自激脉冲空化喷嘴三维非稳态流动的数值模拟

选择RNG k-ε、Realizable k-ε、标准k-ω和SST k-ω这4种湍流模型,对低压自激脉冲空化射流喷嘴内部流场进行数值模拟研究,验证其对脉冲空化喷嘴内部三维非定常流场模拟的适定性,研究表明RNG k-ε模型的模拟精度高且易收敛,网格无关性验证和时间步长分析说明应尽量减少时间步长.基于三维非稳态空化模型,考虑重力因素,对喷嘴腔室内部流场进行了数值分析,通过压力、速度、水蒸气体积分数和温度的分布云图,分析了1个周期内腔室内部空化初生、能量集中和释放的演变过程,解释了空化射流的产生机理,与试验结果对比,验证了腔室内部流场演变的正确性,考虑重力因素,进行喷嘴内部流场三维模拟更加符合工程实际.     

水下自激脉冲射流装置流场的数值模拟及试验研究

利用自行研制的淹没射流试验平台进行水下自激脉冲射流试验,得到水下自激脉冲射流驻点压力的径向和轴向分布,通过建立相应的物理模型和数学模型,对水下自激脉冲射流内外流场进行了数值模拟,得到装置内、外流场的压力和速度分布,并对计算结果进行试验验证.结果表明:自激脉冲射流在非淹没条件下,有明显的低频脉冲发生,而在淹没条件下,部分射流能量消耗在淹没水流中,以致在腔室内难以形成空化,没有产生明显的脉冲,且驻点压力大幅度减小;不同水深的径向压力分布曲线基本是相同的,近似服从高斯正态分布;轴向驻点压力均随靶距的增大而减小,其衰减特性与连续射流及非淹没情况相似,只是其在有围压情况下衰减速度更快;水下自激脉冲射流装置的内部流场存在轴心主射流低压区、两个对称的负压区、碰撞高压区,并在靠近碰撞体的腔体处产生漩涡,其外流场和冲击射流流场相似,但不存在射流核心区.     

控制性分根交替灌溉对玉米养分吸收的影响

用 PVC管栽试验研究 1 / 2固定灌水、1 / 2交替灌水与均匀灌水对玉米养分吸收的影响。结果表明 :交替供水方式较均匀灌水方式单位耗水量氮利用效率提高 4 .54% ,磷利用效率提高 4 .54% ;节水 2 7.6% ,水分利用效率提高 5.3%。     

非均匀进流下喷水推进泵进流速度场的数值分析

为具体描述喷水推进泵非均匀进流的结构特点,并深入探究非均匀流对喷水推进泵性能的影响,运用CFD-Post软件提取进水流道的出流速度场,将其Profile Data文件定义为喷水推进泵的附加进流条件,数值计算非均匀进流下泵的水动力性能,并与均匀进流下的仿真结果进行比较,获得了喷水推进泵扬程和效率的降幅曲线,其下降幅值随进流场不均匀度的增大而上升.围绕喷水推进泵叶轮进口边的周向平均速度分量,具体分析泵在非均匀进流场中性能下降的原因.结果表明,喷水推进泵的传统设计方法无法满足实际工作要求,相关假设在非均匀进流中也不再适用.其中,非均匀进流场中进口预旋不可忽略;叶轮进口轴面速度和环量不再遵循线性分布规律;圆柱面无关假设也不再成立.非均匀进流对叶轮的干扰集中于叶片进口轮缘处,二次回流的出现堵塞了流道,降低了泵的过流能力,同时诱发叶片轮缘处的载荷突变,降低了泵的做功能力.     

脉冲式液滴对非均匀沙坡面的溅蚀影响

通过模拟雨滴溅蚀试验，探究液滴定点脉冲式打击对非均匀沙的溅蚀影响。试验对4种中值粒径的非均匀沙（1, 2, 3, 3.7 mm）在4种坡度（0°，15°，25°，35°）条件下，采用直径3.65 mm的脉冲式液滴进行试验，对比其溅蚀过程和溅蚀坑型得出结论：相同直径的液滴在同坡度同中值粒径的非均匀沙坡面进行试验，脉冲式液滴对其影响比单液滴更明显，液滴连续打击具有一定的“叠加效应”，下垫面坡度及中值粒径的变化对溅蚀过程及溅蚀坑型也有明显影响。液滴初始打击赋予颗粒不稳定性，随着液滴持续打击，中心颗粒被压实形成塌陷，周围颗粒在侧压力和液滴打击的冲量作用下向四周呈抛物线跃移，形成粗颗粒松散沉积物，进而粗化发展形成溅蚀坑。随着坡度增加坡面稳定性变差，溅蚀坑坑口直径变大、上壁变陡、下壁变缓，下坑唇处颗粒堆积量增加，更易失稳垮塌。同时中值粒径越大细砂受到的遮蔽作用越强，液滴的能量损失越大，用于破坏下垫面原始结构的能量越少，形成溅蚀坑越难。     

射流脉冲三通毛管灌水均匀性试验研究

为了提高低压滴灌系统灌水均匀性,基于附壁与切换原理发明了射流脉冲三通发生器,试验研究了不同压力工况下脉冲频率、脉冲振幅2种因素对灌水均匀系数、流量偏差率的影响,并分析了脉冲条件下毛管铺设长度和进口压力对灌水均匀性的影响.结果表明:在毛管铺设长度相同时,不同低压下射流脉冲三通灌水均匀系数的平均值比普通三通提高了0.65%,流量偏差率明显低于普通三通,平均降幅为3.62%;低压条件下产生脉冲频率高于200次/min,脉冲振幅高于2.5 m;相同压力条件下,灌水均匀系数随毛管铺设长度的增大而降低,流量偏差率随毛管铺设长度的增大而显著增大;毛管铺设长度相同时,灌水器流量随进口压力增大而增大,进口流量也会随之增大.     

喷水推进泵非均匀进流研究进展

针对喷水推进泵运行过程中存在的非均匀进流,从驱动轴扰动、船舶边界层厚度以及进水流道结构等方面分析了非均匀进流的成因,探讨了进口速度比IVR和船舶航行速度对不均匀度产生的影响,总结了非均匀进流的不良效应.当进口速度比IVR以及船速增加时,进流面不均匀度也随之增加,进流品质逐渐恶化.非均匀进流下,泵进流面存在径向速度与压力梯度,导致喷水推进泵在工作过程中会出现回流、二次流、流动分离等失稳现象,内部涡旋扰动代替系统扰动催生失速,导致能量耗散.同时,叶片载荷、空泡体积分布以及压力脉动也呈现出高度不均匀性.基于近年来国内外对非均匀进流的研究现状,提出了喷水推进泵非均匀进流需要进一步深入研究的内容和方向.     

风力发电机相似模型的能量转换特性实验——以200W浓缩风能型风力发电机为例

浓缩风能型风力发电机提高了风能的品位,改善了风能的不稳定性,其能量转换规律具有特殊性.通过采用车载法对200W浓缩风能型风力发电机相似模型的流场进行测试,运用皮托管和数字压力计测试了各断面特征点的总压和静压,获取了能量转换特性.实验表明:在自然风场风速为10m/s,12m/s和14m/s时,中央圆筒的3个断面的能量分别增至相同面积的前方来流风能的2.49倍、2.27倍和2.20倍.     

砂石-筛网组合过滤器结构优化与性能试验

为了充分了解灌溉用砂石过滤器和筛网过滤器组成的二级过滤系统的内部流场情况,利用Pro/Engineer软件进行三维造型,基于计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)技术,应用数值模拟采用RNG k-ε湍流模型结合多孔介质模型对过滤器内部流场进行分析并提出优化方案,在优化的基础上设计新型一体式过滤器并对其进行性能测试。结果表明:RNG k-ε湍流模型模拟结果与试验结果吻合良好,可用于流场分析和结构优化。组合过滤系统按传统分体式布置时,由于连接管道和筛网过滤器外壳等影响,会产生较大水头损失,且筛网过滤器部分由于结构复杂造成环流与漩涡,导致流场不稳,过滤时流速分布不均。针对传统组合过滤系统流场的不足,提出将滤网融入砂石罐体的一体式优化布置方案,改善了布置的复杂度;通过流场分析发现可减小38.5%的水头损失,且由于罐体空间较大对水流扰动较小,所以内部流场稳定;过滤时流速分布更均匀,因此对滤网的利用也更加合理充分,延长了滤网使用寿命。通过两次性能测试对比分析可知,砂石-筛网组合一体式过滤器能有效减小水头损失,并且在含沙水条件下流量减小20%时能多运行20 min左右,表明一体式过滤器水力性能更优且能提高灌溉效率。     

双腔室自激振荡脉冲喷嘴空化射流的数值模拟

为研究自激振荡脉冲喷嘴结构参数对内部空化射流流场的影响,以单腔室自激振荡脉冲喷嘴结构为基础,对采用前后串联方式建立的双腔室自激振荡脉冲喷嘴进行Fiuent数值模拟.选用RNG k-ε湍流模型,分析来流雷诺数、前后腔室腔长比、腔径比的改变对空化射流的影响,并以腔室内的液相体积分数及喷嘴出口处的流速作为流场变化的评价指标.数值研究结果表明:当双腔室内部来流雷诺数由2.98×10⁵变到4.31×10⁵时,喷嘴腔室内的空化程度先增大后减小,与之相对应的液相体积分数先减小后增大;前后腔室腔长比为0.67时,腔室内空化气囊形状规则同时具有对称分布的涡环结构,有利于脉冲空化射流的发生;当腔室腔径比为1.20时,腔室内涡环结构与空化气囊均具有一定的对称性,同样可促进脉冲空化射流的发生,同时在出口处速度分布均匀且流速较大.     

基于气力提升技术的河道泥沙输送试验研究

为了验证气力提升技术在河道清淤过程中的应用效果,依据70%浸没深度的普遍工况,搭建了采用气力提升技术的泥沙输送试验平台.在0~4.5 m/s的进气速度下,开展了泥沙提升效率试验,探究了最佳提升效率所对应的进气速度.同时基于Matlab图像处理功能,着重对0.6与1.0 m/s进气速度下的流型进行分析,得到了最佳提升效率附近对应流型的固体颗粒运动特性.研究结果表明,管内流型以及颗粒的运动特性直接受进气速度的影响.在浸没深度一定的情况下,河沙提升效率由进气速度所决定.通过研究不同进气速度下的流型,进而探究不同流型的形成原因,得知当进气速度达到1.0 m/s时,气相被充分离散成均匀细泡,气体与液固两相发生了强烈的动量交换,气体携带的绝大部分动能转移到了固液两相,该进气速度下的提升效率最高,此时的流型亦为气力提升最佳流型.通过测量得到清淤效率与进气速度的关系,验证了气力提升技术应用于河道清淤的可行性.     

向日葵茎秆切割能耗实验研究

针对向日葵在收获切割过程中的力学变化较为复杂,现存葵花茎秆收割装置存在切割不完整、效率低和能耗高等问题,拟采用摆切式切割试验台对葵花茎秆切割能耗进行实验,研究切割速度、滑切角、割刀刃角对切割能耗的影响以及不同条件下切割能耗的变化规律.实验结果表明:①切割速度在2～3.8m/s范围内时,切割能耗逐步减小,并慢慢减缓;②滑...     

棉花膜下滴灌比例混合变量施肥装置的研发与应用

根据变量施肥技术研发适用于大田棉花膜下滴灌的比例混合变量施肥装置,同时具有可编程控制(PLC)、计算机程序控制(CPC)和遥控控制(RC)3种功能,通过水流驱动无需动力,节能降耗,提高肥料利用率10%以上,达到预期研发应用目的.     

多级中开式离心泵级间过水流道的流场分析

为了研究多级中开式离心泵级间过水流道的流速、静压及湍动能的分布规律,在设计工况下对多级中开式离心泵级间过水流道进行数值模拟计算.针对导流叶片附近产生的回流及旋涡现象,在原始设计的基础上,通过改变导流叶片的形状及位置,提出3种不同的改进方案.分别对改进方案进行数值模拟计算,分析了3种方案流场的变化并通过积分计算出4种不同级间过水流道的能量损失值,对比分析后确定方案二为最佳方案,并通过试验验证数值模拟计算的准确性.研究结果表明,流体沿级间过水流道流动,在过桥末段的导流叶片处产生回流及旋涡,造成一定的能量损失,从而影响离心泵的性能;可以通过改变前端进口角、后端出口角以达到提高多级中开式离心泵整体性能和效率的目的.     

分流对冲与多级扩容组合式集沙仪内风沙分离规律研究

为揭示风沙在集沙仪内部的分离规律,以分流对冲与多级扩容组合式集沙仪风沙分离器为研究模型,通过Fluent数值模拟和微型风洞试验,对风沙分离器内单相流场和气固两相流场进行了分析。在阐释气流降速机理的基础上,进一步分析了气流降速和入口气流中沙尘所占体积分数对风沙分离的影响,并通过分析沙尘的运动规律,阐述了不同粒径沙尘受流场影响的情况。结果表明,气流大幅降速是实现风沙分离的最有效方法,而引起气流速度大幅降低的主要原因是较大值的湍动能场的大范围形成;对于风沙流,当沙尘含量增高时,降速效果变好,风沙分离效果也变好;当沙尘含量进一步增高时,降速及风沙分离效果则变化不大;对于分流对冲与多级扩容组合式集沙仪,当沙尘受强风以下风力影响时,粒径小于0.032 41 mm的沙尘较易受到流场的诱导,受惯性运动的影响较小,从排气口排出的可能性较大,是影响风沙分离效率和集沙效率的主要粒子。     

JP75型卷盘喷灌机用水涡轮能耗贡献率分析

为对JP75水涡轮各过流部件展开能耗贡献率研究,探究水涡轮性能,利用水涡轮试验台对JP75水涡轮在不同转速下进行外特性试验,并确定水涡轮最优转速(250 r/min);采用CERO和STAR-CCM+前处理对水涡轮全流道内流场进行三维建模、多面体网格划分以及数值计算;计算得到水涡轮在固定转速下的外特性曲线,与试验结果的平均误差为3.28%.计算不同工况下流场内部各处能耗,发现叶轮与进出水管道连接处平均总能耗达到52.18%,其中叶轮与进水管道连接处能耗贡献率达到44.80%,分析云图发现此处压力梯度较大,分布不均匀,叶片工作面涡旋现象明显,说明此处能量耗散现象最为严重,在此基础上,对JP75水涡轮采取优化设计,优化后其效率得到显著提升,水头有明显降低且输出功率得到保证.     

车用涡轮增压器压气机叶轮喘振流动特性分析

使用流体力学软件FLUENT对某径流式压气机叶轮内部喘振流动特性进行了数值模拟,得到了叶轮流场的分布图。对流动现象的分析表明:喘振工况时叶轮长短叶片吸力面出现了分离区和分离涡,压力面出现了回流,叶轮内部气流波动明显并出现了冲击波。研究得到的流动特性可为该叶轮的优化设计及确保压气机高效率运行提供相应的理论依据。     

基于叶片包角和出口安放角对叶轮的改进设计

基于计算流体力学方法,对KQW250-400型离心泵全流场进行数值模拟.基于叶片设计理论,对叶轮进行改进设计,通过改变叶片包角Φ和叶片出口安放角β₂建立5个不同的叶轮模型,并数值计算获得5个模型泵相应的外特性曲线和内部流场分布,对比分析可知:叶片包角Φ=126°与叶片出口安放角β₂=24°的叶轮最优;设计流量为550 m³/h时,扬程计算值为53.49 m,效率计算值为87.66%.原始离心泵和带改进叶轮的离心泵外特性试验测试结果表明:当流量Q=551.381 m³/h时,测得原始扬程为49.10 m,效率为79.88%;流量Q=550.823 m³/h时,测得带改进叶轮的扬程为51.84 m,效率为85.65%.改进后设计工况点扬程提高了2.74 m,效率提高了5.77%,且改进后的离心泵效率整体高于改进前,离心泵的整体性能得到了提升.研究结果有利于提高建筑物用泵的经济效益,从而降低能耗.     

旋流自吸泵内部流场数值模拟及PIV试验

为了获得旋流自吸泵的特殊蜗壳结构对于其自吸性能的作用,通过二维PIV测量和三维软件CFX,获得了3个测试工况下旋流自吸泵的内部流场和蜗壳内部的速度场.结果表明,导流壁与叶轮出口在蜗壳内形成的“喷嘴”和“扩压器”形状,分别促进了气-水混合液和气泡流的形成.通过“喷嘴”的液体,其流向涡量、旋转速度和流动均匀性得到提高.液体和叶轮流道1内的气体发生动量交换,气体被压缩并且分散成不同大小的气泡,而液体分散成液滴,形成气-水混合液.通过“扩压器”的气体被进一步压缩,大气泡破裂后形成无数微小气泡,而液滴积聚成液体,形成气泡流.气液分离室内形成2个大小和旋向不同的旋涡,由于离心力作用,气泡流中的气体和液体分离,气体从泵出口管逸出.液体分离回落被凸台阻挡,与凸台的碰撞使液体中夹带的气泡再次分离,而液体流回蜗壳,再次参与上述过程,直到空气从吸入管中排净.     

Numerical study on hydraulic performance of submerged propellers in oxidation ditch

The submerged propeller is an efficient diving mix device,which is applicable for oxidation ditch treatment in industry,city and village wastewater-treatment plant. The impeller structure and reasonable rotating speed are important factors that determine flow field distribution and energy conversion efficiency. So it is necessary to use modern design methods to develop new kinds of high efficiency submerged propellers,and research the flow field characteristics of submerged propellers. On the basis of the existing form drawing,three-dimensional model of submerged propellers and unstructured tetrahedral mesh were generated. Based on Navier- Stokes equations and standard k- ε turbulence model,the flow was simulated by using a simple algorithm. Through changing some design parameters of propellers,the corresponding numerical simulation results reveal that for the same impeller diameter and service area of submerged propellers,the power consumption could be reduced effectively by optimizing blade mounting angle,which can determine the best blade mounting angle and most suitable rotational speed under given conditions. The study can provide theoretical and project guidance for submerged propellers design.