套筒式蒸汽疏水阀多工况下的空化及噪声分析

针对蒸汽疏水阀内普遍存在的空化及噪声问题,设计了一种套筒式疏水阀.基于RANS方程、Mixture多相流模型及空化模型,对阀门内部的空化流动进行了数值模拟研究.并基于时均湍流流场信息与宽频噪声模型计算噪声源声功率分布特征,对比分析了阀门在空化和无空化工况时的噪声声功率.结果表明:疏水阀内空化主要发生于套筒节流孔处;阀内的空化强度随入口流速的增加而增强;空化发生的临界流速为2.5 m/s,当入口流速低于2.5 m/s时,阀内基本不发生空化;阀内的主要噪声源分布于套筒节流孔内的高流速空化区和阀腔环向壁面及阀腔底面的涡旋区内;套筒处的空化强度是决定套筒处最大声功率的主要因素,通过抑制套筒处的空化程度可有效降低套筒处声源最大声功率.     

单线圈径向流磁流变阀优化设计与性能分析

针对磁流变阀通过改变内部结构提高压降而导致阀体积增大、内部通道易阻塞的问题,在不改变普通单线圈径向流磁流变阀内部基本结构及外观尺寸的基础上,对单线圈径向流磁流变阀压降与压降可调系数进行了多目标优化,设计了一种带有隔磁套筒的单线圈径向流磁流变阀,并阐述了其工作原理,基于Bingham模型推导了其压降数学模型。采用有限元法建立了磁流变阀二维仿真模型,观察径向圆盘阻尼间隙处磁感应强度分布规律,建立约束条件,分析了磁流变阀关键部件尺寸对剪切屈服应力与压降等相关性能的影响。运用ANSYS零阶和一阶优化工具对磁流变阀进行几何尺寸参数优化,并对优化前后磁流变阀有效阻尼间隙处的平均磁感应强度,以及进出口压降进行仿真对比分析。在磁流变阀动态性能测试平台上,对优化前后磁流变阀压降性能进行实验测试对比,实验结果表明,当励磁电流为1. 8 A时,优化前磁流变阀压降为1. 84 MPa,优化后磁流变阀压降为2. 58 MPa,增加了40. 22%;优化前磁流变阀压降可调系数为7. 94,优化后压降可调系数为10. 07,增加了26. 83%;不同负载对磁流变阀压降效果影响不大。     

网式过滤器滤网堵塞成因分析与压降计算

为分析网式过滤器滤网堵塞的过程和成因,并获得滤网堵塞后压降计算的相关参数,对网式过滤器进行堵塞试验。试验结果表明:滤网堵塞经历了介质堵塞和滤饼堵塞2个过程,形成的滤饼内层泥沙颗粒粒径较大,外层颗粒粒径分布较均匀;滤网孔径和含沙量是影响堵塞的重要因素,滤网孔径越小,滤网堵塞所用时间越短;相同孔径下,含沙量越大,堵塞所用时间越短,滤网越容易堵塞。根据试验结果建立了滤网内外压降与滤网孔径、滤网厚度、孔隙率、形成滤饼层厚度、滤饼孔隙率等的定量关系式,并分别计算了孔径为430、280、200μm滤网的内外压降,并与实测压降进行了对比分析。结果表明,计算得到的滤网内外压降与实测值基本一致,可以反映滤网堵塞的规律;滤网内外压降随水流流量、滤网厚度、形成滤饼层厚度增大而增大,滤网孔径越小,滤饼孔隙率越小,滤网两侧压降越大。     

迷宫式最小流量阀节流盘片流道优化对流动特性的改善

针对迷宫式最小流量阀的压降过于集中在节流盘片迷宫流道的前段而容易引起强烈冲刷和材料侵蚀的不足,设计连接槽优化结构来连接各迷宫流道,用于改善阀内节流盘片的流动特性。通过CFD数值模拟,对比添加连接槽前后最小流量阀的流场分布及各级压降、流速曲线,可知添加连接槽后迷宫流道的压降更加均匀地分布在各降压级上,局部压力突变区域明显减少,更不容易发生汽蚀。其次,添加连接槽后,降低了各降压级的平均流速,有利于减轻振动及噪声危害。因连接槽使盘片流动空间稍为增大,则对应的出口速度也略增。另外,添加连接槽也使盘片套筒的进口流态由漩涡过渡转变为平稳过渡,使阀门工作更稳定。     

混合流动式磁流变阀结构设计与压降性能分析

针对目前磁流变阀结构单一且体积大的不足,设计了一种结构紧凑的混合流动式磁流变阀,该磁流变阀阻尼间隙液流通道由单个轴向圆环流动、单个径向圆盘流动和单个中心小孔流动串联组合而成。阐述了混合流动式磁流变阀结构及工作原理;分析了励磁线圈作用下有效阻尼间隙处的磁路分布,同时建立了其压降数学模型。采用有限元法对混合流动式磁流变阀电磁场进行了建模仿真,对阻尼间隙处的磁场强度和剪切屈服应力的分布规律进行了分析;仿真结果表明轴向圆环阻尼间隙厚度为1.0 mm,径向圆盘阻尼间隙厚度为0.5 mm,加载电流为1.2 A时磁流变阀压降最大,为3 342 k Pa。对混合流动式磁流变阀压降性能进行了试验测试,具体分析了加载电流以及径向圆盘阻尼间隙厚度对磁流变阀压降的影响,试验结果表明轴向圆环阻尼间隙厚度为1.0 mm,径向圆盘阻尼间隙厚度为0.5 mm,加载电流为1.2 A时磁流变阀压降最大,为2 650 k Pa,试验结果与仿真结果变化趋势基本一致。     

外啮合斜齿轮高压泵的CFD数值模拟

为研究流量脉动系数对外啮合斜齿轮高压泵内部流场的影响,通过理论推导流量脉动系数的计算公式,分析螺旋角对流量脉动系数的影响,并结合计算流体力学(CFD),对外啮合斜齿轮高压泵的流场进行数值模拟,得到高压泵在不同转速、不同径向间隙下的压力脉动和流量特性.结果表明:增大螺旋角会减小流量脉动系数,有利于改善出口流量的品质,降低齿轮泵泄漏;另外,转速和径向间隙在一定范围内增大时,脉动系数逐渐减小,泄漏涡强度也会减小.当转速和径向间隙继续增大时,脉动系数趋于平稳波动;转速增大时,啮合区域的压力变化较大,但是靠近泵腔壁处的齿轮压强变化较小;径向间隙增大时,泄漏流动和泄漏涡强度会降低,在设计中适当增大转速和径向间隙可以改善出口流量品质.研究高压泵内部流场的运动规律和流量脉动特性对于外啮合斜齿高压泵的设计和优化具有一定的参考价值.     

活塞式调流调压阀流动特性研究

以DN200活塞式调流调压阀为研究对象,基于Fluent软件,采用Realizable k-ε湍流模型,研究了不同开度下阀内三维流动特性。结果表明:节流孔处存在压力梯度突变,节流孔进口至出口压力先降低后逐渐恢复。同时,下游管道近壁区域存在对称的回流区,阀内出现不同强度的涡流。随着开度逐渐增大,下游管道壁面附近旋涡向上游侧移动,阀内旋涡强度逐渐减弱。此外,节流孔下游形成对冲射流,套筒中心位置出现"低速空穴区"。随着开度逐渐增大,节流孔内最大流速逐渐增大,射流向下游延伸范围逐渐扩大。节流孔壁面附近存在不对称分布的高涡量区域,附壁剪切旋涡形成区域是空化产生的潜在位置。调流调压阀具有线性度较好的流量特性,在小开度下消能降压效果明显。     

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。     

岩壁吊车梁锚杆套筒长度的敏感性分析

为了降低吊车梁与岩壁接触缝处斜拉锚杆的拉应力,减少表面岩体内的应力,以某水电站地下厂房的岩壁吊车梁为例,运用弹粘塑性有限元方法研究了锚杆套筒设置长度的变化对岩壁吊车梁结构的变形及受力状态的影响,分析了设置套筒的利弊,提出了套筒设置长度的建议。     

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.     

高压核电平板闸阀的设计与数值模拟

针对核电工业的需要设计了公称压力为25 MPa、公称直径为150 mm的高压电动平板闸阀,介绍了其主要结构的设计及计算方法.分析了阀门开启状态下流动压力损失的产生原因及分布区域.对阀门进行了流固耦合计算,以研究介质载荷对其结构产生的影响.建立了闸阀及水体的三维模型,利用CFX软件对模型进行网格划分并定义边界条件,计算后得到了介质流动状态下的压力、速度分布,并指出了产生压力损失的主要部位.利用Ansys软件将介质载荷施加到闸阀上进行流固耦合分析.结果表明,介质在阀座区产生涡流损失,阀座区之后静压值明显下降,流道壁面处流速减小,闸阀中腔上部的压力降和速度都很小.闸阀的流阻系数为0.093,闸阀的最大变形为19.4μm,最大应力值为70.8 MPa,分别位于阀座出口端的顶部和侧面;开启状态下闸阀的变形及应力均在允许范围内.     

回流孔径对磁力驱动离心泵内部流动的影响分析

为研究回流孔径变化对磁力驱动离心泵内部流场及水力性能的影响,分别以6、8、10 mm等3种不同回流孔径的磁力驱动离心泵模型,通过定常、非定常以及流热耦合等数值计算与外特性试验相结合的方法,开展了回流孔径变化对磁力驱动离心泵外特性、内部流场、温度场以及压力脉动特性的影响规律研究。结果表明,(1)回流孔径的变化对磁力驱动离心泵的扬程、效率及泵内部流场的影响较小,其中随着回流孔径的增大,磁力驱动离心泵扬程及效率呈下降趋势;(2)回流孔径的变化对冷却循环流道内的流场、温度场以及压力脉动性能的影响较大,其中随着回流孔径的增大,冷却循环流场内的压力分布逐渐减小,湍动能分布呈增大的趋势,冷却循环流道的冷却效果逐渐变强,另外回流孔径变化对传播进入冷却循环流场的压力脉动强度影响较小,对冷却循环流场内的压力脉动衰减速度影响较大。综上可知,回流孔径变化对泵内流场的影响较小,对冷却循环流道内的流动特性影响较大。     

外啮合直齿轮泵的耳型浮动套筒参数优化

为了减少外啮合直齿轮泵的主、从动齿轮与其端面浮动套筒间的磨损,进而提高齿轮泵的容积效率及使用寿命,分析了齿轮泵端面磨损的机理,得出其所受合力与力矩不平衡是产生磨损的根本原因.由齿轮泵主要参数推导出了其外侧受力与力矩的表达式.基于遗传算法,以耳型浮动套筒所受合力为目标函数,以耳型浮动套筒密封圈的外径、内径、角度和弹性强度作为自变量,在力矩平衡和密封圈宽度的约束条件下,求得当目标函数最小时自变量的值.最后分别对参数优化前后浮动套筒的外啮合直齿轮泵建模并导入PUMPLINX中进行数值模拟,进行对比分析后发现,优化后的耳型浮动套筒所受合力基本为零,受力条件得到改善.本研究可为齿轮泵的密封设计提供技术参考.     

油气混输泵单向球阀启闭瞬态性能试验研究

为了研究变工况来流环境下各参数变化对单向球阀的启闭迟滞性影响,针对3DP-60/3.0型往复式混输泵单向球阀的启闭瞬态过程及往复运动特征,运用UDF动网格技术计算气液单向阀启闭高度-时间函数,重点分析启闭瞬时2种极限情况下入口流体速度、压力及动能损失.揭示了不同入口流量、开启高度、含气率等工况参数对单向球阀内部压力场、气液两相分布的影响规律,并通过试验数据和模拟结果进行对比,验证数值模拟的可靠性.研究结果表明:无论是在纯液相还是低含气率下,随着入口流量的增加,球阀压降增加,而且增加幅度比较均匀.在含气率分别为80%,60%,40%时,开启高度从2~6 mm过程中入口压差逐步减小,呈现递减分布规律;20%至纯液工况(含气率为0)时,开启高度越低入口压差变化越大,体现球阀界面气液逐步分离产生界面压差也更大.含气率从0增加到0.9,球阀压降的降低幅度非常明显,随着含气率的进一步增加,压降不断减小.     

植物网纹增厚导管流体力学建模与流动特性分析

为了研究植物内壁网纹增厚对导管水分运输的影响,采用计算流体力学结合伯努利方程的方法,对导管内径,螺旋线数量,螺纹间距,网纹高度和网纹宽度等因素进行分析,通过压降和等效损失系数的变化,探究网纹增厚导管内部微流动机理.计算结果表明,对于特定网纹增厚导管模型,随着螺旋线数量的增加,总压降增大约16.34%,等效损失系数增大约26.45%;随着网纹螺纹间距增加,总压降减少约5.49%,等效损失系数减少约9.83%;随着网纹高度增加,总压降增大约33.89%,等效损失系数增大约57.96%;随着网纹宽度增加,压降增大约9.56%,等效损失系数增大约15.30%.导管网纹增厚对水分输运影响是网纹结构和回旋流动区域共同作用,且回旋流动区域是影响水分输运的主要因素.对比3种不同导管增厚结构,网纹增厚导管结构流阻最大,环纹增厚导管次之,螺纹增厚导管最小.3种增厚导管的结构流阻与导管内径大小成正比,内径越大的增厚导管其传输效率就越接近理想光滑管道.     

离心泵泵腔流道液体泄漏量试验与计算方法

设计了针对泵腔流道液体泄漏量测量的专用试验装置,采用改变叶轮轴向位置(即改变泵腔轴向间隙)来改变隙径比的方法,在间隙为0.2 mm、0.3 mm,长度为15 mm密封环条件下,对隙径比为0.127、0.101、0.076、0.051、0.025、0.006的泵腔流道的进出口液体压力和液体泄漏量进行了测试及分析,并提出了泵腔流道液体泄漏量计算公式及其速度系数的确定方法。结果表明:不同隙径比的泵腔流道液体泄漏量系数与压力系数的变化很有规律性,其关系曲线几乎是一些斜直线,但隙径比和密封环间隙对其有较大影响;在泵结构不变情况下,只减小泵腔轴向间隙就能有效地减少液体泄漏量,提高泵容积效率,泵腔轴向间隙最佳取值范围为1~5 mm。     

阀体间隙对球阀性能和内部流场分布的影响

为了研究阀体间隙对于管道球阀性能和内部流动特性的影响,基于有限体积法和标准k-ε湍流数值模型,对管道球阀含有间隙和不含有间隙的流道模型进行三维数值模拟计算. 结果表明:无论是含有间隙和不含有间隙的管道球阀流道模型,球阀的流量系数特性、阻力系数特性、空化系数特性,都是在球阀开启角度40°~50°时发生转变; 此时,截面YOZ压力存在压力局部位置较大的集中区域以及旋涡分离现象,会形成2个大小基本相同且对称分布的旋涡. 含有间隙的球阀模型,阀体间隙影响管道下游的流动分布(压力分布、速度分布以及涡分布),流动更加复杂. 同时,阀门开度对阀门过流截面上的压力分布也有一定的影响. 在进行球阀性能精确预测时,不可以进行简化处理,必须考虑间隙对球阀性能和内部流场分布的影响.     

超临界锅炉给水泵级间密封间隙流动特性

为研究超临界锅炉给水泵不同间隙下间隙流道的内部流动瞬态特性,建立不同间隙大小的间隙流道模型并对其进行数值模拟,得到间隙流道在轴向和环向上的压力、速度分布以及在进口压力脉动作用下轴向各处的压力变化情况.结果表明:在轴向上,间隙流道内液流的静压和流速具有3个阶段,分别为突降段、上升段和线性下降段,其中间隙越大,其静压越小流速越快;在间隙流道环形截面上静压的分布并不均匀,而在圆周方向上具有一定的周期性,在间隙流道环形截面上的速度的高速区主要出现在靠近内壁旋转面一侧,低速区主要出现在靠近外壁静止面一侧;在进口压力脉动作用下,间隙流道的入口、中部的压力变化频率是一致的,尾部静压主要由出口压力决定,其压力只在一定的值内上下波动.