梭式止回阀开启过程的数值模拟

为了研究梭式止回阀在高压差条件下启闭时阀瓣的运动特性以及阀内可能出现的气穴现象,采用计算流体力学(CFD)方法,建立梭式止回阀阀瓣运动方程和流场气穴模型,并通过动网格技术和用户自定义程序,对梭式止回阀开启过程中阀内速度场、压力场、气穴分布和阀瓣运动特性进行了数值仿真,仿真结果以可视的图形图像形式给出.数值模拟研究表明：梭式止回阀在开启过程中,流体主要沿阀壁流动,阀体中间部位则出现回流;在阀内有涡流存在,在涡流的涡心位置流体流速小、压力低,易产生气穴;气穴的产生和发展与进出口压力大小和阀瓣开度等密切相关,气穴易引起阀内流场的不稳定.阀瓣在压差作用下的运动特性为阀瓣首先开启到一极大开度,并逐渐以波动的形式回归到一稳定的开度,阀瓣在运动到稳定开度附近时速度最大.模拟研究结果可以为梭式止回阀结构参数的设计和优化等提供参考.     

隔膜式电磁阀内部流场数值模型构建与流动特性分析

基于k-ε(k为湍流动能,ε为湍流耗散率)湍流模型,以进口质量流量、出口静压为数值计算条件,建立了隔膜阀内部流场的数值模拟模型,并对模型的精度进行了试验验证。在此基础上,应用该模型分析了不同进口流量(2.787～33.273 kg/s)条件下阀体内部流动特性及压力场分布规律,并建立了进口流量与阀体水头损失的精确数量关系。结果表明：(1)数值模拟能较好的预测不同流量条件下阀体的水头损失,在进口流量分别为5.546、11.091和16.637 kg/s时,试验与数值模拟相对误差仅为-6.433%、4.619%和7.264%。(2)在进口流量恒定的条件下,从进口至出口,流道内的静压总体沿程呈减小趋势,在阀体内部由于阀坎的阻挡造成流道收缩以及水流撞击隔膜产生折流而出现较大的静压变化梯度。(3)水流在经过阀坎上的窄流道后,在阀体下游形成明显的空化区,伴随着有一定的回流现象,阀体下游的空化区主要出现在距出口1/3流体域处,随着进口流量的增大,阀体下游的涡流更加剧烈,回流现象更为显著,但回流区的范围并未显著增加。(4)在模型精度验证的基础上,应用该模型进一步分析了18种进口流量条件下阀体内部流动特性...     

动静叶栅内固液两相过渡过程的数值研究

为了研究过渡过程动静叶栅内固液两相流的瞬态流动特性,以导叶式离心泵为研究对象,进行几何建模及结构化网格划分,借助Fluent软件,基于Mixture多相流模型、分离涡湍流模型及用户自定义函数,对其全流道进行三维瞬态数值模拟计算.对过渡过程动静叶栅内瞬态流动进行分析,结果表明:过渡过程中,位于动叶进口背面的低压区范围扩大,位于动叶工作面靠近轮缘处的高压区范围缩小;随着时间增加,动叶栅流道内的涡持续产生、合并,并在静叶栅内破碎、耗散,且流量增大,使得动叶进口处的流动滞止,导致动叶进口逐渐产生旋涡;流量未增大到设计流量之前,固相容易沉积在静叶栅出口;在流量瞬态增加到设计流量时,动叶栅子午面中间流线上的固相体积分数总体变小且趋于均匀分布.     

2D电液高速开关阀设计与实验

2D电液高速开关阀是采用具有双运动自由度阀芯的两级高速开关阀,该阀利用旋转电磁铁和拨杆拨叉机构驱动阀芯作旋转运动,实现导阀功能,由油液压力差推动阀芯作轴向移动,实现阀口的高速开启与关闭。为提高阀的动态特性,旋转电磁铁转子设计成3个52°叶片环形均布结构形式,拨杆拨叉对旋转电磁铁的输出转矩放大5倍。为测试2D高速开关阀的动态特性,设计了双摆轮和旋转电磁铁驱动2D高速开关阀两种实验方案。在建立数学模型和制作样机的基础上,对其动态特性进行了数字仿真和实验研究,仿真与实验研究结果吻合,2D高速开关阀的液压伺服螺旋机构具有很高的频响,当用旋转电磁铁驱动时,在28 MPa工作压力下,阀芯轴向行程为0.8 mm,开启时间约为18 ms,6 mm通径阀流量高达60 L/min。     

装载机中数字电液比例控制系统的仿真

介绍了用全新的数字电液比例先导控制方向阀——高速开关阀取代传统的电液比例阀,与多路阀构成数字电液比例换向阀,实现对装载机的数字化电液比例控制。然后用Matlab仿真软件中的Simulink对高速开关阀进行动态特性仿真,证明通过改变它的占空比可以控制多路阀的流量,从而达到控制工作部件的运动速度。     

活塞式调流调压阀流动特性研究

以DN200活塞式调流调压阀为研究对象,基于Fluent软件,采用Realizable k-ε湍流模型,研究了不同开度下阀内三维流动特性。结果表明:节流孔处存在压力梯度突变,节流孔进口至出口压力先降低后逐渐恢复。同时,下游管道近壁区域存在对称的回流区,阀内出现不同强度的涡流。随着开度逐渐增大,下游管道壁面附近旋涡向上游侧移动,阀内旋涡强度逐渐减弱。此外,节流孔下游形成对冲射流,套筒中心位置出现"低速空穴区"。随着开度逐渐增大,节流孔内最大流速逐渐增大,射流向下游延伸范围逐渐扩大。节流孔壁面附近存在不对称分布的高涡量区域,附壁剪切旋涡形成区域是空化产生的潜在位置。调流调压阀具有线性度较好的流量特性,在小开度下消能降压效果明显。     

轴流式止回阀动态特性

基于Fluent软件提供的计算方法和物理模型,利用动网格及用户自定义函数技术对轴流式止回阀的阀瓣运动过程进行动态数值模拟.通过动网格较好地解决了因阀瓣运动而导致的计算区域瞬时变化的问题.利用CFD软件Fluent,采用非结构化网格,标准k-ε湍流模型,模拟了阀瓣关闭的动态过程中,止回阀内压力场和速度场的瞬态变化过程,计算出动态特性曲线,并进行了相应的试验验证.结果表明:运用动网格技术能较好地模拟止回阀内部压力和速度的动态变化,试验结果与数值计算结果趋于一致,验证了数值模拟的可靠性.通过数值模拟不同公称直径和外力下止回阀内的压力场和速度场的瞬态变化,计算出对应的动态特性曲线,并总结了止回阀的公称直径和外力对其动态特性的影响结果,对工程设计与管理具有指导作用.     

双叶片离心泵内动静干涉的三维PIV测量

为研究叶轮与蜗壳的动静干涉作用,采用三维PIV对一双叶片离心泵最优工况下叶轮流道内3个截面内的流动进行了测量,每个截面内测量9个叶片位置.结果表明：随着叶片与隔舌距离的不同,叶轮流道内的相对速度场和轴向速度场发生了明显的变化;当叶片在隔舌与蜗壳1断面间时,流道内的流量最小,相对速度场分布最为均匀;在前盖板附近吸力面的流道出口出现了低速区,形成了射流-尾迹结构,并在流道进口发现较强的轴向速度;当叶片随着旋转方向远离隔舌时,流道内的流量逐渐增大,在叶片压力面进口出现了流动分离并产生了旋涡,而流道出口的相对速度变得平稳,同时流道进口的轴向速度减弱;当叶片随着旋转方向靠近隔舌时,叶轮流道内的流量逐渐减小,流道进口的旋涡减弱并消失,流道出口的压力面附近相对速度降低,吸力面附近的相对速度增大,同时流道进口的轴向速度继续减弱.     

超高压气动加注阀流量特性试验研究

以预混高压气体加注为工程背景,对超高压气体精确加注的关键元件——超高压气动加注阀的流量特性进行了试验研究。利用杠杆原理和自密封结构设计,解决了超高压气动加注阀阀芯驱动力大、响应速度慢和高压气体泄漏的难题,设计出中低压小流量控制高压大流量的超高压气动加注阀。阐述了气动加注阀阀口流量特性的试验装置和测试系统,建立了阀门不同开度下的加注阀流道简化模型,在加注压力大于10 MPa条件下,对气动加注阀在不同阀口节流面积下的流量特性进行了试验研究。试验表明,储罐气体背压增长率和阀门开启高度对阀口流量特性影响较大;阀门开度较大时,阀口流道可简化为两级节流口串联,流量特性与理想收缩喷管相符,临界压力比在0.5左右;阀口开度较小时,阀口流道可简化为三级节流口串联,流量特性比较独特,临界压力比在0.3左右;增大阀门开度和加注压力是提高瞬时流量和流量系数最为有效的方法。     

阀芯运动状态滑阀内部流场的可视化分析

应用CFD软件Fluent,以全周开口滑阀为例,对滑阀阀芯运动过程内部流场变化特性进行了可视化分析.计算发现当阀处于小开口、大流量、阀芯高速运动时,瞬态液动力数值较大,设计阀时必须加以考虑.由于流道和阀体的不对称,在阀杆上还作用有不对称的径向力,会引起阀芯卡紧,很难用结构设计的方法加以平衡.通过对滑阀动静态流量系数进行计算,发现随着阀口开度和阀芯运动状态的不同,流量系数变化较大.     

竖井贯流泵装置水力特性的数模分析

为了探讨水泵与进出水流道水力耦合所诱发的水泵装置水力特性畸变,选择了典型竖井贯流泵装置作为研究对象,采用雷诺时均的纳维-斯托克斯方程(RANS)和标准k-ε湍流模型,首先数值模拟整体水泵装置的能量特性,并与模型试验结果进行比较。计算结果表明,在水泵装置运行净扬程0~1.22 m范围内,相同净扬程下的流量相对偏差小于3.53%,验证了三维建模、网格剖分和数值模拟方法的合理性。在此基础上,数模研究了不同工况下水泵与进出流道水力耦合与非耦合时的竖井贯流泵装置水力特性。研究结果表明:(1)耦合与非耦合时的进、出水流道水力损失变化规律差异显著;(2)小流量工况,水泵进口存在较大的速度环量诱导进水流道水流旋转,导致进水流道水力损失曲线畸变,水泵进口入流条件变差,并与水泵马鞍区显著关联,但大流量工况时耦合与非耦合特性差异较小;(3)水泵出口存在速度环量,导致出水流道水力损失曲线畸变,出水流道内存在螺旋流动,但随流量增大而减弱,水泵出口断面涡角随流量增大而增大。     

涡旋阀压电泵内部空化流动的数值分析

设计了一涡旋阀压电泵,采用动网格模型对其进行数值分析.首先对涡旋阀压电内部流场进行了动态模拟,得到了不同时期压电泵内的速度和静压分布图,有效地将压电振子的动态特征和流体的运动特征进行了间接流固耦合分析,验证了动网格模型在研究压电泵运动边界方面的可行性.研究了驱动频率,压电振子振幅,泵腔高度对涡旋阀压电泵输出性能的影响,发现驱动频率越小,压电振子振幅越大,出口体积流量越大,泵腔高度约为250μm,出口流量达到最大值.此外,还分别对涡旋阀和涡旋阀压电泵进行了空化模拟,得到了空化时涡旋阀内和不同时刻泵腔中的气液分布,为有效预测压电泵腔内空化,抑制空化现象提供了一定依据.     

单振子双腔体V形管无阀压电泵的流场分析

为了提高泵送流量,获得连续、低脉动的输出特性,设计了一种单振子双腔体V形管无阀压电泵,并建立其几何模型,对其工作原理进行了简要介绍,采用Fluent软件的动网格模型对其内部流动进行数值分析．对压电泵内部流场进行动态模拟,得到不同时期压电泵内部的压力、速度及瞬时流量等动态特征,将双晶片压电振子的动态特征和流体的运动特征有机地结合在一起,结果与压电泵的工作原理相吻合,验证了动网格模型应用于压电泵数值模拟计算的可行性．通过大量的数值模拟研究了驱动频率、压电振子振幅、泵腔高度和V形管位置对单振子双腔体V形管无阀压电泵输出性能的影响．模拟结果表明：驱动频率为250Hz时单振子双腔体V形管无阀压电泵的出口流量最大;压电振子振幅越大,出口流量越大;合理选择一组振幅值、泵腔高度和管道位置,便可得到压电泵的最优输出性能．     

低比转速半螺旋吸水室双吸泵流场的数值分析

在CFD软件Fluent中采用考虑了旋转与曲率影响的RNG湍流模型,对具有半螺旋形吸水室的单级双吸离心泵进行了全流道（包括吸水室流道在内）数值模拟计算.结果发现,在叶轮流道内流速沿叶轮进口到出口逐渐增大;在叶轮流道前半部,靠近压力面处的流速明显大于吸力面,叶轮流道内压力分布基本和设计相符.通过对半螺旋形吸水室流道内部流场数值模拟结果进行分析后发现,在设计流量点,半螺旋流道出口隔舌及密封体处出现漩涡,并随着流量的增大漩涡逐渐明显,对叶轮进口产生影响.该结果对双吸泵及其进水流道进一步的性能优化设计提供了依据.     

闸阀调节过程的三维模拟及其动态模型

为了研究泵系统调阀过程的瞬态特性和内流机理,在一维分析软件Flowmaster中建立了包含管路、阀门和泵在内的仿真模型,并以三维简化闸阀为模型,采用Fluent 6.2进行计算,对开启过程的非定常内部流动进行数值模拟研究.采用动网格的方法分析了阀门开启过程中阀芯运动引起的流场变形.结果表明:直线特性和对数特性的调节阀都具有快开特性,即流量变化对阀门的相对开度相当敏感,当阀门开度为10%～20%时,水击压力迅速下降;而通过内部流态分析可知,在阀门开度较小的工况下,阀后流场紊乱,造成较大的水力损失,使阻力系数值增加,当阀门开度小于50%时,稳态和瞬态工况下阀门的阻力系数值有较大的区别.由分析可知,研究阀门开启过程的瞬态特性,以及建立内部流态模型,都不能完全按照通常的稳态理论进行,尤其对阀门开度较小的工况,应对其进行一定程度的修正,以保证计算结果的正确性.     

基于PIV的低比转数离心泵网格无关性

针对小流量工况采用计算流体动力学(CFD)对离心泵的性能进行数值模拟的精度问题,以一低比转数离心泵为例对其进行整体结构化网格划分,采用ANSYS CFX 14.5软件对模型离心泵的进口管路流道、叶轮流道以及蜗壳流道组成的流场进行定常数值计算.从改变整体网络数量与叶轮网格数量的角度分别进行网格无关性验证对0.6及1.0倍设计流量下的模拟精度进行比较研究.准确性评价指标采用外部特性扬程值及PIV得到的叶轮和蜗壳内部分区域的绝对速度,具有较强的说服性.分析表明:对总体网格数增加的方法进行的无关性分析即可满足要求;网格数量的增加对叶轮内绝对速度影响较大,而对蜗壳内绝对速度影响很小;在设计工况下蜗壳和叶轮内部绝对速度的预测精度都比0.6Q_d工况下的高些,因而在进一步小流量流动特性分析时,需要更精密的网格.通过对外特性和内流场速度的对比,最终选择网格模型为网格IGD.     

阀芯运动过程液压锥阀流场的CFD计算与分析

应用CFD方法对阀芯运动状态下流体在锥阀内的流动状态进行了可视化计算和分析研究。参照实际锥阀的结构和参数，用CAD软件Pro／E建立了阀内流道的三维几何模型。应用前处理软件Gambit进行了网格的划分、细化，用自定义函数UDF确定了阀芯运动速度。应用Fluent中动网格技术进行了计算研究，获得了阀芯开启、关闭过程受到的瞬态液动力、流量系数与通过阀流量、阀开口度之间的定量关系。     

基于动网格的活动导叶流道内湍流场数值模拟

基于任意拉格朗日欧拉框架下的二维时均N-S方程,应用非结构动网格技术,对某型号混流式水轮机活动导叶单流道内的导水机构关闭过程,进行了动态湍流数值模拟.利用CFD软件Fluent 6.3,采用非结构化三角形网格,标准k-ε湍流模型和压力速度耦合的PISO算法,真实地模拟了导水机构关闭的动态过程中,活动导叶流道内的压力场和速度场的瞬态变化过程.数值计算结果表明,导水机构两段折线关闭过程中,随着活动导叶开度的减小,流场发展呈现明显的非定常特性,水流绕过活动导叶后出现强的旋涡,对过渡过程的动态特性产生了影响.该方法能有效地模拟由于活动导叶动作诱发的流场脉动.     

冷凝液输送泵用铰接式单向阀流场数值模拟

针对冷凝液温度高、极易汽化,且泵吸入口液位高度差小,单向阀水力损失要求极高的问题,提出了一种新型冷凝液输送泵用铰接式单向阀,阐述了其工作原理.以冷凝液输送泵用吸入口铰接式单向阀为例,建立了其二维物理模型,并按照单向阀实际参数给出了边界条件,利用CFD软件Fluent6.3对单向阀开启过程中阀板开度分别为1°,2°,3°,5°,7°,10°六个工况点的流场状态进行了数值模拟,得到了新型铰接式单向阀开启过程中阀板前后部流场压力云图和速度矢量云图,并进行了不同开度状态下的对比分析.研究表明随着阀板开度的不断增加,流场的最大速度和最小速度也在不断增加,流场的最小压力区间一直出现在阀板下端,并初步总结了铰接式单向阀产生水力损失的主要位置,为铰接式单向阀工程设计计算及内部流道优化提供参考.     

GPCM控制阀内流道流场仿真

广义脉码调制(GPCM)控制阀是一种组合型式的阀,组成的各基元通过液压集成块连接到一起。流体运动在液压集成块流道内的分布规律是研究液压阀流量控制与节能的关键之一,流体在流道内的分布规律决定流体能量损失的大小。利用计算流体力学(CFD)对GPCM控制阀进行了流场的仿真研究,得到了阀内部压力变化与基元流量之间的关系。研究结果有助于在设计GPCM控制阀时使结构优化,降低阀内部能耗与噪声,提高性能。