分块结构化贴体网格 ,从而提高了流场流动分析中前处理环节的效率和精度 ,能使在湍流计算中广泛应用的壁面函数法的条件容易满足 ,并能使普遍采用的压力第二边界条件直接用于计算中 ,还能满足差分要求 ,减小离散误差。     

牵引式液态肥喷洒机设计与试验

针对目前国内缺乏专业的液态肥喷洒机,设计了主要由罐体、吸料系统、排料系统和喷洒器等部件组成的牵引式液态肥喷洒机,建立了喷洒作业理论模型,并对真空泵排量、罐体结构、喷嘴喷射速度等关键参数进行了设计与计算。采用仿真软件对喷洒器散射挡板形状、散射挡板朝向、喷嘴形状和喷嘴喷射速度等关键因素进行了仿真分析,结果表明,为达到较好的喷洒效果,应采用扇形散射挡板、圆锥形喷嘴和13 m/s左右的喷射速度,散射挡板与水平面呈正夹角。以喷洒幅宽、均匀性变异系数、平均厚度为喷洒性能指标,采用正交试验对喷洒作业进行了优化仿真,得出对喷洒幅宽影响显著的因素是散射挡板长轴长度,对地面水平均厚度影响显著的因素是散射挡板倾斜角,各个因素对于喷洒均匀变异性系数的影响不显著。结合设计目标,当行进速度5 km/h时,优先选取散射挡板与水平夹角35°、散射挡板长轴长度32 cm、喷射速度13 m/s和喷嘴高度1 m,可得试验喷洒幅宽为11 m,地面水平均厚度为1.65 mm,喷洒均匀性变异系数C_V为34.86%,仿真分析与试验结果基本一致,验证了设计的准确性和可靠性,达到了设计目标,满足使用要求。     

直通式调节阀内部流场分析

基于CFD对直通式调节阀内部流场进行了二维数值模拟,并得到了内部流动参数的可视化图形。对比25%和5%两种开度下,阀门处的压力,速度以及能量损失都存在很大的差异。25%开度下的压力、流速有明显的下降趋势,而5%开度下压力和速度则迅速变化。+两种开度下产生的涡流位置不同,5%开度下能量损失比25%开度下的要大。     

解冻损失约束下罗非鱼冻结效率控制参数优化研究

速冻方式不同对鱼肉温降速率、均匀性以及解冻后品质的影响不同,最佳速冻方式选取已成为行业内提升鱼类速冻效率与维持鱼肉品质的主要方式之一。以罗非鱼为例,结合3D扫描逆向建模与计算流体力学数值模拟等技术直观获取冷风式速冻、氯化钠和氯化钙浸渍速冻方式下罗非鱼温度时空分布规律,并通过与实验值比较验证模拟结果的准确性与可靠性,综合对比分析不同速冻方式对罗非鱼冻结速率、均匀性以及水分流失的影响规律,确定最佳速冻方式并提出优化设计方案。研究结果表明,温度模拟值与实测值最大偏差为1.81℃,最大均方根误差与平均绝对百分比误差分别为1.017℃、18.9%,且冻结过程罗非鱼温度降至-15℃时,3种速冻方式所需冻结时间模拟值与实测值最大相对偏差仅为6.89%。其次,氯化钠和氯化钙两种浸渍速冻方式下罗非鱼冻结速率基本相同,相比冷风式速冻冻结时间约降低73%,冻结均匀性提升10~40倍。两种浸渍速冻方式下罗非鱼解冻后水分流失率仅为3.89%和3.92%,分别比冷风式速冻方式降低10.37%和9.68%左右。最后,提出了一种氯化钠液流化速冻方式优化方案,通过综合考虑冻结速率、均匀性及能耗确定最佳流速为2.5m/s,且相比鱼体头朝入口水平放置与竖直放置,鱼体背朝入口水平摆放方式的冻结效率最优。     

基于CFD的轴流泵空化特性预测

基于空泡动力学和汽液两相流理论,应用计算流体动力学（CFD）技术模拟了轴流泵在不同进口压力条件下（包含轴流泵中未发生空化和发生剧烈空化的多种情况）的流场,研究了随着空化发生、发展速度场及压力场变化过程,并对轴流泵能量特性、空化性能进行了预测．结果表明,在非空化条件下,CFD计算可较准确地预测水泵扬程等能量特性,预测值与试验值相差在2％以内;在空化条件下,CFD计算成功地捕获到了空化发生、发展过程;流场中空化发生直接影响叶轮叶片上的压力分布,进而影响水泵的扬程、轴功率等外特性;在发生空化条件下,导叶背面进水边靠近轮缘位置也会出现空化现象;在叶轮各个通道内空化区域分布相似,轴对称性明显,而导叶体内各个通道的空化区域分布差异大,呈明显的非轴对称分布,该非轴对称性的空化区域也是空化造成轴流泵不稳定运行的一个因素．     

计算流体力学在温室通风中的应用研究

计算流体动力学（CFD）作为一种模拟仿真工具现已广泛应用于研究各种传递过程,包括流体流动、传热和传质等。综述国内外有关CFD的发展现状,介绍其在温室自然通风和机械通风中的应用研究,展望CFD模拟技术的发展及应用前景。     

射流泵全特性工况的数值分析及试验研究

为了解射流泵在全特性工况下的性能和内部流场特性,采用数值分析和试验的方法对其进行研究.结果显示:在全特性工况范围内,射流泵数值模型的扩散管出口静压与流量比之间近似呈负线性关系,基于Realizable k-ε湍流模型预测的射流泵量纲一化性能曲线与试验结果基本一致,压力比和流量比之间也近似呈负线性关系;在正压正流状态下,数值分析与试验结果之间的压力比相对误差随着流量比的增大而增大,相对误差最大值约为0.26;在正压反流状态下,相对误差较小且较为稳定,最小值约为0.02;在最高效率工况附近,射流泵吸入室内部流场的速度矢量分布比较均匀,随着流量比减小,吸入室内流场会出现较为明显的局部涡旋;射流泵喉管进口截面的轴向流速分布不均匀度最大,喉管中间截面及其后续流动空间的轴向流速分布则较为均匀,在正压正流状态下,喉管内的流体混合过程主要发生在喉管中间截面之前的流动空间.     

CFD技术在果树风送喷雾中的应用与前景分析

为了分析计算流体动力学(CFD)模型在果园风送式喷雾技术中的应用现状,探究了CFD技术在风机结构优化(包括叶片数、倒流结构、叶片受力、叶片安装角和风筒结构等)与性能预测(效率、噪声)方面的广泛应用,验证了k-ε标准模型的应用成熟性;此外,CFD技术在喷雾微观特性研究的应用验证了拉格朗日法研究气相与离散相相互作用的有效性,但目前研究还不能提供一次雾化机理的相关信息;在果树冠层内流场及药液沉积方面,验证了k-ε标准模型的适应性,但果树冠层对气流的湍流动能耗散研究不细致,而且缺乏雾滴在冠层中的沉积模型研究.文中展望了今后在风机结构优化与性能预测、雾化机理及果树冠层对喷雾气流的影响等方面的发展前景,提出与果树冠层特征相匹配的喷雾量与风速是未来的研究热点.     

遗传算法在离心泵叶片优化设计中的应用

对遗传算法在流体机械优化设计中的应用现状作了较为全面的总结；提出了将遗传算法应用于离心泵叶片优化设计中，分析了遗传算法在离心泵优化设计中应用的可行性以及存在的问题；对离心泵优化设计的发展提出了一些新建议和尝试。     

多级离心泵新型空间导叶设计及优化分析

为提高多级离心泵性能设计了一种新型导叶,借鉴扭曲离心叶轮和流道式导叶的设计方法,通过固定内缘型线和外缘型线生成导叶三维扭曲导流叶片.该导叶正、反导叶光滑连接形成新的空间扭曲叶片,把导叶分割成几个独立的连续变化的流道,有助于减小导叶水力损失.针对一种海水淡化高压多级离心泵,设计了多组新型导叶方案,利用CFD 软件计算分析,探究了新型空间导叶的设计规律.通过对不同方案性能对比分析,获得了优化的导叶模型,并做了样机试验,该模型具有较好的水力性能,在设计工况点效率达到85.68%,满足设计要求,验证了该设计方法的可行性.该设计方法将有利于多级离心泵的节能,同时也为导叶开发提供了有益的参考.     

水泵水轮机泵工况轴向力特性分析与改善

水泵水轮机是抽水蓄能电站的核心部件,水泵水轮机的轴向力特性对其运行稳定性与安全性具有主要影响。作为一种典型的立式机组,为防止抬机事故的发生,机组转轮部分需要具有向下的轴向力,但在泵工况下,该轴向力容易过大,并可能引起机组下沉。采用计算流体动力学方法,研究分析抽水蓄能水泵水轮机泵工况不同流量与活动导叶开度下的轴向力特性。研究结果表明,在泵小流量、小导叶开度、高扬程的工况下,向下的轴向力较大;采用对称布置的均压管路连接转轮上冠腔体与尾水管,轴向力变为轻微向上,扬程与水力效率无显著变化,有效解决了机组泵工况向下轴向力较大的问题,机组运行的安全性与稳定性得到了显著提高。