预沉组合式灌水器堵塞预测与验证

充分考虑灌溉水中悬浮固体物的水力特性,利用FLUENT软件实现了灌水器微小内流场中固液两相流数值模拟,得到了悬浮固体物的运移轨迹和密度分布,以及水流场的压力和速度矢量分布结果.悬浮固体物的模拟结果为预测堵塞的位置和程度提供了直接依据,而水流场的模拟结果则有助于理解悬浮固体物的堵塞行为.为了验证模拟结果的正确性,对预沉组合式进行了灌水器试验室"短周期"强化堵塞试验,其结果与模拟结论较为吻合.综合固液两相流模拟与试验室强化试验,提出并实现了一套有效的灌水器堵塞预测方法,这对于推动滴灌技术的发展具有重要的意义.     

弹尾形稳流器对摇臂式喷头内流道水力性能影响

对PY140型摇臂式喷头在不同的弹尾形稳流器与喷嘴直径组合工况下进行了喷头内流道水力性能试验。结果表明:喷头内流道阻力损失与喷嘴直径、稳流器长度及进口工作压力呈正比,并建立了回归模型;喷管段产生的阻力损失与喷头内流道阻力损失之比的平均值为0.666;当进口工作压力一定时,喷嘴工作压力与喷嘴直径、稳流器长度呈反比,喷头流量的最大相对误差为4.7%;锥角为40°的圆锥形喷嘴流量系数算术平均值是0.928。     

垂直摇臂式喷头导流器的流固耦合分析

以垂直摇臂式喷头的导流器为研究对象,对导流器从水射流中获取的驱动力进行理论分析和试验测量.基于流固耦合原理,初步建立了垂直摇臂式喷头导流器驱动力数值模拟计算模型,并通过试验结果验证数值模拟结果的准确性.将流场计算结果加载到导流器固体域上,对导流器进行了力学分析和模态分析.结果表明:模拟得到的导流器从水射流中获取的驱动力值与试验值的最大偏差为15.98%,但随着压力的升高,偏差值逐渐降低;通过力学分析得到导流器在受水射流冲击时的变形主要分布在弯曲叶片部分;通过有限元模态分析,得到导流器前6阶模态的固有频率和振形,当导流器的工作频率小于122.6 Hz时,其振动以一阶振形为主.为了提高导流器的工作稳定性与可靠性,可以通过改进局部结构或提高材料的力学性能实现.     

我国压力补偿灌水器的研究进展

概述了近十年来,国内外压力补偿灌水器的应用情况及研究进展,在综合数值模拟、快速成型技术、可视化试验平台等多种先进技术手段的基础上提出了压力补偿灌水器比较完善的开发路线,并对该路线中涉及的关键问题进行了讨论。补偿机理的研究是压力补偿灌水器设计研发的核心,本文通过课题组已完成的部分工作,指出采用流固耦合方法进行数值模拟,获得灌水器内部压力速度分布及膜片变形情况,结合可视化试验是阐明压力补偿灌水器补偿原理、加快压力补偿灌水器研究的有效途径。     

导叶式离心泵内部流动特性数值模拟

采用SST k-ω湍流模型对导叶式单级离心泵内部流场与压力场进行非稳态数值模拟,并进行试验验证。根据数值计算结果分析导叶、蜗壳内非定常压力回收与总压损失、压力脉动等特性。结果表明,数值模拟性能预测结果与试验结果较吻合;由于动静干涉作用影响,导叶与蜗壳内总压损失、静压回收呈现周期性波动,且导叶内总压损失与静压回收都大于蜗壳;导叶内大量漩涡主要由导叶叶片前缘漩涡诱导产生,且逐渐向出口延伸,而蜗壳内漩涡主要由导叶叶片尾缘诱导产生。叶轮中最大压力脉动强度集中于叶轮出口处,导叶与蜗壳中压力脉动强度最大区域分别集中于导叶前缘附近、蜗壳出口。     

UPVC斜三通阻力损失及流动特征数值模拟

为探讨灌溉管网中斜三通管的水流变化阻力规律,揭示产生阻力损失的诱因,基于标准k-ε湍流模型对DN75等径UPVC斜三通管的阻力损失及流动特征进行了数值模拟研究,并通过文献中的试验结果对标准k-ε模型在分岔流中的模拟效果进行验证。结果表明:标准k-ε模型对分岔流的计算具有较高的精度,与试验结果相比阻力系数最大相对偏差为14.3%;斜三通管主管至斜管、主管至直管的局部阻力系数均与分流比呈较好的二次抛物线关系;流动特征分析表明主管至斜管的阻力损失主要是由离心力作用产生的旋涡和流量变化引起的,在分流比较小时旋涡起主导作用,在分流比较大时流量变化起主导作用;而主管至直管的阻力损失主要由水流发生偏转引起的。     

基于动网格与UDF方法的稳流器流场数值模拟研究

基于动态网格技术及UDF(用户自定义函数)方法,对某稳流器流道内流场进行数值模拟,得到流量、水头损失和上下游压差力等参数之间变化的关系,并与物理模型试验的结果进行对比.结果表明,数值模拟所得结果与模型试验基本吻合,从而验证了数学模型的可靠性和精度,并得到适应于该稳流器的动网格数学模型,从而为稳流器结构的后续优化提供理论依据.     

基于ANSYS CFD的厢式货车外流场的数值分析

运用有限元计算流体力学分析软件ANSYS CFX,采用其所带的SST模型,对厢式货车的外流场进行了数值模拟,计算出其气动阻力,与试验结果进行了对比,有较好的模拟精度。分析了厢式货车的压强分布云图和外流场流线图,为其减阻节能技术提供了参考。     

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.     

涌泉根灌灌水器螺纹流道水力特性研究

针对涌泉根灌灌水原理,提出了一种新型的螺纹式涌泉根灌灌水器,并运用Pro／E三维造型、CFD数值模拟、快速成形及试验验证等方法对该新型灌水器的水力性能进行了研究,得到了不同长度流道的压力流量关系曲线和内部压力、速度分布图。结果表明,该流道水力性能良好,流态指数约为0．5,处于紊流状态,消能形式以局部水头损失为主,试验验...     

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.     

新型自吸离心泵数值模拟及试验研究

应用计算流体动力学软件Fluent对带导流器的射流式自吸离心泵内部流场进行了定常数值模拟,对泵内部流场的速度矢量、静压、总压分布及流动规律进行分析,预测了泵的效率,并与试验结果比较.数值模拟结果表明：带导流器的射流式自吸离心泵的内部流场速度矢量分布趋于平稳,新型导流器的两个出口压力分布均匀,各流道内的压力近似对称分布,泵在设计点数值模拟计算扬程比试验扬程提高6.9%,数值模拟计算效率比试验效率提高0.5%,数值模拟预测的性能曲线与试验性能曲线趋势一致.试验结果表明：带导流器的射流式自吸离心泵的性能曲线稳定、平坦,高效率区范围宽,各项技术指标满足设计要求,该泵的效率比国外同类型相同参数泵的效率提高了16.34%,同时泵体采用铝合金压铸,大幅度减轻了泵的重量,降低了泵的成本,设计合理,结构新颖,体积小,重量轻,运行可靠,操作方便.     

3WF-8型风送式果园喷雾机性能优化与改进

通过了解喷雾机内部风场的分布情况,并且根据风场的分布及实际情况,制定优化喷雾机内部风场的有效方案,最后通过试验证明优化效果.同时,结合三维实体建模与数值模拟分析,发现喷雾机管道内部的拐弯处存在涡流,说明拐弯处除了弯管本身的损失外还有涡流产生的压力损失和动能损失.试验结果表明:增加导流器后,风场的均匀性明显提高.喷雾机左侧风速提高了10.6%,右侧风速提高了1.5%,并且优化后,喷雾机左侧和右侧风速大小基本保持一致.     

基于空化模型的文丘里施肥器内部流动分析

为了研究文丘里施肥器的水力性能和内部介质混合规律,以试验和数值模拟相结合的方法,基于混合模型和空化模型,利用Ansys Fluent商业软件对文丘里施肥器在不同工况下进行三维定常数值模拟,并设置对比试验。结果表明:考虑空化模型的数值模拟结果与试验结果基本相符,表明采用空化模型可以更好地预测文丘里施肥器的水力性能。另外,混合室和喉管是能量损失的主要发生区域,肥液和工作液体的混合主要发生在扩散段。     

泵装置拍门阻力损失数值模拟与试验

采用数值模拟与模型试验相结合的方法对模型泵装置出口拍门的阻力损失进行研究.通过模型试验获得了出口拍门在不同开启角度时的阻力损失值,归纳了拍门阻力损失随流量变化的规律.结果表明:拍门阻力损失受导叶出口环量的影响,阻力损失与流量的平方不呈正比,在相同流量时,泵装置效率下降值与拍门开度亦非正相关.应用CFD软件对泵装置设计工况时拍门开启角度25°及无拍门时出水流态进行数值计算,分析了有、无拍门的出流流态,依据数值模拟结果预测了拍门阻力损失,在设计工况时的数值预测值与试验结果吻合较好.     

基于CFD技术的核电站上充泵全流场数值模拟

为研究核电站上充泵内部流动规律,基于计算流体动力学（CFD）技术,采用Reynolds时均N-S方程和标准k-ε湍流模型,压力、速度耦合使用SIMPLEC算法,对1 000 MW核电站离心式上充泵全流场的三维定常湍流进行数值模拟,得到上充泵各级叶轮-导叶内部的速度、静压以及湍动能分布图,并对其内部流动状态进行分析.在数值模拟的基础之上,对4级上充泵样机进行了性能试验,并且换算成12级实型泵的性能,将性能试验结果和模拟性能预测结果进行对比.数值模拟结果表明：在叶轮、导叶间隙处出现局部低压区;叶轮出口和导叶进口交界区域速度分布不均匀,局部区域有逆流和旋涡,造成部分水力损失;叶轮出口和导叶进口处的湍动能较大,且分布极不规律,有较大的能量损失.从数值模拟的结果可以得到上充泵内部流动水力损失严重的区域,为进一步优化上充泵的设计提供参考.数值模拟和试验两者的结果吻合较好,验证了计算模型和换算结果的正确性.     

承插式90°弯头水力特性的试验与数值模拟

为了研究弯头水流阻力及水流流动特征,运用试验和数值模拟的方法,对DN50和DN75 2种PVC承插式90°弯头的流动特性进行了试验和数值模拟,所得模拟结果与试验结果基本吻合。结果表明:不同管径的弯头局部阻力系数先随雷诺数的增大而迅速降低,在雷诺数达到一定数值后,局部阻力系数趋于一定值,随雷诺数的变化很小。利用CFD中的fluent软件,对不同管径的承插式90°弯头进行了数值模拟。根据模拟结果,建立了局部阻力系数与管径的关系式。同时对比分析了承插式90°弯头的速度场、压力场,由弯头的流线图和速度矢量图,得出了弯头能量损失的主要原因:弯头的能量损失主要发生在弯头下游管段,弯头水头损失主要来源于因流动方向的改变及漩涡引起的能量损失。     

ANSYS/FLOTRAN在摇臂式喷头压力损失分析中的应用

利用ANSYS建立了装有稳流器的中压摇臂式喷头的CFD（Computational Fluid Dynamics）数值模型,对不同的工作压力进行了模拟计算,得到喷头流道压力等值线图和压力损失值,并利用台架实验进行了验证。结果表明,摇臂式喷头流道压力损失模拟计算值与台架实验值之间的平均偏差均小于2．5％,从而确定可用仿真模拟计算代替台架实验,研究喷头流道水力性能,减少了实验次数,为摇臂式喷头流道结构的优化研究提供了有效的手段。     

基于数值模拟与实验的三角转子泵性能研究

根据Wankel发动机传动原理,设计了一种双进出口的三角转子泵。阐述了三角转子泵的工作原理和结构特点,通过数值模拟和机械损失数学模型对三角转子泵的流量、压力、机械损失及机械效率等方面进行了计算和分析,并通过实验对数值模拟的预测结果进行了验证。结果表明,在额定转速190 r/min时,进口流量波动较大,3个工作腔交替完成吸入和排出,出口总流量较为平稳;工作腔一个工作循环的压力环包括工作腔扩容、快速增压、稳定输出、快速降压4个阶段;实验流量和压力与模拟值吻合较好,随着转速的提高,压力和流量都明显提升,额定转速下流量和压力的模拟值分别为8.96 m~3/h、2 013.92 k Pa;通过机械损失数学模型得到的、在额定转速下密封片的摩擦损失、端面损失、轴承损失、齿轮啮合损失分别为103.4、182.5、60.5、33.2 W,机械效率的模拟值和实验值较为吻合,分别为92.9%和93.3%。     

数值模拟技术在“材料力学”教学中的应用研究

针对"材料力学"传统教学方式易导致学生学习主动性差、理论知识掌握不牢靠,工程运用能力不足,而新的教学改革手段则存在成本大、耗材大及未做到理论与实践相结合等问题,课题组以材料力学中受力弯曲的T形截面梁为例,基于数值模拟方法,采用线模型建立T形截面梁的简化物理模型,构建受力过程中的数学模型,并进行数值模拟。利用数学模型的理论计算及材料力学中相应判断原则得到T形梁受载荷后的剪力、挠度及弯矩分布情况与模拟结果相吻合,验证了模型的有效性。数值模拟得到T形梁受载荷后剪力云图、挠度云图、弯矩分布情况及相应位置数值的大小,可为数值模拟技术在"材料力学"教学中的应用提供指导。