植物管胞纹孔流体力学建模与流阻特性数值模拟

植物管胞的输水率与水分在纹孔中的流动特性和规律紧密相关。为研究不同纹孔结构对流动阻力特性的影响,采用流体建模和数值模拟的方法,对带纹孔塞具缘纹孔建立了伯努利流体动力学模型,讨论了纹孔各结构参数与纹孔总流阻系数之间的关系。采用低雷诺数k-ε模型以及多孔介质模型,对不同结构的具缘纹孔水分流动进行数值模拟和分析,在此基础上,利用伯努利方程求解相应的流阻系数。结果表明,塞缘的流阻最大,占纹孔总流阻的74.7%,纹孔塞占16.8%,纹孔缘占8.5%。纹孔的流阻系数与纹孔直径、纹孔口直径、纹孔深度、塞缘微孔直径和孔隙率成反比,与纹孔塞直径、纹孔膜厚度成正比。纹孔塞起到控制水分流动的作用,随着纹孔塞偏离中心位置变大,纹孔的流动阻力先减小、后增大,纹孔塞越靠近纹孔口时,纹孔流动阻力越大。     

基于逆向设计理论的水泵水轮机设计与数值模拟

针对水泵水轮机效率普遍较低这一问题,借鉴低比转数混流式水轮机的叶片设计理论,对一给定参数的水泵水轮应用水轮机逆向设计理论对水泵水轮机进行水力设计、三维造型和ICEM网格划分;通过建立相对坐标系下的时均连续方程及N-S时均方程等控制方程组,利用标准k-ε湍流模型来封闭方程组,采用有限元体积法进行离散,离散方程的压力-速度耦合处理采用压力耦合方程组的半隐式(SIMPLEC)算法对水泵水轮机进行数值计算,得到其内流场流动特性,与试验的水泵和水轮机工况下压力分布对比分析,预测了水泵水轮机在设计工况下的转轮效率.数值模拟结果表明,基于逆向设计理论设计的水泵水轮机工况的最优效率可以达到91%,水泵工况的最优效率达到82%,充分说明应用逆向理论设计方法对水泵水轮机的设计,可以兼顾水泵工况和水轮机工况在较优的情况下运行.     

液力偶合器部分充液流场数值模拟与特性计

利用CFD平台的滑动网格法与混合模型模拟液力偶合器流场的瞬态流动,得到偶合器内部速度与压力分布.总结了不同充液率下流场结构的变化及两相分布情况.基于速度、压力数值解计算了液力偶合器叶轮转矩,并计算出不同充液率下液力偶合器的原始特性.将性能预测结果与实验进行了对比分析,结果表明,数值模拟计算结果与实验结果吻合较好,基本反映了流道内部流动的基本特征.     

浮筒式升降闸门水力性能数值模拟

为了探讨浮筒式升降闸门量水机理,理论分析了浮筒式升降闸门水力特性及流量计算表达式。实测流量与计算流量对比表明,浮筒式升降闸门流量公式测流精度较高且形式简单,适合末级渠道的量水。同时,采用数值分析对不同流量、不同闸门开度条件下的过闸水流流场进行模拟,讨论浮筒式升降闸门测流过程中渠道内的水面线情况、各控制断面的流速分布、闸前弗劳德数Fr以及闸门测流精度。结果表明:模拟流量、水深与实测流量、水深吻合较好;试验及数值模拟得到的闸门前弗劳德数Fr均小于0.5,满足测流要求。     

NH1500叶片加装Gurney襟翼的气动性能数值模拟

以NH1500叶片为基本布局,在其尾缘加装高度为当地弦长4%的Gurney襟翼。采用计算流体力学方法,分析在多种工况下Gurney襟翼对水平轴风力机整机叶片的气动性能控制效果,并与原型叶片的气动性能实验值进行对比。在此基础上探讨Gurney襟翼的增升机理。计算结果表明,本文中所使用的改型叶片相比基本型叶片,功率得到显著提高。     

射流泵空化流动的数值模拟

基于非稳态雷诺平均N—S方程方法（Urans）,对面积比为8．16的射流泵内不同空化阶段的非定常气液两相空化流动过程进行了数值模拟,包括射流泵内空化初生、空化发展及剧烈空化等不同过程的空化流动．捕捉到了气泡从射流边界层内初生,随着主流一起向下游流动、分裂、聚合、膨胀及消失的过程,模拟结果与试验观测一致．计算所得到的初生空化数也与试验值基本一致．模拟所得到的不同出口压力下的气相体积分数分布以及汽蚀流量比的变化表明：当射流泵工作压力与吸入压力固定时,射流泵出口压力越低,汽蚀流量比越小,同时流量比越接近汽蚀流量比,空化也越严重．     

旋流自吸泵突台结构数值模拟及对性能的影响

基于大涡模拟方法,设定适当的边界条件,利用三维非结构四面体网格进行网格划分,采用有限体积法对控制方程进行离散,应用CFD软件Fluent对旋流自吸泵的内部三维湍流流场进行数值计算,得到泵内部流场的分布情况以及突台附近区域的流动情况.为了研究突台结构对性能的影响,对应不同突台结构,分别计算了不同工况下的流动情况,预测旋流自吸泵的宏观性能并绘制了性能曲线.通过对数值模拟结果的分析和对比,在获得旋流自吸泵宏观性能曲线的基础上,分析突台附近区域的内部微观流场与宏观外部特性之间的关系.结果表明,突台结构对扬程、效率影响较大,而对于功率影响较小.基于CFD辅助设计,通过对突台尺寸参数不同方案的性能的对比分析,获得突台尺寸参数的最佳值,从而为泵的改进设计提供参考.     

急冷余热锅炉水循环的模拟

急冷余热锅炉的水循环的过程,冷却水由汽包通过下降管,先流入下集箱,再进入下部的椭圆形集流管,重新进行分配后进入双套管的间隙内,通过环隙换热,达到水的沸点,产生蒸汽,所产生的汽水混合物借助于与水的密度差和位差在管内上升,经过上部的椭圆形集流管、集箱、上升管,进入到汽包内进行汽水分离,构成一个自然循环。文章采用计算流体动力学方法,通过建模、划分网格、施加边界条件,模拟分析急冷锅炉水循环流场特性,主要包括集箱、扁圆管之间的流动特性,及下降管对水循环流动特性的影响。     

高压核电平板闸阀的设计与数值模拟

针对核电工业的需要设计了公称压力为25 MPa、公称直径为150 mm的高压电动平板闸阀,介绍了其主要结构的设计及计算方法.分析了阀门开启状态下流动压力损失的产生原因及分布区域.对阀门进行了流固耦合计算,以研究介质载荷对其结构产生的影响.建立了闸阀及水体的三维模型,利用CFX软件对模型进行网格划分并定义边界条件,计算后得到了介质流动状态下的压力、速度分布,并指出了产生压力损失的主要部位.利用Ansys软件将介质载荷施加到闸阀上进行流固耦合分析.结果表明,介质在阀座区产生涡流损失,阀座区之后静压值明显下降,流道壁面处流速减小,闸阀中腔上部的压力降和速度都很小.闸阀的流阻系数为0.093,闸阀的最大变形为19.4μm,最大应力值为70.8 MPa,分别位于阀座出口端的顶部和侧面;开启状态下闸阀的变形及应力均在允许范围内.     

冷板冷藏汽车冷板强化换热放冷过程数值模拟

利用建立显热容法模型,对板内共晶冰融解过程进行了数值模拟,研究了冷板和在冷板外表面添加翅片、内部添加肋片等方式对冷板放冷时间的影响和内部温度场的分布。研究结果表明,冷板内共晶冰融解不均匀,放冷结束时,板内仍有大量的共晶冰未融解,造成冷量浪费;在冷板外表面添加翅片可缩短放冷时间,但内外温差较大;在冷板内部布置肋片,可使板内冷量均匀放出,板内蓄冷剂温度分布均匀,冷板放冷时间延长,达到节能的目的。     

轿车气动特性数值模拟与分析

利用CATIA软件建立轿车车身的三维模型,在ANSYS Workbench软件中建立其有限元模型,在FLUENT软件中,采用Realizable k-ε湍流模型,对轿车车身外流场进行数值模拟,并根据数值模拟的结果对该款车的空气动力学特性进行分析。在此基础上对该车尾部添加扰流板,并对扰流板与地面的夹角进行优化。仿真结果表明,当扰流板与地面的夹角为15.2°时产生了负升力,同时添加扰流板后,减弱了该车尾部的涡流,即降低了空气阻力,从而获得较好的空气动力学特性。     

轴流式通风机气动特性数值模拟

轴流式通风机被广泛应用于国民经济的各大领域。在思考如何能够设计和制造出更高效率、更加节能以及高效工作区更大的轴流式通风机时,CFD(计算流体力学)技术应运而生。鉴于此,以最为常见的轴流式通风机为例,利用Icepak仿真软件对轴流式通风机进行气动数值模拟。直接对简化修复后的通风机三维模型进行数值分析,可以即时查看通风机叶片的速度矢量图和流经通风机叶片的真实迹线分布等结果,为设计人员进行通风机模型的进一步优化提供了验证。     

多孔介质常压冷冻干燥质热耦合传递数值模拟

以苹果片为研究对象,研究了基于涡流管制冷效应的常压冷冻干燥技术处理含湿冷冻多孔物料的干燥机制。利用ANSYS ICEM CFD软件对常压冷冻干燥工况建立二维几何模型并对其进行网格划分,采用多孔介质模型,通过有限体积法对控制方程进行离散,迭代求解不同风速和温度下冷冻物料内部水分比及中心温度随时间的变化。通过分析不同干燥工况下物料质热传递变化得出最佳组合参数,研究该干燥条件下不同干燥时刻的速度场、温度场、压力场以及多孔介质干区迁移界面变化规律,并采用入口风速2.5 m/s、辐射温度283.15 K,对模型进行验证。借助SPSS-21软件对物料内部含水率与中心温度的试验值和模拟值进行相关性分析,其R2分别为0.564和0.982,表明试验值与模拟值有较好的一致性,所建模型适用于多孔介质的冷冻干燥。     

旋流泵固液两相流数值模拟

通过对旋流泵内部流道进行三维造型,利用雷诺时均方程、双方程湍流模型并结合SIMPLEC算法对其内部三维固液两相流场和清水单相流场进行了数值计算,得到了固相不同体积浓度、不同流量下的分布规律,并研究了外特性的变化规律.模拟结果表明:固相在叶片工作面分布较多;在叶轮里离后盖板越远,浓度越高;无叶腔分布浓度大于叶轮分布浓度;固相浓度的增加会引起扬程的减小.     

冬季田间水热状况的数值模拟

根据土壤冻结过程中水热迁移的基本方程，推导了土壤水热耦合方程，改进了冻结条件下土壤水热迁移问题的求解方法。用该模型模拟了室内土柱冻结试验，模拟结果与试验结果吻合较好，同时计算速度较快。根据地表能量平衡原理、微气象学理论，建立了冻结条件下土壤蒸发模型，将其作为土壤水热迁移的上边界条件，模拟了北京永乐店试验站冬小麦试区１９９５～１９９６年越冬期（１９９５．１２．０１～１９９６．０２．２９共３个月）土壤的冻融过程，模拟结果与实测值基本符合。在模拟过程中，采用有限差分法求解土壤水热运动方程，水、热方程的上边界分别为第二、三类边界。根据模拟结果，分析了越冬期土壤水热状况的变化规律     

CFD在调压室涌浪水位模拟中的应用

对某水电站的尾水隧洞及下游调压室过渡过程中的非恒定流流态进行三维数值模拟,着重观测调压室内涌浪波动及调压室内底板压差变化过程。采用3种湍流模型对下游调压室及尾水隧洞进行了模拟,将调压室涌浪波动过程与调压室底板压差变化过程的三维计算结果与物理模型实验、一维数值计算的相应结果予以对比分析,阐明了不同湍流模型对过渡过程模拟的影响。结合三维模拟能捕捉流场内部流态的优势,探讨了涌浪波动过程中调压室水面波动过程及水流流态。     

柴油机流固耦合系统稳态传热数值仿真

建立活塞组-缸套-冷却水-机体流固耦合传热系统,并利用有限元分析软件的流固耦合计算功能,把单个零件的传热外边界条件变成内边界,使得传热仿真更合理更简单。以某增压柴油机为例,用ANSYS软件对建立的三维流固耦合模型进行了稳态传热数值仿真,得到了耦合系统的温度场和流场云图。活塞关键点温度的计算值和实验测量值对比表明：用流固耦合方法模拟柴油机活塞组-缸套-冷却水-机体之间的稳态传热是可行的,且仿真结果与实测数据吻合较好。     

添加剂湍流减阻流动的传热特性数值计算

采用雷诺应力模型和Cross粘度方程,对二维轴对称圆管内湍流流动的聚丙烯酰胺稀溶液（PAM）的流场和温度场进行了数值模拟.在数值计算结果的基础上,系统研究了流速对减阻流体的减阻性能和传热特性的影响.结果表明,减阻流体的减阻率和传热降低率随流速的增大逐渐增大到渐进值,而且传热降低率恒大于减阻率.减阻流体柯尔本（Colburn）因子与摩擦系数的对比结果表明柯尔本比拟,特别是在较低流动雷诺数下有较大偏差.     

阻尼槽型连续供油配流副润滑机理的数值模拟

建立了阻尼槽型连续供油配流副油膜形成的数学模型。该数学模型用于描述配流副中油膜的运动变化规律和工作介质在阻尼槽、通油槽中的压力、流量特性及分布规律。在数学模型中考虑了配流副高、低压对油膜形成和变化产生的影响。通过该数学模型可以得出压力、温度对配流副油膜厚度、泄漏流量等润滑特性参数的影响规律。对不同工况下配流副油膜的形成进行仿真分析,结果表明在其他工况不变时,油膜厚度随压力和温度的增加而减小,配流副泄漏流量随压力和温度的增加而增大。