机械密封密封腔的流场及温度场

为了对密封腔内流体的温度和流场分布有直观的了解,运用FLUENT软件对密封腔内流场的温度和压力进行了数值模拟计算.计算以N-S方程为基础,采用标准k-ε方程的湍流模型,对密封运转稳定状态下,密封环温度场及密封腔内流场的温度、速度、压力分布进行了分析计算.结果表明,密封腔内流体温度变化不大,在壁面处温度有所变化;流体在壁面处的流速比其在腔体内的速度小,但流速基本是线性连续的;轴上压强分布基本平衡,但密封腔截面面积变化较大时,将造成压强局部突变.分析计算的结果与试验测试的结果,两者的误差在6%~17.5%之间,基本吻合,表明数值模拟可以对难以观察的流场内变化进行可视化计算.     

带有导流板中冷器集气壳数值模拟

针对中冷器集气壳出口处流场的不均匀性,提出内部加装导流板的改进方法,并借助Fluent软件对带有导流板的中冷器集气壳内流体流场进行数值模拟计算,以结果为凭借判断壳内导流板对气流流动特性的改善效果。结果表明,在气壳内部加装一定数量的导流板能较为明显地改善气壳内流体的流动特性。     

锥形叶片式泵效环内部流场特性及泵送性能

锥形双向旋转泵效环由于泵送能力强,许用间隙大,近年在机械密封循环冷却系统中获得了广泛应用.为了充分了解该类锥形泵效环引起的流体流动规律,基于CFD软件,对锥形双向旋转泵效环和密封腔之间的三维不可压缩流场进行了数值模拟,得到了泵效环内部流场的压力分布、速度分布和空化现象,揭示了泵效环工作过程流体运动的规律,对泵效环的泵送能力进行预测,获得了其扬程-流量曲线,在流量为2~3 L/min时,扬程为4.0~2.5 m,并将其与文献的试验结果进行了对比.分析了不同结构参数对泵效环扬程-流量关系的影响.结果表明:叶片厚度、叶片数、密封腔间隙距离及叶片出口角度对泵效环的性能均有一定的影响.增加叶片厚度,扬程略有增加;增加叶片数,扬程增加明显;增加密封腔间隙,则扬程减少;增加叶片出口角,扬程有所增加.出口角从55°增加到80°,扬程增加约10%.     

液体射流泵内部流动分析:Ⅰ试验与三维数值模拟

对偏向吸入和水平放置的液体射流泵的基本性能和内部流动分别进行了试验和三维数值模拟．数值模拟采用k-ε双方程湍流模型和SIMPLE算法,数值模拟结果与试验结果在最高效率工况附近基本重合．利用数值模拟结果对射流泵内两股流体的混合过程和流动规律进行了分析,发现对于大流量工况(流量比q>08),在喉管入口06倍喉管直径长度内,出现由局部损失和摩阻损失引起的当地压力比降低,被吸流体能量损失的现象;随着流量比的增大,单位被吸流体获得能量减少,两股流体传能距离增加,速度混合均匀长度为6～8倍喉管直径,大于喉管内压力比达到峰值的长度;喉管内两股流体混合流动过程与形成充分发展湍流过程类似;对偏向吸入的射流泵,吸入腔体内流动不对称,导致内部截面存在二次流动诱导旋涡,但是喉管内二次流动速度远小于主流速度,因此采用二维理论分析能够反映射流泵性能的主要特征．     

泵腔内部环流对射流式自吸泵自吸性能的影响

为了研究自吸泵内部气液两相流动情况,选取JETST-100型射流式自吸泵作为研究对象,运用CFX软件提供的欧拉—欧拉多相流模型,对导叶背面添加防止环流筋板后的泵腔内气液混合及气液分离情况进行了三维非定常数值模拟,得到了各过流部件压力和速度分布等内部流动信息,分析了射流器进口和泵腔出口处各监测点气相体积分数的变化情况,并将模拟结果与试验进行对比。结果表明:液体从导叶出流后,会形成一个较大的速度环量,导致气液分离不充分,大量液体进入出水管路,泵腔内液体减少;在导叶背面添加筋板后,射流器进口处气相体积分数减小,喷嘴出流的工作液体中夹杂的气相体积分数减小,泵腔出口气相体积分数增大,从而提高了自吸性能。     

旋转磁场光磁污水处理反应器的流场模拟与分析

许多环境工程设备需要针对不同的废水情况进行设计,但是污水处理反应器中的内部流场极其复杂,单靠经验很难判断设备的工作情况和净化效果.为了研究旋转磁场光磁污水处理反应器的流场空间分布特点,采用Gambit软件建立光磁反应器的物理模型,利用Fluent软件对三维模型的流场进行数值模拟,讨论了3种转速下对内部流场的影响,并分析了不同转速下液相流的流场分布特点.结果表明,流体流速随转速增大而增大,转速为0.2 rad/s时,流体流动较弱;而转速为0.5 rad/s时,流体能充分循环流动,但流场流速偏低;虽然转速为1.0 rad/s相比转速为0.5 rad/s时的流体紊动动能大,流场分布均匀,但此时会形成旋涡.分析不同转速下的流体流场特点,可为反应器结构设计优化提供参考.     

基于CFD的柴油机气缸体冷却水腔改进设计

利用CFD模拟计算软件FIRE对六缸柴油机冷却系统的流动和传热进行数值模拟,给出了柴油机气缸体部分的冷却水腔内冷却液的流速分布、传热系数分布和压力损失,为气缸体冷却水腔部分的优化改进设计提供了参考.根据计算结果对原机气缸体模型中不合理的地方作了相应的改进设计,在确保缸盖水腔内流动性能良好的前提下,改进设计后气缸体内的流体流动和传热得到了较大的改善.     

液冷板锂电池模组温均性的模拟和优化

为了研究动力电池液冷板的散热效果,借助数值模拟的方法,针对实际工况,设置了电池放电倍率、冷却液入口温度和流速为变量,分析了液冷式电池组的散热效果。并在原有的液冷板基础上,通过改变其结构进行优化。结果显示,优化后的液冷板电池组内的温度差下降,电池组保持在一个理想状态下进行散热。     

齿间间隙对双螺杆透平泄漏影响的数值模拟

为降低泄漏流对双螺杆液力透平效率的影响,以2/3齿双螺杆泵透平为例,根据双螺杆泵内齿间间隙的构成原理,首先建立其简化几何模型,利用透平腔内存在相对运动引起的剪切流动与各级腔室压差导致的压差流动理论,建立起齿间泄漏通道的数学模型.使用SCORG和Pumplinx软件对双螺杆液力透平进行全流场数值模拟,得到了双螺杆透平不同齿间间隙下的流场分布和流量变化规律.研究结果表明:不同间隙下螺杆的压力分布规律保持基本一致,每个密封腔室内的压力分布基本均匀,从进口到出口各相邻腔室的压力呈线性下降趋势;螺杆在齿间间隙附近出现多处泄漏通道,在各腔室压差的作用下,第一级腔内没有出现明显的高流速区域,从第二级腔内开始发生明显的高速泄漏;随着齿间间隙的不断增大,同一级腔内的齿侧间隙泄漏面积、泄漏速度以及流体从进口到出口的泄漏流量和容积损失都随之增大,当齿间间隙为0.04,0.08,0.12,0.16和0.20 mm时,由该间隙所造成的容积损失的值分别为4.03%,4.57%,5.00%,5.43%和5.72%.     

涡旋压缩机动静涡旋盘流场模拟分析

为了研究涡旋压缩机工作工程中动静涡旋盘啮合流场工质瞬态流动过程,建立了带有轴向和径向间隙的三维流场分析模型。利用CFD动网格技术实现动涡旋盘运动设置,并采用RNG k-ε湍流模型以R134a为工质完成了工作腔内工质流动的数值模拟分析。研究工质速度场、温度场和压力场的动态分布规律,分析了速度、温度和压力分布不均匀的原因,探索了工作腔之间由于泄漏导致的传热和传质过程对瞬态流动过程的影响。     

不同倾角进料管的推流式反应器流体动力学(CFD)模拟

为了避免进料时推流式反应器中出现流动死区,本文应用计算流体动力学(CFD)软件对不同倾角进料管进料时,推流式反应器内部流体流动的影响情况进行了模拟研究。通过对倾角为15,°30,°45,°60,°70°进料管进料的反应器内部流体流场的模拟分析,得出推流式反应器进料管倾角为30°时,反应器内流体呈活塞式推移且流动死区小,为反应器的结构设计提供依据。     

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.     

双向自泵送流体动静压型机械密封性能数值模拟

为了解决双向流体动压机械密封稳定运行需要提供洁净的阻塞流体这一问题,提出一种双向自泵送流体动静压型机械密封,运用Fluent软件对泵出式和泵入式双向自泵送机械密封进行了数值研究,得到了双向自泵送机械密封的开启力、泄漏量和刚度,分析了流场压力分布、速度分布特性与密封性能之间的关系.结果表明:泵入式双向自泵送机械密封具有较大的开启力,泵出式具有较小的泄漏量,两者工作时都不需要阻塞流体辅助供应系统;泵出式型槽内流体流动方向约为-90°,由槽根部指向槽外径处,泵入式型槽内流体流动方向约为70°,在密封坝与槽根部相连的区域中流体流动的方向约为-80°,均指向引流孔,形成了良好的抗颗粒干扰性;泵入时端面流体膜刚度大于泵出时的端面流体膜刚度.研究成果为双向机械密封的设计、制造与运行提供了理论支撑.     

甲醇发动机稳压腔结构对进气的影响研究

针对甲醇汽车发动机进气不均匀的问题,建立进气系统三维模型,运用湍流方程,对甲醇汽车发动机侧置进气系统内流场进行仿真计算,对比了不同稳压腔参数下的流线分布和各歧管中的质量流量,分析流场的流动特性,进而研究进气系统的进气均匀性。结果表明,进气总管与稳压腔的夹角增大有利于提高气体流动性,但夹角过大会产生较多涡流,在5°时进气均匀性最好;稳压腔壁面倾角增大,导致稳压腔容积增大,有利于提高充气系数,但倾角过大会导致腔内流体速度梯度变化大,在2°时,发动机进气均匀性最好。     

生物质热风炉换热器结构优化与分析研究

在对生物质热风炉进行大量实验研究的基础上,为了提高设备的工作性能,在原换热器模型进行了增设折流板的优化设计。利用FLUENT软件建立了优化后换热器的三维模型,模拟了其管壳程流体的流动传热过程,得到了不同工况下的换热器温度场、流场分布图以及传热量、总传热系数等相关数据。将上述数据与原换热器模型的实验结果进行了对比分析,结果表明优化后换热器传热效果明显增强,验证了换热器结构优化的合理性和必要性,为相关产品的设计、模拟、优化及应用提供了有价值的参考数据。     

基于多重激励的悬臂式多级离心泵轴心轨迹研究

针对悬臂式多级离心泵易出现陀螺效应,造成转子失稳与泵机组振动等问题,根据理论公式计算所得的密封流体激励力、泵腔流体激振力和附加质量代入有限元模型进行仿真计算,得到悬臂式多级离心泵的轴心轨迹图,并分别与未加载3种激励力、只加载密封流体激励力与添加密封和泵腔流体激振力的计算结果进行对比分析,最后利用Bently 408型便携式数据采集系统对轴心轨迹进行试验,对仿真进行验证。研究结果表明:加载叶轮口环密封力能够提高转子系统的稳定性,并能有效降低径向位移幅值;泵腔中流体激振力增加了转子系统的交叉刚度,导致振幅增加;相比于密封流体激励力和泵腔流体作用力,流体附加质量对悬臂式转子系统的瞬态响应的影响更为显著。     

应用于旋转机械的新型轴面密封方式的研究

为了克服现有技术中的端面机械密封存在的结构复杂、拆卸和装配不方便等缺陷,本文设计了一种应用于旋转机械的新型轴面密封装置。该新型轴面密封装置包括静环、弹性密封体和壳体。其中,静环套接在旋转机械的主轴外圆周面上,相关弹性密封体套接在相应静环的外圆周面上,相应弹性密封体置于壳体内,弹性密封体的外圆周面、壳体的径向端部的内表面及两个侧壁的内表面围成密封的备压腔,此备压腔在安装后使用前用施压装置施压规定要求的压力,使静环和动环间均匀形成一层介子膜,以达到密封效果。     

涡旋流体机械平衡重功率损耗的数值分析

为了分析涡旋流体机械平衡重随曲轴旋转过程中与周围气体相互作用时所损耗的功率以及平衡重结构对功耗的影响,基于流体力学理论,采用计算机数值模拟方法,应用计算流体动力学软件Fluent建立了平衡腔内流体的滑移网格计算模型.通过改变平衡重所在旋转流体区域的转速得到了平衡重在不同工况条件下受到的各种阻力矩及功率损耗,分析3种结构平衡重径向侧面的压力分布情况,并对比研究平衡重结构变化对功耗的影响.计算结果表明:平衡重随曲轴旋转时径向侧面所受的压差阻力矩远大于其表面的摩擦阻力矩,压差阻力矩是产生功率损耗的主要原因,且各种阻力矩值随着转速的增大而增大;对平衡重径向侧面进行倒角或倒圆角后改善了平衡重表面及腔体内气体流动状况,平衡重所受的压差阻力矩明显减小,倒圆角后平衡重的功率损耗比未倒角时降低了20%以上.     

核主泵密封间隙对轴向力影响的敏感度分析

为了揭示密封间隙几何参数对核主泵轴向力的影响规律,基于DDES湍流模型,对不同几何参数组合的核主泵密封间隙进行了数值分析,研究了后密封间隙和长度对核主泵轴向力的影响,获得了额定工况下若干几何参数对核主泵轴向力的定量关系.结果表明:叶轮后盖板外侧轴向力分量F4对后密封间隙和后密封间隙长度敏感度较为显著,而后盖板外侧轴向力分量F4跟流入后泵腔流体的上限压力值密切相关.随着后密封间隙值的增大,流体流经间隙的水力损失逐步减小,流出间隙液流在后泵腔中的压力上限值逐步增大,因此其作用于后盖板压力增大,使总的轴向力在不断增大,即密封间隙对轴向力的敏感度降低,密封间隙在0.3～0.6 mm时,密封间隙对轴向力影响较为显著.而随着密封间隙长度增加,流体经间隙的水力损失增加,流出间隙流体在后泵腔中的压力上限值减小,因此其作用于后盖板的压力减小,总轴向力减小,即密封间隙对轴向力影响的敏感度增强.     

自由圆湍射流不稳定性与界面拟序结构研究

采用两相流动的大涡模拟对自由圆湍射流的流动不稳定性及界面拟序结构进行了数值模拟。通过计算探讨了射流液体的不稳定性机制。研究了喷嘴入口速度及入口扰动对射流近场区的不稳定性和涡结构特性的影响。研究中,对雷诺数在10 000~80 000内施加不同强度扰动后的射流流场进行了系统的模拟计算。结果表明:射流入口速度及外部扰动对射流的稳定性有重要的作用,随射流速度和扰动强度增加,其未扰液核长度下降,表面波尺度减小,射流近场区产生更为丰富(长度尺度多、涡旋强度范围大)的特征涡旋结构;从射流的时均流场看出,在相同雷诺数不同扰动强度(或相同扰动强度不同雷诺数)下射流时均速度沿中心轴线衰减率基本类似;随雷诺数增加,射流对周围流体的正卷吸作用加强,沿流向的径向扩散更为显著。