齿形微通道内流流场数值模拟及试验研究

以断面尺寸800μm×800μm的齿型微通道为研究对象,在雷诺数为100和300流动条件下对微通道内流进行试验测量和数值模拟.利用Micro-PIV技术,获取了微通道内流流场速度矢量分布图和流线图,试验结果发现微通道内流在各齿之间流动结构具有重复性,齿内流场包含高速区和低速区,且低速区在转向内侧和左顶角区域存在回流,内附一个完整的涡旋.数值模拟采用多孔介质模拟微通道壁面粗糙元、配合realizable k-ε湍流模型的数值模拟方法,对微通道几何结构单齿建模,利用周期性边界条件模拟计算得到了微通道内流流场分布,模拟流场与试验结果特征相同;在微通道内流特定截面上进行流速定量分析,分析结果为模拟值与试验值吻合程度高,证明该模拟方法在较大雷诺数范围内均适用于复杂结构的微通道内流流动模拟计算.     

微尺度内流流场数值模拟方法及实验

以Micro-PIV实验测量的微尺度流场为基础,利用Fluent数值计算软件设计最佳微尺度流动数值模拟方案.针对微尺度特性,采用设定壁面粗糙度和多孔介质模拟粗糙元的微尺度效应处理方法,利用Fluent软件提供的realizable k-ε模型和标准k-ω模型,分别在Reynolds数为100和300情况下对边长600μm的矩形断面的微通道内流场水流流动进行数值模拟,通过各种数值模拟方案下计算出的速度场与Micro-PIV实验结果的对比,得出以多孔介质模拟壁面粗糙元、配合realizable k-ε模型进行数值计算的方案是微尺度流场CFD的最佳方案.     

多孔介质壁面条件下微尺度流动的数值模拟

利用多孔介质模拟微通道壁面粗糙元,建立了一种新的微尺度化流场的数值模拟方法.多孔介质模型厚度由微通道壁面相对粗糙度折算,多孔介质的阻力系数由该区域内的流态及阻力计算;配合采用k-ε和k-ω多种形式的湍流模型,对边长为600μm的方形断面微通道流场在雷诺数分别为100和300的情况下进行了数值模拟计算.通过模拟结果与Micro-PIV测量数据的对比分析发现,采用realizablek-ε湍流模型,搭配多孔介质微尺度化模型进行数值计算,能够有效地模拟微尺度流场的流动状况,而标准k-ε湍流模型和RNGk-ε湍流模型的微尺度模拟计算结果虽接近试验测量值,但仍有偏差;标准k-ω湍流模型和SSTk-ω湍流模型的微尺度模拟效果较差.     

微灌用砂石过滤器全流场数值模拟与试验

为了充分了解微灌用砂石过滤器内部流场分布情况,利用同CFD相同数学原理的FloEFD流体仿真软件,采用多孔介质模型将砂石滤床的阻力特性作为三维数值模型的边界条件,对过滤器内部全流场进行数值模拟。结果表明:过滤器内部元件和出水口边界条件对过滤器的速度流场和压力场分布规律影响较大,基于多孔介质模型的计算流体力学方法对砂石过滤器的数值模拟精度较高,数值模拟结果与试验结果较吻合,可以准确地预测过滤器水力性能。     

桨叶式搅拌槽内部流场数值模拟及PIV试验

对搅拌槽内的混合过程进行了三维数值模拟,采用多重参考系法（MRF）以及标准k-ε模型,分析了搅拌槽内液体的流动情况.为了了解采用的叶轮模型能否有效地搅拌液体,分析了搅拌槽内垂直面和水平面的速度分布情况.运用PIV技术对搅拌槽内的真实流动情况进行了研究和探讨.通过比较搅拌槽液面、叶轮排放区、叶轮流入区以及槽底的速度分布与数值模拟速度分布之间的差异,发现数值模拟和试验所反映的轴向速度增减趋势相同,但最大速度点的差别有所不同：模拟值和试验值在池底基本吻合,在叶轮排放区和流入区分别相差12.8%和14.2%,在池面相差较大.这肯定了数值模拟对试验研究的预测作用,可为搅拌器的选型和设计提供参考.     

离心泵内部流场试验研究与数值计

采用先进的流场测试仪器PIV在不干扰流场的情况下,对叶轮内部流场进行高精度测量,并利用流场计算软件Fluent对离心泵在不同工况下的流场进行模拟,获得了流道中相对速度以分布。结合数值计算与实验研究,对离心泵叶轮内部流场进行了初步分析。实验结果表明,计算所采用的 模型的修正方法基本符合此型泵内部流动的实际情况。     

车用催化转化器内流场的三维数值模拟的研究

运用多孔介质模型对催化器内部流动建立了数学模型，应用CFD软件Fluent对不同扩张管结构的流场进行了三维模拟。并利用实验数据验证了模型的正确性。在此基础上，用软件分析了扩张角和排气流量对催化器内流场的影响。计算机模拟为催化器的结构优化提供了依据。     

方截面直微通道内低雷诺数流动分析

为了研究植物水分通道导管内流等雷诺数小于1的微通道内流流场特性,采用Micro-PIV试验测量技术和Fluent软件,通过设置合适的多孔介质区域厚度与动量源项,建立多孔介质模型模拟壁面粗糙元影响的数值模拟方法,在雷诺数分别为0.15,0.25和0.35时,对断面尺寸为400μm×400μm的方截面直微通道内流流场进行研究,并将试验与数值模拟结果与直接对控制方程解析求解所得的解析解进行比较.结果表明：微尺度通道往往具有壁面相对粗糙度高的特性,该特性对通道内流场分布造成的影响,在雷诺数很低的情况下,仍然不可忽视.解析解是针对常规尺度通道推出的,未考虑微通道较高的相对粗糙度对流场的影响,虽然其流场速度廓线的变化趋势与试验值相近,但其值在距离流道中心小于0.04 mm的主流区小于试验值,而在距离流道中心大于0.04 mm的近壁区大于试验值.采用多孔介质模拟壁面粗糙元则可以有效地实现对方截面直微通道低雷诺数内流的模拟,试验值所得数据点与模拟值所成曲线重合.     

多喷嘴射流泵流场的数值模拟与PIV测量

为研究多喷嘴射流泵性能和内部流场特征,设计了不同结构的多喷嘴射流泵试验模型.采用k-ε湍流模型和壁面函数法对不同参数下的多喷嘴射流泵进行了数值模拟,模拟结果表明,喷嘴数和喷嘴角度及喉嘴距对射流泵工作性能影响较大;在吸入室及喉管入口处湍动能较大.利用PIV系统对不同结构射流泵内部流场进行了三维测量,获得了射流泵对称面流场的速度矢量和湍动能等值线图.试验结果表明,其速度梯度衰减得愈快,工作流体和被吸流体混合距离越短.验证了多喷嘴射流泵可缩短喉管长度.测量结果证明数值模拟的正确性,为多喷嘴射流泵理论研究和合理设计提供了理论依据.     

齿形迷宫流道流场数值模拟与优化

利用CFD流体动力学分析软件,对齿形迷宫流道内部流场进行仿真计算,通过计算结果获得相关参数及可视化图,并基于这些计算结果进行流道结构优化设计。数值计算结果表明流道内部呈紊流流态;涡流区、滞流区和低速区域较大,主流域流通面积小且向右偏移。按主流流线形状对流道进行结构优化后,增强了流道的＂自冲刷＂功能;优化后的流道适应＂低...     

空气净化机净化动力学分析及气流场数值模拟

采用动力学方法分析空气净化机理,对过滤网在吸收过程中的阻力进行了理论推导,为空气净化机滤纸、进出口风道的优化设计提供依据.从空气净化机内部气流场出发,建立内部气流场的几何模型,以多孔介质模型来模拟过滤网;通过Fluent软件数值模拟空气净化机内部气流,分析了进口风速在1 ～5 m/s变化过程中,不同高度(0.05,0.10,0.15 m)截面上的压力场和速度场变化.结果表明:风速在l ～2 m/s时,气流稳定;HEPA滤纸在高度为0.10m截面上对气流的阻力最大.为了获得更好的内部气流场,应尽量增大进风口和出风口的面积,使之覆盖的面积与主流风道大体一致,这样可减少涡流现象,并可降低出风口处的气流叠加效应.通过Fluent软件模拟效果良好,可为实际使用中的现场流场问题提供理论指导.     

迷宫螺旋泵气液两相流场的数值模拟及试验

基于混合物多相流模型、RNGk-ε湍流模型和SIMPLEC算法,应用CFD软件Fluent对迷宫螺旋泵内气液两相流场进行数值模拟并通过试验进行验证.通过分析流道内不同截面上的压力、速度以及含气率分布,研究泵内气液两相流场的流动情况.模拟结果表明,压力分布从进口到出口沿螺旋槽逐渐升高,增压效果明显,速度分布在环形腔的外侧比在内侧稍大,螺旋部分含气率分布比较均匀,进出口处出现含气率分布不均匀现象,局部含气率较高,在此要防止气堵现象的发生.试验结果表明所采用的计算模型基本符合泵内部流动的实际情况,这说明模拟结果一定程度上揭示了迷宫螺旋泵内部气液两相流场的流动规律,可为迷宫螺旋泵气液两相流研究提供理论依据,试验结果同时表明迷宫螺旋泵进行气液混输时具有良好的曝气效果,可作为传统曝气设备的替代产品.     

抽水蓄能电站引水岔管水力特性数值模拟

通过对某抽水蓄能电站在不同工况（抽水或发电）、不同分流比（单台机或多台机运行）情况下引水岔管的水力特性进行三维数值模拟计算,采用非结构化网格离散计算区域,使用有限体积法将方程的积分形式转化为代数方程组,为保证计算精度,采用二阶迎风格式,隐式求解,速度和压力方程用SIMPLE算法耦合．分析了各工况下岔管处水头损失变化和水流流态情况．结果表明,计算结果与试验较吻合,由于夹带不同能量水流汇合后“能量相互传递”,抽水工况水头损失出现了负值,发电工况流态好于抽水工况流态;分流（发电）水头损失较大,合流（抽水）水头损失较小,为机组运行方式的选择提供了依据,可使岔管能量损失降低到最小程度．     

基于CFD的多扎管热风数值模拟与设计方法

针对目前温室热风采暖效率较低的现状,提出将多孔管应用于温室热风采暖的设计方法．利用Pro／E软件完成多孔管造型,应用Fluent6．2软件并设置三维雷诺平均Navier—Stokes方程、RNG k-ε紊流模型和SIMPLEC算法对多孔管内部流场进行了数值模拟．采用二分法搜索原理、数值传热学理论、流体力学和逆递推法对多孔管热风采暖进行设计计算,并运用VB6．0软件对其进行编程计算,得到了多孔管滴灌器的流态指数为0．507,性能良好;当设定进、出口压力分别为10,0kPa,进、出口温度分别为300,278K,边界壁面传热系数为0．055时,多孔管各出风孔口温度值几乎不变,压力值沿多孔管产生压降,约为200Pa．设计方法所得结果比数值模拟结果略高,各出风孔口处压力值和温度值的设计曲线和模拟曲线趋势一致,且压力值和温度值的均匀系数均大于0．8,满足多孔管热风流动均匀性的要求．     

HD型石油化工流程泵双蜗壳内部流场数值计算

180°对称分布的双蜗壳结构在大型离心泵中应用广泛,但目前对双蜗壳内部流动规律的数值研究还相对较少。为了探究双蜗壳流道内部流动规律,利用CFD软件,基于雷诺时均N-S方程和k-ε紊流模型,通过SIMPLE算法进行压力速度耦合,对双吸式HD型石油化工流程泵蜗壳流道内部流场进行了数值模拟,得到了蜗壳内的速度场以及压力场的分布规律,并重点分析了隔舌和扩散段内的流动。数值结果表明,蜗壳内的速度场以及压力场分布相对比较均匀,在隔舌和扩散段内存在一定的回流和涡流,但并不影响泵的良好性能和高效率。     

折边对旋流泵性能影响的数值计算与试验

为提高旋流泵的扬程和效率,进行了折边对旋流泵性能影响的数值模拟与试验研究.通过对3种具有不同折边大小的叶片的水力性能进行对比,分析折边对旋流泵性能的影响.采用Pro/E造型和非结构化网格,把旋流泵无叶腔和叶轮作为一个整体来模拟旋流泵内部三维不可压湍流场.数值模拟计算选取工作介质为清水.计算结果表明,旋流泵内部存在较强的纵向旋涡和轴向旋涡,折边可以改善旋流泵内部流动情况,限制径向转为轴向的循环流动;通过对比试验讨论了折边对旋流泵性能的影响,试验结果表明,扬程提高3.64 m,效率提高近7.0%,折边能够减小水力损失,提高旋流泵的扬程和效率.     

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.     

离心泵进口回流流场特性的数值模拟及试验

基于有限体积方法,采用标准k-ε湍流模型,应用ANSYS CFX软件对不同工况下低比转速离心泵进口处的三维湍流流场进行了数值模拟.通过在进口流场中设置大量监测点,采集速度变化数据,对回流发生和发展过程中进口处的回流旋涡形态和流场速度分布进行了分析.提出了采用有机玻璃进水管,利用注入的空气气泡作为示踪粒子的可视化试验方案.使用高速摄影仪拍摄气泡的运动轨迹,从而分析不同工况下进水管流场的速度分布.结果表明：模型泵回流发生的关键流量点为0.7Qd;回流发生后,随流量的减小,回流强度增大,回流旋涡的体积变大,旋涡中心向进水管内移动,堵塞部分流道;进口回流会同时在叶轮和进水管内造成与主流方向相反的轴向速度和预旋,随回流强度的增大,轴面回流速度、进水管内的预旋强度增大,预旋在进水管中的影响距离最远到达距叶轮进口10倍叶轮进口直径处;当离心泵关阀运行时,在进水管内将形成柱状涡带.