考虑热力学效应的空化模型修正及其适用性研究

为了研究热力学效应对不同温度水和低温流体空化影响,针对Zwart、Merkle和Singhal 3种典型空化模型,基于Antoine方程,考虑汽化潜热引起的饱和蒸汽压变化以及湍动能对当地汽化压强的影响,通过CFX前处理编辑分别对3种空化模型进行了修正,提出了全新的考虑热力学效应的空化模型。针对不同温度水为介质的NACA0015翼型,分别采用3种不同空化模型及修正后的空化模型进行了数值模拟。结果表明,修正后的Merkle模型更加接近实验值。基于修正后的Merkle模型,模拟了不同温度液氮为介质的HORD翼型,并与实验结果进行了对比。研究发现,考虑热力学效应时,空化区域产生温度下降、对应饱和压力下降,致使空化强度减弱,空穴长度缩短,当地空化数均大于远场空化数。相比温度为77. 64 K的工况,83. 06 K工况下的热力学敏感性更高,压降更多,空化受抑制更加明显。     

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。     

针阀结构对喷油嘴内燃油流动影响的数值分析

采用CFD动态计算并结合欧拉两相流算法分析针阀结构的不同对燃油在喷油嘴内流动的影响。通过对单锥面针阀和双锥面针阀的喷油嘴进行对比分析,得出一次喷油全过程中单锥面针阀的出口质量流量要比双锥面针阀的少,相应的平均流速也低。由于喷嘴出口流动情况的不同造成了喷雾的形态差异。     

高压共轨喷油器控制阀空化研究

为了研究较高轨压条件对共轨喷油器控制阀的影响,对典型的共轨喷油器进行了可靠性试验,而且针对控制阀及其上游流道进行了非定常气液两相流动模拟计算和分析。计算所需的动网格边界条件由执行器衔铁杆位移测量试验获得。通过测量喷油器的动态回油流量,对计算模型进行了试验验证。可靠性试验结果表明控制阀的阀座锥面存在空化穴蚀损伤。模拟计算结果表明,当入口压力条件达到250 MPa级别后,在控制阀上游的导流孔内出现明显的空化现象;在150 MPa、200 MPa和250 MPa 3个级别的入口压力条件时气液两相质量交换率的比值为1∶1.187∶1.437。为匹配250 MPa及以上级别的轨压条件,控制阀上游流道结构须改进。     

叶片数对离心泵小流量工况空化特性的影响

为研究小流量下离心泵的空化特性,采用ANSYS CFX 14.5,基于k-ε湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型,以3种叶片数叶轮的IS50-65-160型离心泵为研究对象,对其内部空化流动分别进行了数值模拟。为了提高数值计算准确性,进行了网格无关性分析,且从泵空化性能、叶轮所受扭矩及轴向力分析了叶片数对泵小流量下空化特性的影响规律。研究结果表明:当叶片数从4增加至8时,离心泵扬程增加,但其效率变化较复杂。小流量工况下,随着空化系数降低,各叶片数叶轮扭矩与泵扬程均不同步地发生陡降,且出现相似地匍匐下降规律;当扬程下降3%后,各叶轮所受轴向力的大小几乎恒定;单个叶片流道的空泡体积出现突增,明显较其他叶片流道大,各叶片流道空泡分布极不对称。研究发现,离心泵扬程及扭矩匍匐下降特性很可能与不对称叶片空化相关。     

考虑空气影响的干旱区土壤水分运移模式研究

在前人研究的基础上,根据石河子垦区的实际情况,确定模型特定的边界条件及参数,建立适合该区的包气带-饱和带水、气二相流的质热传输模型,模拟土壤水分、温度的动态变化,并利用实测土壤温度、土壤含水率数据进行模型检验。结果表明:模拟的土壤温度和含水率能够较好地反映实测值的变化规律,各土层模拟精度评价指标表明考虑空气影响的模拟结果更接近实测结果。对于9.7 mm日降水量的入渗深度,耦合模型可影响20 cm深土壤含水率,单相模型可影响到30 cm深左右。降水当日考虑空气模拟的蒸发速率比不考虑空气模拟的蒸发速率大7.7%;降水后1 d,不考虑空气影响导致蒸发速率比考虑空气的小3.19%。计算模拟期2种模型土壤总蒸发量,相差不大。根据2种模型水量平衡分析结果对比蒸发量的计算值与模拟值,发现考虑空气影响的模型模拟结果更可靠。     

热变形对内燃机主轴承润滑特性影响的仿真分析

阐述了计入热变形影响的内燃机主轴承热流体动力润滑分析方法,分别采用不同边界条件结合实例进行了数值仿真比较分析。仿真结果显示,在所采用的任一边界条件下,计入热变形影响因素后轴心运动轨迹均发生很大变化;并且,平均机油流量和一个载荷周期内机油最大压强比未考虑热变形时均明显增加,而一个载荷周期内的最小油膜厚度则明显减小。     

压力涡流喷嘴雾化特性模拟的双相流模型分析

与直射式压力喷嘴模拟计算相比,燃油在喷嘴出口断面处的速度方向成为模拟压力涡流喷嘴喷雾特性时需要特别考虑的问题。对现有的双相流计算模型进行了分析,分析结果表明:广泛用于压力喷嘴模拟计算的欧拉-拉格朗日法,并不适于压力涡流喷嘴出口区附近的喷雾模拟计算。喷嘴出口处采用VOF模型,在适当的下游处再采用欧拉-拉格朗日模型计算压力涡流喷嘴的喷雾特性是一个相对合理的选择。采用这种方法需要特别考虑的问题是:两种模型如何衔接。     

基于Alpha稳定分布的滚动轴承故障信号分析

提出了基于Alpha稳定分布的统计模型的滚动轴承故障信号分析方法,这种非高斯模型可以准确地描述具有脉冲特性的轴承故障信号。不同故障程度的轴承故障信号的特征指数α由Alpha稳定分布参数估计方法计算得到。实验结果表明,轴承故障信号属于Alpha稳定过程,各轴承故障信号的Alpha稳定密度分布在双对数坐标图中,适合经验概率密度分布以及它们的尾部都具有相同的重尾行为,表明这种统计模型对于不同故障程度的轴承信号都是有效的。     

污染对滑轴承性能的影响

分析了污染对滑动轴承性能的影响，以及污染物的大小、位置对流体动压力分布与Mises应力场的影响。较大的污染物刺破润滑油膜，而较小的污染物在高压区对流体动压力分布和Mises应力场的影响显著，不可忽略。计算结果很好地解释了发动机轴承过早失效的问题。     

大型立式轴流泵导轴承荷载分析计算

研究大型立式轴流泵导轴承荷载的影响因素,提出荷载计算方法。以ＺＬ３０－７型水泵（叶轮直径Ｄ＝３．１ｍ）导轴承为例,对其荷载进行了计算。造成导轴承荷载的主要因素有：电机空气间隙不对称、叶轮非轴对称来流、叶轮质心偏离转动中心和叶片角度不等。本研究能为导轴承设计提供荷载依据,对减小导轴承荷载、提高可靠性和运行寿命有很大意义。     

向心球轴承载荷分布分析及寿命计算

考虑轴承接触角的变化,推导了向心球轴承在承受径向、轴向以及弯矩载荷作用下的力学平衡方程.基于拟静力学法建立了向心球轴承的载荷分布分析模型.在MATLAB中基于Newton-Raphson迭代法编制数值求解程序,并以此为基础研究了不同载荷参数对向心球轴承的整体载荷分布以及轴承疲劳寿命的影响.