给定转子动力学参数的离心泵内部流体力研究

通过数值模拟和试验,研究了涡动情况下偏心距和涡动频率比对离心泵内外特性的影响。在给定一系列转子动力学参数条件下,采用RNG k-ε湍流模型对包含前后泵腔在内的全流场进行数值模拟,分析了偏心距对离心泵外特性的影响和涡动频率比对离心泵内部流场的影响,研究了离心泵内部流体力的分布情况以及偏心距和涡动频率比对离心泵内部流体力的影响。研究结果表明:随着偏心距的增大,泵高效区范围变窄;流体力的法向分力Fn、切向分力Ft均与涡动频率比ω/Ω近似呈二次函数关系,这种二次函数关系与偏心距大小相关;叶轮受到的流体力主要来源于叶轮内部流体,且叶轮内部流体周向压力分布不均。对于离心泵来说,当ω/Ω>0时,叶轮内的旋涡较少,水力损失较小,对涡动效果有抑制作用;当ω/Ω<0时,叶轮内旋涡较多,水力损失较大,对涡动效果有促进作用。     

挡水结构地震动水压力时域有限元分析

根据可压缩流体运动方程，推导建立了求解挡水结构动水压力的时域有限元公式。所建议的分析方法能够考虑表面重力波的影响、水体可压缩性、水库上游辐射阻尼等各种因素作用。通过算例，主要讨论了库水表面波、水体可压缩性等因素对动水压力的影响。     

轴向柱塞泵滑靴副压力分布特性

为提高轴向柱塞泵滑靴工作可靠性,在充分考虑润滑流体在滑靴副间隙中流动特性的基础上,基于液压液阻原理提出等效液阻高度、构建流量模型,运用有限体积法对滑靴副油膜压力分布进行计算.从油膜挤压效应、供油压力、卷吸速度和油膜形状等方面对压力分布特性的影响进行分析,深入探讨了润滑油膜压力分布影响因素及变化规律.计算实例表明:在当前的数值计算方法下,动压和静压作用相对独立,相互影响较小;挤压效应对动压力影响显著;供油压力直接影响中心油腔压力,对动压几乎没有影响;卷吸速度对压力分布影响显著,不同的卷吸速度方向不但对动压力最大值影响很大,在膜厚较小区域压力分布呈现差异明显的变化规律,甚至在最大倾斜角附近会出现负压;油膜动压效应对中心膜厚和最大倾斜角非常敏感,在一定程度上,与中心膜厚相比,油膜动压效应对滑靴最大倾斜角更加敏感.     

油槽设计对轴承润滑性能的影响研究

以轴承为研究对象,采用CFD方法建立了轴承流体润滑仿真模型.基于该模型,系统地研究了油槽设计对轴承润滑的影响,获取不同油槽宽度、深度下轴承的压力分布、流速分布.结果表明,这些参数对油膜压力分布、流速分布影响均较为明显.     

车用散热器结构强度的有限元分析

建立了管带式车用散热器的有限元模型，对其动强度进行了计算分析，得出了散热器应力场分布及其危险位置，并在MTS振动台上进行了试验验证。结果表明，有限元计算结果可靠，此模型可为散热器结构参数的改进提供理论依据。     

海水淡化泵水润滑轴承试验测试与分析

为了研究不同转速下水润滑轴承动压润滑效果和系统稳定性,依据海水淡化泵的结构特点,设计了水润滑轴承试验台.基于试验对水润滑轴承周向压力分布及轴心轨迹进行监测分析,同时采用刚体求解方法对轴心涡动轨迹进行数值模拟计算,并将试验结果与数值模拟结果进行对比验证.结果表明:低转速时,楔形间隙内润滑介质水较少,水膜压力分布不连续且压力值较低,各监测点的压力曲线不稳定;随着转速的增大,润滑介质水增多,流体动压润滑效果增强,水膜承载效果增强,压力分布与压力曲线开始趋于稳定,表明整个轴承-转子系统开始趋于稳定;同时,随着转速的增大,液膜厚度增大,轴颈涡动振幅增大,涡动中心明显上移,试验实测结果与CFD模拟计算结果一致,验证了采用数值模拟来研究轴承-转子系统动力学特性有一定的借鉴和参考价值.     

涡旋式液泵内流场及空化的数值模拟

对涡旋液泵的内流场进行了数值模拟,其中空化模型采用Schnerr-Sauer模型,流体域的变化通过动网格技术来实现,得到涡旋式液泵在0.5 mm啮合间隙下的流场,同时对泵内特殊点的压力和速度进行了监测,并对其进出口流量进行了计算.结果表明:涡旋液泵吸液腔在0°附近产生压力峰值,达到1.50 MPa,在高压差的作用下,外啮合间隙处存在高速射流,使外部流道内产生涡和空化.在啮合间隙低压侧,动盘运动使吸液腔局部面积增大而产生负压和空化.涡和空化造成其附近压力和速度的脉动,从而堵塞流道,并使泵的整体流量产生脉动.动盘的运动和进口的不对称导致涡旋液泵两侧工作腔内压力、速度、涡的分布以及吸液量存在较大的差异,并在吸液后期导致右侧吸液流道内流动趋于静止,流体主要通过顶部流道流入右侧吸液腔.     

阀门小开度对突扩管流下游脉动压力特性的影响

为了分析阀门开度对变截面管流下游脉动压力特性的影响,提高管路水流的稳定性和输送效率.进行了不同阀门开度对突变截面圆管下游流动的脉动压力特性试验,以清水为流体,并以不同阀门开度和距突扩距离的长短为变量,测试了突扩管流不同位置的脉动压力幅值.研究结果表明:变截面管流下游流体脉动压力过程曲线具有随机平稳特性,使用阀门调节流速会使各点脉动压力周期变长;阀门会使变截面管流下游产生50 Hz左右的脉动压力,流体脉动压力幅值与阀门开度正相关;随着距突扩距离的增加,流体压力脉动强度先增大后减小;随着阀门开度的增加,脉动压力能量分布频域逐渐变宽,流体流过突扩后的脉动压力恢复长度变长.     

螺杆泵定子及泵内流体温度场分布规律

为了有效解决螺杆泵井出现的烧泵问题,延长其检泵周期,提高经济效益,基于汽车滑移理论,建立转子生热率及非稳态温度场模型,并根据控制容积热平衡法进行求解.根据热力学第一定律,建立泵内流体增压升温模型,通过迭代计算确定螺杆泵定子截面最高温度沿轴向分布、泵内流体温度分布规律,研究了不同排出口压力、生产气油比下的温度分布规律.结果表明:由于定、转子之间的配合关系以及相对运动关系,转子截面温度场分为高温区和低温区,其轴向存在一条明显的螺旋状破坏带;定子截面最高温度沿轴向分布和泵内流体温度分布受泵内压力分布支配分为2个阶段,并随排出口压力增大向吸入口偏移;生产气油比的增大减弱了定子内壁面与泵内流体之间的对流传热,改变了泵内流体的物性参数,从而使得定子截面最高温度和泵内流体温度升高,并且其对温度场的影响主要作用在泵排出端.     

水润滑高速动静压滑动轴承数值模拟

采用有限元法求解壁面定律和Reynolds方程,对水润滑高速动静压滑动轴承进行了数值模拟分析.研究紊流状态水介质润滑条件下的动静压轴承三维压力分布、温度场分布及动特性系数,分析高速高压水润滑条件下的动静压轴承与油润滑条件下的动静压轴承不同的液腔压力分布、温度分布等特性.     

液力偶合器部分充液流场数值模拟与特性计

利用CFD平台的滑动网格法与混合模型模拟液力偶合器流场的瞬态流动,得到偶合器内部速度与压力分布.总结了不同充液率下流场结构的变化及两相分布情况.基于速度、压力数值解计算了液力偶合器叶轮转矩,并计算出不同充液率下液力偶合器的原始特性.将性能预测结果与实验进行了对比分析,结果表明,数值模拟计算结果与实验结果吻合较好,基本反映了流道内部流动的基本特征.     

多轴压缩装置滑动轴承-转子系统不平衡响应分析

本文从转子动力学角度出发,结合达朗贝尔原理和传递矩阵法建立了转子离散化动力学方程,基于流体动压轴承理论和有限差分法计算非线性油膜压力,提出了一种由滑动轴承支承的多轴离心压缩机转子系统动力学模型,并从轴心轨迹、轴承偏心率、频谱响应等方面,分析了该非线性轴承-转子系统的不平衡效应及振动特征。结果表明：转子在理想化的不平衡量下,振动特征主要表现为次同步涡动。随着不平衡量的增加,转子主同步响应增大,在0.2g*mm不平衡量下,转子系统出现多重椭圆轨迹,非常不利于转子系统的使用寿命。在G1平衡精度下,转子系统具有良好的动力学特性,可保证多轴压缩机主轴转子系统在正常工况下稳定健康运转。     

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。     

桑园土壤非等径颗粒离散元仿真模型参数标定与试验

为获取土壤离散元仿真模型的土壤颗粒物理参数和接触参数,本文采用试验与仿真相结合的方法,以桑园土壤为例,对土壤颗粒的接触参数进行了仿真标定。首先利用粉体仪、斜面仪、等应变直剪仪等,分析了试验地不同深度土壤的粒径分布,测量了试验地不同深度土壤休止角、滑动摩擦角、剪应力、内聚力、内摩擦角;然后,根据实测土壤粒径分布,利用EDEM软件建立了非等直径土壤球形颗粒模型。在此基础上,以土壤颗粒间及土壤与65Mn钢间的静摩擦因数、滚动摩擦因数、恢复系数为试验因素,土壤休止角、土壤-65Mn钢滑动摩擦角为目标值,建立了基于中心组合试验设计（CCD）方案,并利用Design-Expert软件对仿真试验结果进行了分析,得到了仿真标定的土壤-土壤间静摩擦因数、滚动摩擦因数和恢复系数的最优值分别为0.89、0.45和0.43;标定的土壤-65Mn钢间静摩擦因数、滚动摩擦因数和恢复系数的最优值分别为1.15、0.05和0.4。利用以上标定的最优参数对桑园土壤进行了休止角与滑动摩擦角仿真试验,试验结果表明,休止角仿真值与试验值相对误差为1.69%,土壤-65Mn钢的滑动摩擦角仿真值与试验值相对误差为2.88%。在此基础上,依据实测的土壤剪应力,采用试错法,以实测土壤内摩擦角为目标值,优化标定了土壤-土壤颗粒Hertz-Mindlin with Bonding接触模型中的粘结参数,标定法向粘结刚度、切向粘结刚度分别为1×108、5×107N/m3,临界法向应力和临界切向应力均为10kPa,接触半径为1.1倍颗粒半径,直剪仿真得到内摩擦角为30.24°,仿真值与直剪试验内摩擦角平均值相对误差为5.53%。本文提出的土壤颗粒建模方法、标定方法及其所标定的参数值,可用于砂质壤土桑园耕作机械触土部件与土壤相互作用的离散元仿真分析及其结构优化。     

桑园土壤非等径颗粒离散元仿真模型参数标定与试验

为获取土壤离散元仿真模型的土壤颗粒物理参数和接触参数,本文采用试验与仿真相结合的方法,以桑园土壤为例,对土壤颗粒的接触参数进行了仿真标定。首先利用粉体仪、斜面仪、等应变直剪仪等,分析了试验地不同深度土壤的粒径分布,测量了试验地不同深度土壤休止角、滑动摩擦角、剪应力、内聚力、内摩擦角;然后,根据实测土壤粒径分布,利用EDEM软件建立了非等直径土壤球形颗粒模型。在此基础上,以土壤颗粒间及土壤与65Mn钢间的静摩擦因数、滚动摩擦因数、恢复系数为试验因素,土壤休止角、土壤-65Mn钢滑动摩擦角为目标值,建立了基于中心组合试验设计（CCD）方案,并利用Design-Expert软件对仿真试验结果进行了分析,得到了仿真标定的土壤-土壤间静摩擦因数、滚动摩擦因数和恢复系数的最优值分别为0.89、0.45和0.43;标定的土壤-65Mn钢间静摩擦因数、滚动摩擦因数和恢复系数的最优值分别为1.15、0.05和0.4。利用以上标定的最优参数对桑园土壤进行了休止角与滑动摩擦角仿真试验,试验结果表明,休止角仿真值与试验值相对误差为1.69%,土壤-65Mn钢的滑动摩擦角仿真值与试验值相对误差为2.88%。在此...     

水润滑塑料合金轴承的弹性变形及其影响

从分析水润滑塑料合金轴承不在动压条件下的弹性变形入手，推导出支承间隙方程式，并通过傅立叶级数对压强函数进行展开，分析了弹性变形和压强的关系。最终得出动压条件下压强分布函数和弹性变形函数，并以此对实际工况的一些现象进行了解释。     

螺旋槽上游泵送机械密封端面间液膜压力脉动特性

为分析上游泵送机械密封微间隙内流场的动静干扰作用和压力脉动特性,以螺旋槽非接触式机械密封为例,运用滑移网格技术,对内部流场进行了多工况非定常数值模拟.分别计算了稳态和瞬态的模型内部压力速度分布,以及不同转速下的压力脉动时域变化和频谱特性,并与试验结果进行对比分析.研究结果表明:所用模拟方法可对内流场非定常特性进行较好描述,由于动静干涉的影响,各转速下机械密封流场内压力脉动呈明显的周期性变化规律;压力脉动是非定常流动现象的重要特征,主要受槽频和轴频的影响.     

基于霍夫变换的液力变矩器泵轮内部流速提取

液力变矩器传递能量的特性受其内部流场结构的影响,而内部流动特性决定其外部性能.为实现液力变矩器内部流动可视化,并在此基础上实现其内部流动速度的定量测量,提供详细且准确的流场试验测量结果,进一步完善对液力变矩器内部流动机理的研究.基于粒子图像测速（PIV）技术,对液力变矩器泵轮内部流场进行试验研究,在单次曝光下CCD相机采集泵轮径向切面流动图像,记录流场中示踪粒子的运动信息.通过图像处理技术识别流场中粒子运动轨迹的图像特征,以霍夫变换直线检测理论为指导,自动提取泵轮径向切面示踪粒子运动轨迹.由此实现了泵轮内部流动可视化,提高了流速矢量识别与量化计算效率.PIV试验测量结果能够揭示泵轮内部真实的物理流动现象和流场瞬态变化情况,为液力变矩器的性能预测及合理设计提供理论和实践参考依据.     

粗糙面变形特性对摩擦温度与接触压力的影响

在考虑微凸体间的相互作用及摩擦界面摩擦热流耦合等影响基础上,建立一具有三维分形特性粗糙表面/理想平面接触的热力耦合模型,运用有限元软件ANSYS中的非线性有限元多物理场方法,数值模拟并分析了弹性粗糙实体/理想平面刚性体(E/R)、弹塑性粗糙实体/理想平面刚性体(P/R)的摩擦滑动过程,揭示了粗糙表面不同变形特性下粗糙实体摩擦热、接触压力与接触面积的变化规律。发现在匀速滑动过程中,摩擦表面最高接触温度在波动中缓慢上升,而最大接触压力和接触面积则在一定范围内波动。弹性接触(E/R)中接触压力、摩擦温度比弹塑性接触(P/R)大,而接触面积则小很多。在分析摩擦过程中粗糙实体热、力问题时,考虑粗糙接触体的弹塑性变形对结果有较大的影响。     

沿海河道型水库水质可达性研究

根据新沭河太平庄闸至三洋港挡潮闸河段污染源分布特点,对区域内污染物入河量采用分布式污染负荷模型进行测算;建立两闸区间河道型水库二维非稳态FVS格式水流水质模型,基于水量、水质同步实测数据对模型进行率定验证。运用所建模型对研究区域水量水质过程进行数值模拟,定量分析了水库来水为功能区水质及污染源汇入条件下的水质浓度场变化过程。结果表明：相同蓄水时间内,污染源汇入不利方案下水质浓度场范围较上游来水为功能区水质方案下的范围有所增加;蓄水45天时,不利方案下污染带已达到范河闸取水口处,但水质浓度仍未超出农业灌溉用水标准,表明该河道型水库水质可在较长时间内满足农业灌溉要求。