毛管射流三通结构参数优化与试验验证

为了提高毛管射流三通的脉冲特性,采用正交设计方法,选取喷嘴宽度、喷嘴深度、控制管宽度、位差、劈距、侧壁夹角6个因素,每个因素取5个水平参数,设计了共25组不同结构的毛管射流三通模型.采用CFX数值模拟技术,对25组三通模型进行模拟计算.以脉冲频率、水头振幅和压差作为试验评价指标,通过极差法分析了结构参数对脉冲特性的影响规律,确定影响各因素的主次顺序;利用方差法确定影响因素显著特性,确定最优结构尺寸模型.经过试验验证,结果表明在进口压力为50~120 kPa下,与4 mm喷嘴宽度射流三通相比,优化模型射流三通脉冲频率提高了3~10次/min,水头振幅(压力)提高了3.2~11.1 kPa,灌水均匀系数提高了0.53%~1.94%,流量偏差率降低了0.81%~5.33%.优化射流三通模型可提供持续稳定脉冲水流,脉冲特性得到较大提高,可有效改善灌水均匀度.     

射流施肥泵的数值模拟

针对现有的活塞式施肥泵存在的问题,设计出一种新型射流施肥泵.利用Pro/E软件完成射流施肥泵的造型,运用Fluent软件进行数值模拟.以射流元件关键结构参数为因素,以活塞平均运动速度和切换频率为试验指标,对射流施肥泵进行了正交试验设计,并应用极差与方差分析法对活塞平均运动速度和切换频率的主要影响因素进行了分析.结果表明,喷嘴宽度和深宽比对活塞平均运动速度的影响显著;位差对切换频率的影响显著.通过多元线性回归分析,建立了活塞平均运动速度和切换频率与射流元件关键结构参数之间的回归模型,可为射流施肥泵结构设计与量化分析提供理论依据.     

支管射流三通结构优化与试验

为了提高支管射流三通水力性能,改善滴灌的灌水均匀性,基于CFX数值模拟技术,对进口宽度为15 mm的支管射流三通进行结构优化.选取位差、劈距、劈尖半径和侧壁倾角为影响因素,通过四因素三水平正交设计了9组模型,边界条件设定为进口压力100 kPa.选取支管射流三通出口设计流量为评价标准,支管射流三通最优结构尺寸为位差5.5 mm、劈距113 mm、劈尖半径13 mm、侧壁倾角10°.此结构尺寸参数下的支管射流三通水力性能试验结果表明:在进口水压为100 kPa时,支管射流三通脉冲频率为148次/min,水头压力振幅为37.9 kPa,水头压力损失为16.7 kPa,出口流量为0.698 L/s;支管射流三通所接滴灌带长度为60 m时,与普通支管三通相比,支管射流三通的灌水均匀系数提高了2.78%,流量偏差率降低了4.72%.该研究可为射流技术在脉冲滴灌系统的研究、开发与应用提供理论依据.     

农药射流混合装置结构参数优化数值模拟研究

分析了农药混合装置原理,对射流器进行了关键参数的设计,应用Gambit建立射流器三维网格模型,应用Fluent仿真分析了射流口直径、引流口直径、引流口位置对引射流量的影响,提出了射流器结构参数优化设计的方法,为农药射流混合装置的设计提供了理论与方法。     

射流三通对灌水器抗堵塞特性的影响

为探明射流三通应用射流附壁与切换技术形成的脉冲水流对滴灌灌水器抗堵塞能力的影响和原因,采用筛分法,分选出6种小于0. 1 mm的泥沙粒径段,配置成3种泥沙级配组合和0. 5、1. 0、1. 5 g/L含沙量浑水,总进口压力为0. 1 MPa,分析射流三通和普通三通条件下滴灌测试系统的抗堵塞特性。结果表明:射流三通产生脉冲振幅为27 k Pa和振荡频率为236次/min左右的脉冲水流,对粒径为0. 03～0. 05 mm和0～0. 03 mm的泥沙抗堵塞能力较为显著,对粒径为0. 05～0. 10 mm的泥沙颗粒随着含沙量的增大抗堵塞能力呈减弱趋势;射流三通测试系统发生堵塞的灌水次数平均比普通三通测试系统多3～8次;不同含沙量下射流三通测试系统相对平均流量和灌水均匀性都高于普通三通,射流三通产生的高频脉冲水流是灌水器抗堵塞能力强于普通三通的主要因素。     

液体射流泵内部三维流场的数值模拟

应用FLUENT6．0软件对液体射流泵三维流场进行了计算分析。在前处理软件GAMBIT2．1．6中将泵内的流场划分为71153个计算单元。计算中采用可实现K-6双方程模型，边界条件为压力进口、压力出口，速度、压力采用SIMPLEC算法。计算得出了射流泵内部的流场分布，其结果可以为射流泵的设计提供依据。     

液体射流泵内部三维流场的数值模拟

应用FLUENT6．1软件对液体射流泵三维流场进行了计算分析。在前处理软件GAMBIT2．1．6中将泵内研究的流场划分为71153个计算单元。计算中采用可实现κ-ε双方程模型，边界条件为压力进口、压力出口．同时采用Segregated算法。计算结果表明，液体射流泵内部流动分布均匀，未出现涡流和回流的现象。     

射流自吸式离心泵三维湍流数值模拟与实验分析

为了获取射流自吸式离心泵内部流动信息,以一内置射流喷嘴的自吸式离心泵为研究对象,建立了各过流部件三维水体,采用了RNG k-ε湍流模型,通过6组网格无关性检查,确定了计算所需网格,运用CFX 14.0流场分析软件数值模拟预测了7种不同工况下外特性和内部流动,得到了全流场压力、速度等物理量变化规律,并将数值模拟结果与开式实验台测试结果作了对比分析。结果表明,设计工况下数值模拟与实验扬程、轴功率和效率的相对误差为2.63%、6.16%和14.29%,泵实际效率较低,其值为15.68%;当流量Q3.5 m3/h时数值模拟和实验的功率曲线呈近似水平直线,变化很平缓;喷嘴到直线段之间的速度分布沿旋转轴对称,扩散段和叶轮进口之间速度呈上大下小分布,液流不均匀进入叶轮进口;L=0.148 m处是静压、速度和湍动能耗散率等物理量剧烈变化的分界点,静压在此处为最小值,而速度和湍动能耗散率为最大值。数值计算结果为该泵性能预测设计提供了直观的理论依据。     

两种流道形式三通内部流场数值模拟

应用数值计算软件时T形结构和优化型结构流道形式三通管道的湍流流动进行了分析计算,采用Segre-gated隐式解法应用标准k-ε双方程模型计算湍流粘度得到了三通管内部的流场分布,并对三通管道内流动的特性进行分析,得出三通管道湍流流动的计算结果.对比两种不同流道形式的三通管道内流动的特性,得出了两种三通管道湍流流动的计算结果和较小局部水头损失的流道形式.     

错流紊动射流速度分布的数值模拟

采用RNG k-ε湍流模型，应用流体有限元方法，对错流紊动射流的流动速度场进行了数值模拟研究。结果表明，错流射流内部有分叉现象，射流喷口背风侧的流动出现了分离并形成尾迹区。分析了分又及尾迹区产生的机理。给出了射流与主流速度比等于3和5的速度场。研究结果表明：射流与主气流速度比直接影响流场特性，其值越大射流对主气流的影响越大。     

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.     

灯泡贯流泵装置内部流动数值模拟

基于三维雷诺平均Navier-Stokes方程、RNGk-ε紊流模型和SIMPLE算法,对一灯泡贯流泵装置模型的内部三维流场进行了全流道数值模拟.对同一转速下流量为20~35 L/s范围内的7个工况点的扬程、轴功率和效率等性能参数进行了预测,分析了泵装置内部速度场的分布.计算结果表明：在最优工况点,泵装置内部水流流态较好,压力分布也比较均匀;而在小流量和大流量工况下,包括灯泡体在内的出水流道内流态紊乱,出现偏流、脱流和旋涡等不良流态.为了验证计算的准确性和可靠性,对该装置模型进行了性能试验,并将数值模拟计算结果与模型试验的数据进行了对比,两者在高效区附近吻合较好,但在小流量和大流量工况下存在偏差.     

基于CFD的斜三通管水力特性分析及流场计算

为探究不同出口夹角下的斜直三通管水力特性,揭示水流所受重力作用下不同入口雷诺数、斜直三通管主管与支管间夹角、局部水头损失系数三者之间相关关系,阐明斜直三通管内部流场分布情况.采用Solidworks 2016对不同夹角斜三通管建立物理模型,利用Ansys 18.0软件进行网格划分与数值计算,运用Tecplot软件进行后处理.结果表明:ζ₁₃,ζ₁₂均随着雷诺数的增加呈现降低趋势,且在雷诺数大于127 616之后呈现缓慢降低趋势;ζ₁₃随着三通管夹角的增加呈现增大趋势,ζ₁₂随着三通管夹角的增大呈现降低趋势;在相同雷诺数下,压力云图在夹角小于90°时分布较为均匀,夹角大于90°时开始出现低压区;速度云图和流线图均随着夹角的增大呈现紊乱和不规则分布;湍流强度随着夹角的增大呈现增大趋势.在实际生产应用中应尽量减少三通管夹角的大小以减少能量损失,提高过流能力.     

小型气液射流泵内部流场数值模拟及优化选择

为深入研究采用空气作为工作流体的气液射流泵性能和特征,设计了不同结构的气液射流泵试验模型.应用VOF方法,结合k-ε湍流模型,根据试验所得数据确定边界条件,对相同工作气体压力和不同参数下的气液射流泵内部流动进行了数值模拟.模拟结果表明,带有扩张式喷嘴的气液射流泵流体的速度和静压分布情况比非扩张式喷嘴的气液射流泵的好;喉嘴距为5mm气液射流泵的速度分布情况较佳;混合室直径为6 mm的气液射流泵的速度分布情况较好.带有扩张式喷嘴喉嘴距为5 mm及混合室直径为6 mm的气液射流泵有较好的速度分布.     

清洁用自吸气脉冲喷头结构参数的正交试验

为研究吸气对脉冲喷头运行特性的影响,设计了一种用于智能马桶清洁的自吸气脉冲喷头,并搭建了喷头整体性能测试试验台.以提高脉冲喷头射流性能为优化目标,选取进气孔直径、进气孔位置和喷头腔体底面倾角为优化变量,采用正交试验设计优化方案对不同结构参数下的喷头进行测量.试验结果表明：自吸气脉冲喷头结构参数之间存在的交互作用不多,仅进气孔位置和喷头腔体下壁面倾角存在一定交互作用;对喷头射流击打力和射流脉冲主频率影响最大的单因素为进气孔直径;与优化前的不吸气脉冲喷头相比,优化后的自吸气脉冲喷头射流速度提高150.0%,且流速衰减更慢,射流范围更大;击打力提高44.4%,射流脉冲主频率提高33.3%;击打力幅值和清洁率相较于优化前更大,分别提高80.0%和23.3%.     

水动冷却塔直驱混流式水轮机转轮数值模拟优化

针对比转数仅有54的水动冷却塔直驱混流式水轮机,选取影响水轮机转轮效率的6个重要水力参数β1,β2,b0/D1,Φ/D1,Z,a/D1,每个因素取2个水平,设计L8（2^7）正交表,生成8个设计方案.通过CFD软件分别对8个方案的水轮机进行全流道数值模拟,采用理论分析和CFD技术分析转轮水力损失特性,对比其结果、优化转轮参数,再将优化后方案进行数值模拟和外特性试验,对比得到的结果,表明使用正交化方法结合CFD技术可在较少的试验方案下有效地改进水轮机叶轮水力性能,达到水轮机优化设计的目的.在设计流量点Q为5 000 t/h处,优化后的模型转轮输出功率为156.57 kW,水轮机效率达到86.51%;数值模拟效率比试验效率低0.11%,实测结果的基本趋势与数值模拟结果相一致.     

自吸泵内部流场的数值模拟及性能预测

基于雷诺时均Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型,应用三维无结构四面体网格及SIMPLEC算法建立自吸泵内部流场的数值模型,利用计算流体力学软件Fluent对设计工况及多个非设计工况下自吸喷灌泵叶轮和蜗壳的三维不可压缩湍流流场进行了数值模拟,得到其内部流场的速度分布和压力分布情况,揭示了泵自吸过程中流体的运动规律,最后预估该泵的扬程及效率并与试验值进行对比分析.结果表明,在相同半径处,叶片工作面压力比背面压力大;在回流孔处存在较大的压力梯度和速度梯度,并且由于分离室边壁的影响形成了大小不同的旋涡;数值模拟性能曲线与试验曲线基本一致.     

双叶片泵内非定常流动的数值模拟

为研究双叶片泵内非定常流动特性,采用RNG k—ε模型对由叶轮水体、蜗壳水体及叶轮进口延伸段水体组成的三维计算区域在设计工况下进行了非定常计算．比较了不同时刻泵内静压和相对速度的分布情况,同时分析了双叶片泵内压力脉动的时域图与频谱图以及瞬时扬程的变化．结果表明,在不同时刻同一流道的静压及相对速度分布并不相同,同一时刻不同流道的静压及相对速度分布也不相同,这主要和流道与隔舌的相对位置有关;双叶片泵内存在明显压力脉动,其中隔舌处的压力脉动最为剧烈．随着与隔舌距离增大,压力脉动强度逐渐减弱,压力脉动的主频等于叶轮转频与叶片数的乘积．该模拟对掌握双叶片泵内的流动规律、减少水力损失、提高泵效率提供了一定的理论依据．