不同搅拌桨设计对立式饲料混合机内流场的影响

【目的】为了提高立式饲料混合机的混合效率,需要研究不同搅拌桨形状、桨叶长度和数量条件下的混合效率,设计一款搅拌效率高的新型搅拌桨。【方法】课题组通过CFD仿真模拟,探究不同搅拌桨形状、数量以及桨叶长度对流场的影响,并根据混合机内速度场和湍流动能的变化,评估不同搅拌桨的搅拌效果。采用单因素实验设计,在每组实验中只改变一个自变量(即搅拌桨形状、数量或桨叶长度),对流场的速度和湍流动能变化进行分析研究。【结果】1)搅拌桨数量、长度不变,转速为50 r/min条件下,装配锚式搅拌装置的混合机内部流体的速度分布面积更为广阔,产生的湍流动能最大,为0.005 67 m²/s²;2)搅拌桨数量不变,桨叶从110 mm增加至150 mm时,混合机内的死区面积明显减少,桨叶附近的湍流强度明显升高;3)在锚式搅拌装置且转速为50 r/min的条件下,当主轴安装有两层搅拌桨时,混合机顶部和底部的速度都有所改善,部分区域可达到0.36 m/s,所产生的最大湍流动能为0.004 8 m²/s²,平均湍流动能分布均匀。【结论】...     

开启涡轮式搅拌器的流场分析及结构优化

对于开启涡轮式搅拌器的搅拌流场,采用多重参考系法、标准κ-ε湍流模型和SIMPLE算法,应用Fluent软件对其进行数值模拟,并用PIV实验进行验证。结果表明:数值模拟与实验结果基本一致,选用的MRF模型符合实际;对叶片数为4、桨叶倾角为45°、桨径为100mm的常用开启涡轮式搅拌器在转速为120r/min时进行模拟,发现桨叶区产生径向流,在挡板附近形成漩涡,在釜底存在搅拌死区;对搅拌器叶轮设计参数进行优化,发现当桨径为170mm、桨叶倾角为45°、叶片数为6时所产生的搅拌死区最少,搅拌效果最佳。     

组合桨搅拌槽内部流场数值模拟

针对组合桨组合形式在不同应用场合的匹配问题,采用计算流体力学(CFD)的分析方法,基于Fluent仿真软件,分析双螺带及六斜叶涡轮桨基于不同组合位置的内部流场情况采用多重参考系(MRF)方法建立基础模型,基于Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型对搅拌槽内部流体产生的流场进行数值计算,得到搅拌桨在240 r/min的搅拌转速下产生的流场数据.分析搅拌器在特定界面处轴向、周向、径向的速度矢量图以及其综合速度云图,并对位置互换的流场进行分析和比较,选出上双螺带桨下涡轮桨为最佳的桨叶组合形式,此种组合桨型对于提升搅拌器在相关领域的应用和发展等有参考价值.     

污水搅拌器摆放角度对流场性能影响

针对搅拌器摆放角度不合理、污水处理池内液体能耗过大造成的底部流速较低等问题,基于Fluent对搅拌器在不同摆放角度下的流场进行数值模拟,以优化设计、减少污泥沉淀.通过UG建立三维实体模型并进行四面体网格划分,利用标准k-ε湍流模型以及 SIMPLEC 算法对处理池进行模拟.在改变搅拌器摆放角度的情况下,对比处理池内的流速分布情况和平均速度大小,得出不同摆放角度对搅拌器推流搅拌效果的影响;同时还对流场中旋涡结构与搅拌能耗的关系进行了研究.结果表明:摆放角度为50°时,底部截面平均流速最大提高17.6%,体平均流速可提高6%,最大降低底部死区率12%,推流搅拌效果最佳.同时,搅拌效果也受旋涡结构影响,旋涡数量越少,单个旋涡尺度越大,旋涡能耗越低,流态越平稳,推流搅拌效果越好.可以通过改变搅拌器摆放角度,改善内部流态,减少污泥沉淀现象,降低旋涡能耗,达到改善推流搅拌效果的目的.     

改进型INTER-MIG桨尾涡结构的PIV试验与模拟

采用粒子图像测速(PIV)技术和计算流体力学(CFD)对改进型INTER-MIG桨釜内尾涡结构进行研究,将数值模拟结果与PIV试验进行了比较,分析了几种湍流模型的差异;利用2D-PIV对尾涡结构进行涡量分析,并探讨桨叶直径对尾涡的影响,以及尾涡与湍动能之间的关系.结果表明:LES对尾涡的预测优于Reynolds平均法;改进型INTER-MIG桨在运动过程中产生运动轨迹不对称的上下尾涡,桨叶下尾涡先于上尾涡形成,下尾涡最大涡量高于上尾涡;在尾涡形成到发展至最大的过程中,桨叶直径对下尾涡的径向位移影响较大,在桨叶直径D/T=0.57时,桨叶下尾涡沿径向方向运动最快,湍动能最大;当尾涡开始衰减后,桨叶直径越大,尾涡耗散的速度越快;湍动能最大值介于两尾涡之间,且伴随着尾涡的发展而增大,随其衰弱而减小.研究结果表明改进型INTER-MIG桨釜内的搅拌机理,可以为该桨叶釜内的工程和优化设计提供参考.     

柴油喷孔出口湍流特性研究

喷孔出口断面湍流是喷雾破碎的重要因素,为研究柴油喷孔出口湍流特性,采用欧拉多相流模型同时计算了喷孔内外流场,重点研究了喷孔出口断面上的湍动能、湍流耗散率、湍流积分尺度和湍流积分时间尺度分布形态、随时间的变化规律。研究表明,在喷孔中心区,湍动能、湍流耗散率和湍流积分尺度随时间变化的幅度很小,因喷孔出口流动边界突变所形成的压力波导致孔外空气沿喷孔壁面间断性地向孔内回流,从而导致湍动能、湍流耗散率和湍流积分尺度发生明显的变化,在壁面附近区域值较大,湍动能、湍流耗散率和湍流积分尺度的峰值分别为104 m~2/s~2、4×10~6 m~2/s~3、12μm。湍流积分时间尺度变化规律与此相反,喷孔中心附近的时间积分尺度大在5～6μm之间,其余区域湍流积分时间尺度大致在1μm左右。     

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．     

基于CFD的堆肥反应器通气搅拌结构优化设计

堆肥反应器的分散性能会直接影响好氧堆肥反应的进程和结果,而堆肥反应器的通气搅拌结构是影响其分散性能的关键部件。为改善好氧堆肥反应器的分散性能,通过计算流体力学(CFD)方法对实验室用堆肥反应器的单层通气桨叶结构、单层通气桨叶双层搅拌桨叶结构和三层通气桨叶结构分别进行了气液两相流模拟,对比分析了这3种通气搅拌结构性能的优劣,并进一步研究了单层通气桨叶双层搅拌桨叶结构的安放角对其分散性能的影响。结果表明:采用单层通气桨叶双层搅拌桨叶式通气搅拌结构的分散性能更佳,堆肥反应器有较高平均气含率为0.408,不均匀性系数为0.035;不同安放角下,堆肥反应器内湍动能的分布规律基本保持一致,沿径向呈现双峰趋势,而堆肥反应器的单位体积功率随着安放角的增大而增大;综合考虑,通风搅拌结构的安放角为45°时,堆肥反应器的平均气含率最高且搅拌功率适宜,更适于气液混合搅拌。该结果可为堆肥反应器的设计提供参考。     

基于VOF模型的倒虹吸进出口流场数值模拟

通过采用标准k~ε模型模拟湍流,利用VOF法追踪自由水面,对新疆北部小洼槽倒虹吸在不同流量下进行三维流场数值模拟,并将Q=14.00m3/s和Q=16.35 m3/s两种情况的倒虹吸进出口水面高程与原型观测数据进行对比,结果表明数值模拟结果和实测资料基本吻合。倒虹吸进口处有立轴漩涡,为了避免出现这种情况,应尽量在高水位情况下运行,可以减小进口处的水流流速,降低水流的紊动动能。     

多喷嘴射流泵流场的数值模拟与PIV测量

为研究多喷嘴射流泵性能和内部流场特征,设计了不同结构的多喷嘴射流泵试验模型.采用k-ε湍流模型和壁面函数法对不同参数下的多喷嘴射流泵进行了数值模拟,模拟结果表明,喷嘴数和喷嘴角度及喉嘴距对射流泵工作性能影响较大;在吸入室及喉管入口处湍动能较大.利用PIV系统对不同结构射流泵内部流场进行了三维测量,获得了射流泵对称面流场的速度矢量和湍动能等值线图.试验结果表明,其速度梯度衰减得愈快,工作流体和被吸流体混合距离越短.验证了多喷嘴射流泵可缩短喉管长度.测量结果证明数值模拟的正确性,为多喷嘴射流泵理论研究和合理设计提供了理论依据.     

不同空化数下水泵水轮机相关特性数值计算与分析

为了研究不同空化数下的空化特性,以某抽水蓄能电站水泵水轮机作为研究对象,采用SST k-ω湍流模型和Zwart空化模型对不同空化数下的全流道进行了非定常数值计算,并且结合实验结果进行了对比验证。分析了不同空化数下中间流面的湍动能分布和空泡在叶片上的分布规律,探讨了空泡分布区域与转轮内叶道涡之间的相互关联。研究结果显示:水泵水轮机在泵工况下运行时,其无叶区有较明显的湍动能存在,并且湍动能分布比较明显,呈现出不规则的环状分布;叶片的空泡分布主要在叶片的吸力面,且叶片吸力面的湍动能高于压力面;转轮内部的叶道涡主要产生在靠近叶片吸力面且靠近转轮出口处,叶道涡的大小和数量与叶片上的空泡分布存在一定的相关关系,空泡的产生导致了流道的不畅,加剧了涡的产生。     

离心泵叶轮内部湍流动能及耗散率分析

本研究基于雷诺时均N-S方程,采用k～ε湍流模型,对标准离心泵叶轮内部湍流进行了数值模拟。采用质量加权平均湍流动能及湍流耗散率的方法,分析发现湍流动能和湍流耗散率沿半径的分布有十分相似的规律;除0.6Qd设计工况,湍流动能和湍流耗散率分布呈现出先增加,随后减小,最后增加的现象;0.6Qd设计工况下,湍流动能和湍流耗散率最大,流体能量损失最为严重,因此从效率方面考虑,应避免泵在小流量工况下运行。     

轴流风机结构优化设计及内部流动特性分析

针对如何提高便携式轴流风机的运行性能,通过对其结构进行优化设计,主要研究转子部件的叶片数及叶片安装角的改变对叶轮与导叶匹配性的影响.基于SST k-ω湍流模型,采用数值模拟探究其内部流动特性,并通过试验验证其可靠性.研究结果表明：叶片安装角对轴流风机性能影响较大,而叶片数的影响相对较小.通过对比分析不同模型间的内流特性,确定了适合便携式轴流风机的叶片安装角和叶片数;发现叶顶泄漏涡的发展对后导叶的影响随着安装角的变化存在不同,并诱发叶轮与导叶交界区域流体扰动,影响叶轮和导叶的匹配性;湍动能在叶轮叶片进口处存在最大值,叶顶区因叶顶泄漏,其湍动能相较于叶根区更大.便携轴流式风机结构优化和内部流动特性的分析对其设计具有一定的指导意义.     

船用喷水推进器内部流动特性分析

为了解航速对船用喷水推进器内部流动特性的影响,以轴流式喷水推进器为研究对象,基于ANSYS-CFX软件,采用N-S基本方程和标准k-ε湍流模型,对以额定转速5500 r/min以及不同航速条件下的喷水推进器进行全流域定常数值模拟,得到了不同航速下喷水推进器叶轮叶片在不同切面上的压力载荷情况,各个过流部件上的湍动能变化规...     

基于修正PANS模型的轴流泵空化特性数值模拟

为了研究轴流泵空化问题,利用CFX软件二次开发技术对湍流模型进行了修正,通过编写CCL语言实现了PANS模型中参数f_k的动态定义,使其可以瞬时地根据当地网格条件和湍流长度尺度修改其值;利用修正后的湍流模型对轴流泵全流道进行空化数值计算,得出临界汽蚀余量为5.37 m,经试验可知,实际临界汽蚀余量为5.68 m,两者误差是由试验条件及试验系统引起的,且在合理范围内,并通过拍摄空泡图验证了该湍流模型在轴流泵空化计算中的可靠性.分析数值计算结果,得出了不同工况下轴流泵的空化特性,随着汽蚀余量的减小,轴流泵叶轮内空泡体积分数变大,涡量变大,叶片表面压力和流速在空泡产生和溃灭的位置处发生相应波动;随着流量的增大,轴流泵临界汽蚀余量减小,空泡分布的整体量变大,叶轮内部湍动能值变大,湍流耗散变严重,这与空化的发生和溃灭有直接关系.     

热能发生器叶型优化及性能

为了提高热能发生器的水力性能,将热能发生器的工作轮叶片结构由等厚直叶片改造为NACA翼型叶片.运用数值模拟方法对具有不同叶型的叶片在不同转速、不同叶片倾角、不同叶片数下的湍动能耗散率和力矩变化规律进行分析,建立了不同叶片形式、叶片数、叶片倾角的多个数学模型.研究结果表明:NACA翼型叶片在不同转速、不同叶片倾角、不同叶片数下的湍动能耗散率和力矩均大于等厚直叶片,能减轻热能发生器工作腔内液体流动产生的液流角偏离程度;随着转速增大,NACA翼型叶片与等厚直叶片的力矩差值逐渐扩大,液流偏离损失进一步减小,相对弯度较大的NACA6412翼型产生的湍动能耗散率最大,液体流动更剧烈,在3 000 r/min的高转速下产生的力矩比等厚直叶片的大39.2%;当叶片倾角从35°增大到65°时,NACA0012和NACA2412翼型叶片力矩逐渐减小,NACA4412和NACA6412翼型叶片力矩值先增大后减小;不同叶型的工作轮叶片最优叶片数组合不同.     

Influence of long and short guide vanes on hydraulic performance of water-jet pump

Different guide vane structures will affect the flow inside the pump,and then affect the transformation of the pressure energy and kinetic energy,and change the velocity distribution of the pump outlet.In order to study the influence of long and short guide vanes on the water-jet pump,on the basis of conventional design,eight schemes of guide vane with different vertical heights were designed in the method of computational fluid dynamics for numerical calculation,the performance curve of water-jet pumps with different long and short guide vanes was obtained,and finally the influence of different guide vanes on hydraulic performance and internal flow was analyzed.The results show that all of schemes reducing the height of blade can improve the head and efficiency.In the schemes reducing the height on the shroud,the guide vanes that the height of the blade is equal to the height difference between hub and shroud in impeller have the highest head and efficiency.In all schemes decreasing the blade height,with the increase of the height difference,the velocity increases gradually and the distribution of turbulence kinetic energy becomes more reasonable in the guide vane outlet.The schemes reducing the height on the hub have more reasonable distribution of velocity and turbulence kinetic energy according to schemes reducing the height on the shroud.The guide vanes of long and short blades can be used to stagger the position of the diffusion flow generated by adjacent blades,which can reduce the effect of the velocity circulation and make the flow of the outlet position more stable.     

基于IBM-LES的贯流泵湍流特性

为充分了解贯流泵运行工况下的内部流动特性,通过基于浸没边界法的大涡模拟(IBM-LES)方法,研究了圆柱坐标系下某贯流泵在设计工况的三维非定常湍流流场.模拟基于三维笛卡尔网格坐标系,空间离散采用有限差分格式,时间推进采用二阶龙格库塔法,大涡模拟采用动态亚格子应力模型.采用水平集法描述流体中流道、叶轮、导叶等固体区域边界.结果表明:靠近叶轮叶片根部圆周截面的整体湍动能较弱,而在中等跨度圆周截面区域湍动能最大的位置位于叶轮叶片尾流区域,两处湍动能均主要由流向方向分量提供.叶轮叶顶间隙涡区域湍动能强度较大,且3个方向分量贡献相当.而在后置导叶尾流中,随着流向距离的增大和湍流的耗散与发展,尾流会逐渐发展而表现出均匀的圆管流动特性.研究结果可为改善贯流泵运行稳定性提供理论参考和工程应用支撑.     

SXB型消防用多级泵全流场CFD数值模拟

基于Reynolds时均N-S方程,采用标准k-ε湍流模型,压力速度耦合使用SIMPLEC计算,对SXB型消防用多级泵进行三维定常全流场湍流数值模拟,得到该泵的速度矢量图、静压图、湍动能分布图等,并对其内部流动规律进行定性分析.分析结果表明首级叶轮-导叶、次级叶轮-蜗壳中间轴向截面的速度场分布均匀,导叶与蜗壳起到很好的整流作用;首级叶轮-导叶、次级叶轮-蜗壳中间轴向截面的压力场分布均匀,叶片上压力分布非常规则,仅在首级叶轮与导叶的间隙区存在具有对称性的局部高压区;首级叶轮-导叶区湍动能分布较为规则,而次级叶轮-蜗壳区域的湍动能在沿叶轮旋转方向靠近隔舌的区域分布紊乱,在远离隔舌区湍动能较小,隔舌区湍流损失大.模拟结果显示出了泵内能量损失严重的区域,可为改进泵设计提供参考.