吸油压力对外啮合齿轮泵空化特性的影响

为了研究高海拔和高空作业环境对齿轮泵工作性能的影响,分析了吸油压力对外啮合齿轮泵空化特性的影响规律。采用数值模拟和可视化试验的方法,针对农业机械液压系统中常用的渐开线外啮合齿轮泵进行分析研究。分别在0. 05、0. 10、0. 15 MPa的吸油压力下,数值模拟该泵内部流场的气体体积分数分布;利用高速摄像设备,试验观测记录该泵内的实际流动状态、气泡大小、气泡数量及空化程度等。结果表明:在3种不同的吸油压力下,泵内的油液均会出现不同程度的空化现象,空化强度由大到小依次表现为漩涡流、雾化流、气泡;随着吸油压力的升高,泵内油液中出现的气泡数目逐渐减少、气泡体积逐渐减小,泵内油液的最大气体体积分数和空化程度逐渐减小,使得泵内油液的流动状态越来越平稳,进而改善了齿轮泵出口流量的连续性和稳定性。     

背压对液压马达效率影响的探讨

以斜轴式轴向柱塞液压马达为例,建立液压马达效率的数学模型,分析背压对其效率的影响,通过仿真计算和效率测试,得到定负载和定转速下不同背压时的液压马达效率。结果表明,背压的存在,使摩擦转矩增大,液压马达机械效率降低,特别是低负载工况下效率降低更为严重;背压对容积效率影响较小。     

叶轮背叶片外径对平衡轴向力性能影响的研究与探讨

重点探讨轴向力与背叶片外径大小之间的关系,通过对离心泵的轴向力性能进行定性分析。在此基础上,本文将带有背叶片结构的IH100-65-250化工离心泵作为研究对象,利用SolidWorks对五种不同背叶片外径大小的三维实体进行分组建模,对网格采用局部网格加密技术和分区计算技术,以Fluent为计算软件,选用RNG k-ε湍流模型,探讨了在改变背叶片外径大小情况下轴向力的变化特征。通过流场比较分析可以看出,轴向力随着背叶片外径的增大而减小。最后,在试验机上对CFD模拟的结果进行试验检测,试验数据与数值模拟分析的结果基本一致,研究结论可以为离心泵背叶片设计提供一定的理论依据。     

气体性质对旋风分离器性能影响的数值模拟

利用计算流体动力学(CFD)软件包FLUENT 6.3对密度ρ=0.612 5~2.450 0 kg/m3、粘度μ=4.473 5×10-6~4.473 5×10-5kg/(m·s)的一系列模型气体在旋风分离器中的流动进行模拟,采用单因素分析法分别研究了气体性质对无量纲切向速度、压强的影响。结果表明:无量纲切向速度随着密度增加而增大,随着粘度的增加而减小;无量纲最大切向速度与密度、粘度均呈对数关系;压降阻力系数不仅与旋风分离器几何结构有关,还与气体粘度相关;压降随粘度呈对数降低。同时,拟合得到了无量纲切向速度与密度、粘度的二元方程式,具有较好的普适性。     

粗糙度对离心泵空化过程的影响

为研究壁面粗糙度对离心泵空化过程的影响,利用雷诺时均N-S方程和RNG k-ε两方程,采用Zwart空化模型且不考虑水中溶解性气体对空化的影响,应用ANSYS CFX软件对设计流量工况下离心泵全流道气液两相湍流进行定常数值模拟,分析离心泵内部发生空化时,叶片壁面粗糙度对泵的外特性参数和内部流态的影响.计算结果表明:增大粗糙度将导致离心泵扬程、效率降低以及轴功率增大;泵处在临界空化及局部空化状态时,粗糙度对泵性能参数的影响程度大于泵处在空化初生及重空化状态下的影响程度;壁面粗糙度对湍流发展的影响规律与其对空化进程的影响作用具有相似性;当进口压力为81.06 kPa和101.33 kPa时,减小壁面粗糙度对改善离心泵性能有更显著的效果.     

离心泵平衡孔和背叶片对轴向力特性影响

为研究平衡孔和背叶片对低比转数离心泵轴向力特性的影响,选用一台IS80-50-315型离心泵为研究对象,分别对只有平衡孔、只有背叶片及二者皆有、皆无4种方案进行试验与数值分析.结果表明,背叶片对泵水力性能的影响大于平衡孔,且对泵能量损耗起主导作用.在额定工况下,前泵腔内液体压力沿径向具有“阶梯型”变化规律,后泵腔内液体压力近似线性增大,平衡腔内液体压力随流量变化几乎呈直线分布趋势;同一台试验泵中,平衡孔对前泵腔和平衡腔内液体压力影响更大,背叶片对后泵腔内液体压力降低效果更佳.叶轮加背叶片后所受扭矩明显增大,仅有平衡孔时扭矩稍有增加.全流量工况下平衡孔对轴向力的平衡能力优于背叶片;两者共同存在时,平衡轴向力效果最差.     

不同长径比和倾角圆管道中的空化现象

对不同长径比和倾角对圆管道内液体流动所产生的空化现象进行了研究.通过对长径比为5 ∶1和5 ∶2,倾角分别为90°,120°,135°几种情况下的圆管道在背压为0.1 MPa,入口压力分别为0.3,0.5,1.0 MPa条件下的空化现象进行了数值模拟,得到相应圆管道内的压力和空化云图,并分析了空化在圆管道内出现的位置及空化强度.计算结果表明:空化现象均出现的管道的入口处;在相同的进出口压差条件下,随着圆管道直径的增大,空化区域在减小,且空化强度也在减弱;当管道的倾角为90°时,空化现象最为剧烈,且管道入口处上下均出现空化现象;随着圆管道倾角的增大,管道内空化减弱,空化区域在减小,且空化仅仅发生在入口处下部.同时,制作了长径比为5 ∶1和5 ∶2、倾角为90°,以及长径比为5 ∶1、倾角为135°的透明管道试件,并进行了可视化的空化试验,试验结果与数值模拟的结果吻合较好.     

不凝性气体及湍流扰动对喷嘴孔内空化现象的影响

利用ANSYS_Fluent 15.0软件,在两相流计算采用均相流模型(HEM)、湍流计算采用realizable k-ε模型基础上,分别基于SS及Singhal空化模型对喷嘴孔内空化现象进行数值模拟,并将模拟结果与试验结果进行对比分析,其中前者忽略了不凝性气体及湍流扰动对孔内空化现象的影响,而后者考虑了这2个因素。其后在两相流计算仍然采用均相流模型的基础上,将Singhal空化模型与不同的湍流模型组合应用,并与试验结果进行对比分析。结果显示:不凝性气体及湍流扰动对喷嘴孔内空化现象数值模拟存在显著影响,不考虑这2个因素时计算所得喷孔内气相区域分布规律与试验结果一致,然而计算所得气相体积分数仅为试验结果的42%,考虑这2个因素时计算所得气相区域分布规律同样与试验结果一致,且计算所得气相体积分数约为试验结果的96%,即考虑不凝性气体及湍流扰动的影响会使喷嘴孔内空化现象数值模拟更加准确;考虑不凝性气体及湍流扰动时计算所得气相区域在其末端出现小幅扩散现象,这种扩散现象源于不凝性气体在气相区域末端的膨胀作用;湍流粘度的计算结果通过影响场内流速、静压的方式最终对计算所得喷孔内气相区域分布产生一定影响。     

考虑不可凝结气体的空化流模型及数值模拟

以均相流假设为基础建立了一种基于输运方程的空化流模型,该模型在质量传输方程中不仅考虑了蒸发和凝结的机理,而且考虑了不可凝结气体的影响.采用RNG k-ε湍流模型,并引入与混合密度相关的修正函数对湍流涡黏性系数进行修正.应用文中的空化流模型,对NA-CA66翼型进行了定常空化流动数值模拟,翼型吸力面的压力系数分布曲线与试验结果吻合很好.在此基础上,进一步研究了模型中不可凝结气体质量分数以及不同进口湍动能和湍流耗散率对空泡形成和发展的影响,确定了模型中不可凝结气体质量分数、进口湍动能和湍流耗散率的合理取值.应用空化流模型对非定常空化流动进行了数值模拟,数值模拟结果清晰地反映了翼型表面空化云的初生、成长、脱落和溃灭的全过程,并指出反向射流是引起空化云脱落的重要原因.非定常计算得到的斯特劳哈数与试验相吻合,进一步验证了该模型在空化流数值计算中的可靠性.     

基于CFD的气体分散器对全混厌氧发酵搅拌影响数值模拟

搅拌是全混厌氧消化工程中不可或缺的工艺。适当的搅拌形式可优化流场模拟,使发酵物料分布更加均匀,从而提高沼气的产量和有机物的去除率。气体分散器的结构直接影响全混厌氧消化罐内搅拌效果。在原兰州全混厌氧消化罐A型气体分散器模型的基础上构建了B、C两种结构的气体分散器,并通过CFD多相流模型模拟分析3种分散器结构对全混厌氧消化罐内搅拌流场的影响。结果表明：在沼气流量为500 m~3·h^-1时,A、B、C型分散器的引流能力分别为8200 m~3·h^-1,6560 m~3·h^-1,9200 m~3·h^-1,优化后的C型分散器比原A型引流能力提高了12%,可增强全混厌氧消化罐内搅拌强度。     

柴油机喷孔内空化过程与流动特性研究

为研究柴油机喷孔内燃油空化过程及其对流动能力的影响,基于试验和CFD三维仿真,保持入口压力不变,通过改变出口压力改变空化数,研究了随空化数变化,喷孔内空化过程及空化流动特性。研究结果表明:随空化数降低,喷孔内流动经历3个阶段:无空化阶段、空化发展阶段和空化饱和阶段。在不同的空化阶段,随空化数降低,空化过程和燃油的流通能力不同:无空化阶段,喷孔轴向各截面气液混合相体积分数不变,燃油流量增加,流量系数不变;空化发展阶段,空化从喷孔入口端向出口端发展,沿流向各截面气液混合相体积分数均增加,燃油流量增加,但流量系数下降;空化饱和阶段,喷孔入口端面的气液混合相体积分数首先达到稳定,沿流动方向,其他截面依次达到稳定,燃油流量达到最大并保持稳定,流量系数不断减小。     

高压喷射条件下非常态燃油喷嘴内部空化流动特性

为了改善柴油机喷嘴出口处燃油液滴的破碎状态并增加初始湍动能,采用了180 MPa的高压燃油喷射。推导了受高压喷射影响时非常态燃油各个物性参数与压力之间的关系。搭建了高压定容器喷雾闪光摄影试验台架,在AVL FIRE软件平台上建立了喷油嘴喷孔内部流场的三维CFD模型,通过喷雾测试结果对仿真模型进行了修正。分析了喷孔内部气液两相流场的三维流态以及空化流动特性。结果表明,非常态燃油物性参数的变化有利于增强空化效应;增大燃油喷射背压对孔内的空化效应具有抑制作用;随着喷孔直径增加,燃油高速区域扩大,空化效应增强;增大喷射夹角也有利于增强空化效应,但效果不明显。     

激波传播与云空化脱落过程脉动冲击研究

使用实验与数值模拟相结合的方法对NACA0015水翼的云空化流动和压力脉动进行了研究,分析了激波主导下的云空化脱落机理和脉动冲击。实验在空化水洞中进行,采用压力传感器记录监测点压力脉动信息,并使用高速摄像技术捕获空泡形态。通过数值计算,捕捉对应监测点的压力脉动情况,并基于FBM-DCM方法对SST湍流模型进行修正,获取了非定常流动过程中的空化特性。结果表明：可压缩修正后的SST模型很好地捕捉到了大尺度云空化溃灭后形成的激波在吸力面上的传播过程。空泡覆盖区域,压力处于较低水平。激波在传播过程中会导致当地压力的回升。NACA0015水翼在水温33℃、攻角12°、空化数1.4下,模拟得到激波在46%弦长和32%弦长之间的传播速度约为11.53m/s,实验得到激波在该区域传播速度为11.31m/s,二者在数值上较为接近。     

高压共轨喷嘴内部空化过程的两相流数值研究

高压共轨喷油器喷嘴内的流动属性,尤其是喷孔出口截面上的湍流参数、射流速度以及液相的体积分数等参数对喷雾初次破碎所形成的油滴大小、速度有着重要影响,从而显著地影响喷雾雾化效果。为此,基于验证的欧拉两相流模型对上下两排喷孔式高压共轨喷嘴内空化过程进行了计算分析,并分析研究了针阀升程、喷射压力以及喷孔进口倒角、喷孔锥度等参数对喷嘴内空化过程的影响。计算结果表明,上排喷孔的空化程度要大于下排喷孔,并且适当的进口倒角、收缩型喷孔都能明显地抑制空化过程,但是射流湍动能下降而不利于雾化过程。     

喷孔几何特征对孔内流动及近孔区域燃油雾化的影响

采用混合多相流模型与空穴模型相结合的方法,对喷孔内部流动特性及近孔区域燃油喷射及雾化进行数值模拟。计算结果表明,喷孔几何特征对其内部流动特性及近孔区域燃油喷射及雾化具有重要影响,对于截面渐扩的喷孔,孔内空化效应、湍流度均增强,喷孔出口流速提高,喷油压力增大时效果更显著,空穴强度增大能够促进近孔区域燃油快速分裂,使燃油液滴雾化更细小,有利于柴油机油气混合以及性能的提高。对于截面渐缩的喷孔,孔内空化效应受到抑制、湍流度和喷孔出口流速均降低,喷孔出口液柱较长、液块较大,近孔区域燃油雾化程度降低。     

果园风送喷雾机气助式喷头风力性能数值模拟与试验

针对直筒型气助式喷头风力性能较弱的问题,结合单点风速测试和数值模拟,研究了一种尾部先收缩后扩张气助式喷头的尾部参数对风力性能的影响规律。首先,采用雷诺平均N-S(Navier-Stokes)方程及RNG(Renormalization group)k-ε湍流模型,建立了该型喷头的流场计算模型,基于风速测试验证了该模型的有效性与可靠性;其次,通过数值计算对比了两种喷头的风力性能,结果表明,在进口参数总压105 600 Pa、静压105 200 Pa时,本文所提喷头出口平均风速是直筒型喷头对应值的1.36倍。为了研究尾部参数(收敛段内缩长度、扩张段高度)对本文所提喷头风力性能的影响,以数值计算、Opt LHD(Optimal latin hypercube design)试验设计、径向基函数神经网络(Radial basis function neural network,RBFNN)为理论基础,构建了风力性能参数的代理模型,出口端流量、平均风速的代理模型R2分别为0.983 54、0.987 28,表明该模型可用于喷头风力性能预测,指导参数科学配置。基于代理模型,对喷头风力性能参数的影响因子进行了分析及单目标优化,随着扩张段高度、收敛段内缩长度的增大,出口端平均风速均呈现下降趋势,而流量均呈现先上升后下降的变化趋势;当扩张段高度、收敛段内缩长度取值为1.08、5.39 mm时,出风量达到最大值0.017 9 kg/s;而两值分别取0、0 mm时,末端平均风速达到最大值67.9 m/s。针对末端流量、平均风速相互矛盾的问题,进行了多目标优化,得到了喷射性能参数最优Pareto解集,为气助式喷头与果园间的优化匹配设计提供了参考。     

柴油机喷嘴内空穴流动可视化试验与数值模拟

柴油机喷雾特性除了与气缸内气流运动有关外,也与喷嘴内空穴流动有密切的关系.设计了比例放大多孔喷嘴内空穴流动和喷雾的可视化试验装置,进行了不同燃油喷射压力下喷嘴内空穴现象和喷雾的可视化试验,对所建喷嘴内空穴流动的三维数值计算模型进行了试验验证.采用试验和数值模拟相结合的方法分析了喷嘴内部流动从单相湍流流动发展为空穴流动、超空穴流动的流动特性,得出了喷嘴流量系数与喷射压力及空穴参数之间的关系以及喷嘴内出现空穴现象的临界条件.     

不同喷孔夹角的直喷柴油机涡流室燃烧系统性能分析

为改善燃烧室内喷雾的空间分布,增强气流运动,促进油气混合,基于前期研究提出的新型直喷柴油机涡流室燃烧系统,对146°、150°、154°喷孔夹角的3种不同喷油嘴在燃烧室内的喷雾、混合气形成与燃烧过程进行了数值模拟.结果表明:从燃空当量比总体分布来看,采用146°喷孔夹角时混合气最均匀.燃烧涡流和逆挤流对速燃期的燃烧室内温度分布有较大的影响.154°喷孔夹角的NO排放量最低,而146°喷孔夹角的碳烟排放量最低.综合来看,150°喷孔夹角有较好的排放性能.