排灌泵站进水弯道流态改善分析研究

泵站布置形式按进水方式可分为正向进水和侧向进水。由于地形条件等限制,一些泵站不得不采用侧向进水形式。泵站侧向进水水流流动从本质上讲是水流的转向流动,即弯道水流。实际工程中,侧向进水泵站普遍存在进水流场紊乱、回流引起前池泥沙淤积、边坡冲刷等问题。人们利用流态显示技术和测速仪,通过方案分析,总结出一些流态改善措施。随着数值计算技术的发展,采用数值模拟来预测水流流动已成为一种趋势。但在泵站进水弯道流场及其整流研究方面,由于计算模型的缺陷,无法反映复杂的分离流动,至今尚未见对其进行三维数值模拟的研究报道。为此,本…     

温室大棚气流场的CFD数值模拟

为了探索温室大棚内部的气流和热量传递过程,设计合理的通风降温设施,在CFD计算流体力学软件——AirPak的支持下,选择华北型连栋塑料温室,建立了有植物条件下的湿帘机械通风三维数值模拟模型,并对温室大棚内气流场进行了模拟,得到了温室内气流场的三维空间分布,为今后温室内小气候数值模拟、综合性能评价以及温室大棚整体结构规划设计提供可靠的依据。     

厌氧附着膜膨胀床反应器的流动特性与相分离

试验用氟化钠作示踪物研究了厌氧附着膜膨胀床反应器中的废水流动特性,结果表明,在回流与不回流的条件下,该反应器的流态分别接近金混合和推流式,依次相当于1.66和7.72只全混釜“多釜串联”,反应器内有相分离。其明显程度与流态有关。     

木纤维脉冲-旋流气流干燥气固两相流分析及数值模拟

通过对脉冲-旋流气流干燥气固两相流分析及数值模拟的研究,采用欧拉-拉格朗日模型和计算流体力学软件Fluent对脉冲-旋流气流干燥机内部的气固两相流场进行了三维模拟,揭示脉冲-旋流气流干燥木质纤维的机理和传热传质特性。结果表明,加载物料后的气流速度变化明显,并且物料与气流速度有2 m/s左右的速度差,有利于传热传质。气流速度越大,物料停留时间越短。进料速度的增加会在旋流干燥器底部形成一个回流区,易造成物料的返流,并增加了物料在干燥机停留时间。通过对计算出的温度、速度、时间的曲线与实测值进行对比,二者最大相对误差小于10%,验证了fluent气固两相流模拟方法建立的脉冲-旋流气流干燥过程的数学模型是有效的。     

数值模拟方法在双洞式溢洪道体型优化中的应用

采用可行化k-ε湍流模型、VOF法界面跟踪技术及分区结构非结构网格区域离散方法,对甘肃九甸峡水电站双洞式溢洪道引水渠和溢流段的三维自由面流动进行了数值模拟,并以改善进口不良流态、消除堰顶较大负压,平衡两洞间的流量分配作为目标,对其体型进行了优化研究。结果表明,原设计方案过堰流动水面严重扭曲,且存在明显的负压,体型设计不合理;优化方案获得了理想的进水口与溢流堰曲线形式。所有计算结果与实测值吻合良好,说明数值模拟技术可以在岸边溢洪道的水力设计和体型优化中发挥重要作用。     

基于CFD仿真自然通风大棚窗口的设置

塑料大棚通风换气对大棚内作物的生长影响较大,特别是对于自然通风大棚,研究其通风窗的开设位置及方式意义重大。建立塑料大棚三维模型,利用计算流体动力学软件Fluent,对大棚在自然通风条件下的流场进行仿真,得到不同侧窗和天窗尺寸及配置条件下大棚的流场分布规律。结果表明,大棚侧窗对提高流场的气流速度作用明显,但侧窗高度超过1m后,气流速度增加不明显;天窗对大棚前半段气流影响较小,天窗位置最好开在后半部分靠近出口的位置;增开门旁通风窗对提升大棚通风能力有明显效果。     

基于计算流体动力学与离散元法耦合的磁力泵水沙运动的数值模拟

应用计算流体动力学与离散元法耦合的方法,对MP6–R微型磁力泵3种进口流速(0.5、1.0、1.5 m/s)和3种含沙量(0.5%、1.0%、2.0%)水沙运动进行数值模拟。结果表明：当进口流速为0.5 m/s时,磁力泵出口管道与蜗壳衔接段出现回流区,其最大回流速度为1.07m/s,随着进口流速的加大,回流速度逐渐降低,当进口流速达到1.5m/s时,回流现象消失,水流速度方向稳定指向出口,磁力泵过流性能最佳;叶轮轴面附近存在大量低速沙粒汇聚的滞留区,滞留区沙粒相互碰撞产生初始切速度;当进口流速一定时,改变颗粒体积分数对滞留区沙粒平均速度的影响较小;进口流速低于1.0 m/s时,增加颗粒体积分数会降低颗粒残留比,进口流速高于1 m/s后,颗粒残留比非常接近;当颗粒体积分数一定时,提升进口流速会降低颗粒残留比,增加滞留区沙粒平均速度,进口流速达到1m/s后,颗粒残留比和滞留区沙粒平均速度随进口流速的变化不明显,磁力泵输送性能最佳。结合磁力泵的过流性能、输送性能与叶轮表面的载荷强度,建议磁力泵最佳运行状态下进口流速保持在1.0 m/s以上。     

城市排水泵站前池导流墩整流措施的数值模拟

城市排水泵站前池扩散角过大会在前池中形成边侧回流,影响水泵进流条件,增设导流墩整流措施可以显著改善泵站前池平面水流流态,应用标准k-ε湍流模型建立三维前池计算模型,并用SIMPLEC算法求解.选取不同的导流墩参数对泵站前池进行数值模拟,分析导流墩对泵站前池水流流态的影响因素,明确了优化导流墩布置的相关参数.     

沙纹分布的流体力学模拟

在考察、分析沙纹基本特性的基础上 ,从流体力学的绕流理论出发 ,以两种常见的简单绕流流动为例 ,即平表面等速直线流动和绕流圆柱体形障碍物的流动 ,对沙纹的分布问题进行力学模拟 ,其模拟结果与实际情况十分吻合 .对于其它类型的简单绕流流动也可以通过同样方法进行模拟 ;对于实际中存在的较为复杂的绕流流动 ,可以通过流动迭加理论予以模拟 .从而得出结论 :沙纹表征的是气流流动的能量特征曲线 ,理想不可压缩气流流动状态下 ,沙纹分布可以通过确定流场的速度势获得     

沙纹分布的流体力学模拟

在考察、分析沙纹基本特性的基础上,从流体力学的绕流理论出发,以两种常见的简单绕流流动为例,即平表面等速直线流动和绕流圆柱体形障碍物的流动,对沙纹的分布问题进行力学模拟,其模拟结果与实际情况十分吻合.对于其它类型的简单绕流流动也可以通过同样方法进行模拟;对于实际中存在的较为复杂的绕流流动,可以通过流动迭加理论予以模拟.从而得出结论:沙纹表征的是气流流动的能量特征曲线,理想不可压缩气流流动状态下,沙纹分布可以通过确定流场的速度势获得.     

风向对温室内气流分布模式影响的CFD分析

以自然通风的Venlo型两连栋玻璃温室为研究对象,基于CFD数值方法,以流体控制方程和标准湍流模型为理论依据,结合DO辐射模型对室外风向垂直屋脊和平行屋脊两种工况下室内气流分布模式进行了3-D数值模拟。结果发现风向垂直屋脊时侧窗外侧存在两个对称涡流,侧窗是主要进风口;室内气流速度随高度呈上升趋势;室内东侧流速较西侧低。风向平行屋脊时,侧窗气流流动复杂,天窗是主要进风口;气流速度随高度呈下降趋势;室内东侧流速较西侧高。两种风向下南北向流速分布相对均匀一致。室外风向对室内气流分布模式有明显影响。     

基于CFD的蛋鸭舍内环境模拟分析与验证

为优化4层层叠式笼养鸭舍舍内环境,基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)对鸭舍内气流场、温度场及CO_2浓度场进行模拟。将笼架简化,考虑其对气流的阻挡作用,将鸭笼及鸭只视为多孔介质。模拟结果显示,进风口为湿帘时,侧墙湿帘与端墙之间存在通风死区,风速低于0.5 m·s~(-1)。进风口为通风小窗时,鸭舍未安装通风小窗区域风速小,CO_2浓度大。改变纵墙湿帘位置对鸭舍结构进行改进,改进后气流不均匀系数降低了17%。改进通风小窗布置发现,提升通风小窗分布均匀性显著降低舍内温差;提升通风小窗安装高度将显著降低舍内CO_2浓度。该研究可为蛋鸭舍结构设计提供参考。     

油菜旋风式烘干机干燥筒内气力流场特性仿真分析

为了避免油菜旋风式烘干机作业时已达到烘干效果的油菜籽不能及时分离,导致油菜籽过度干燥,借助Ansys Fluent软件对油菜旋风式烘干机主要工作部件干燥筒的气力流场进行仿真分析,探究干燥筒的气流入口型式、入口气流速度及入口截面积大小等因素对干燥筒内油菜籽的分离性能的气力流场旋转强度、速度分量和压降等指标的影响规律。进一步预估并仿真分析油菜籽有效分离的干燥筒出口气流场特性,利用毕托管对干燥筒出口气流场风速进行测量,验证了该仿真模拟方法的正确性。结果表明:干燥筒气流入口型式采用蜗壳式所形成的气流场承载和分离物料能力优于切向式;当入口截面积一定时,速度越大,干燥筒内气流场分布更有利于物料分离;干燥筒入口截面积与压降呈正相关,并对出口段的气流速度有影响。对出口流场进行模拟和实测验证试验,其流场变化趋势基本一致,同一点位的流速模拟值与实测值的平均误差为6.58%,验证了所建立的干燥筒气力流场仿真模型的正确性。     

Comparison of finite element and finite volume methods for simulation of natural ventilation in greenhouses

This article aims to contribute to the discussion on the efficiency of two different discretization methods used as computational fluid dynamics (CFD) solvers for the simulation of natural ventilation in greenhouses. The focus is not on a general use of CFD, but rather on its specific application to simulate airflow in naturally ventilated greenhouses. After a short review of the basic model and its extensions, we compare the accuracy and computational efficiency of two simulation codes based on the Finite Element Method (FEM) and the Finite Volume Method (FVM) for two-dimensional incompressible turbulent flow in naturally ventilated greenhouses. FVM software (ANSYS/FLUENT v 6.3.) is the most frequently used CFD code in ventilation research, but few papers using FEM software (ANSYS/FLOTRAN v. 11.0) have been published. CFD simulations have been compared to experimental data for 12 cases corresponding to three greenhouse types. The experimental greenhouses were chosen to represent a large range of ventilation situations: buoyancy effect in a mono-span greenhouse with adiabatic walls, buoyancy and wind effect in a multi-span greenhouse and ventilation in an Almería-type greenhouse under conditions of large temperature gradient and high wind speeds. The data from simulations and field experiments were compared using different parameters to analyze the effectiveness of experimental data in the validations of CFD models.The possibility of repeating simulations with different discretization methods and commercial software has been tested, as well as the type of experimental data needed to ensure correct validation of CFD models for use in greenhouse ventilation studies. To this end, temperature distribution measurements are preferable to set-point measurements and the use of visualization techniques (laser sheets) or the measurement of velocity vectors (anemometer) are more indicative than ventilation rates.The computational capacity of these approaches has also been analyzed, comparing their performance in terms of the overall database space necessary to store the numerical models and the necessary CPU time to compute one step of the convergence process. On average, the FEM required twice as much computing time per cell and step as FVM, and the amount of required memory storage was approximately 10 times greater for the FEM.     

温室周围气流运动的有限元法模拟分析

以有限元法分析流体力学问题为基础,运用ANSYS 9．0软件模拟了温室周围空气流的运动情况, 并分析了利用风压进行通风换气时比较实用的开窗方式。模拟结果显示:采用天窗与侧窗组合通风的效果优于仅利用侧窗通风。最后将二维模拟温室周围气流运动的方法进一步推广到三维模拟中,模拟了温室周围气流的运动情况。结果表明,下风向风速在距离温室0-3 m处为3．260 4-2．905 5 m／s,在3-12 m处为2．888 8-2．845 7 m／s;上风向风速在距离温室0-4．2 m处为3．120 5-2．698 9 m／s,在4．2-12 m处为2．698 9-2．946 m／s。     

牧草种子丸粒化包衣机除尘系统的设计与试验

针对牧草种子丸粒化包衣机作业时的粉尘问题,设计3级除尘系统,采用理论分析、数值仿真及试验相结合的方法,对牧草种子丸粒化包衣机除尘系统进行研究。结果表明:1)根据Fluent得到除尘器内部空间的流场分布,气流附壁效果明显,气体在除尘器内部遵循设计路线运动。在挡板处,体积突变处气流变化明显,进入旋风除尘器的平均速度10m/s,除尘口气流平均速度0.2m/s,有利于粉尘颗粒的收集;2)依据重力原理、离心力原理和布袋隔离原理设计的一级、二级和三级除尘系统,可对不同粒径的固体粉料进行分离除尘,试验测得除尘效率达92.56%,基本满足牧草种子丸粒化包衣作业除尘要求。     

基于CFD-EDM耦合的气吸式红枣捡拾机气力输送装置仿真分析

为明确气吸式红枣捡拾机气力输送装置的运动特性,开展了气力输送装置气固两相流的模拟研究。基于气固两相流理论,分别建立了计算流体模型与离散元模型,通过计算流体力学与离散单元法(computational fluid dynamics-discrete element method)耦合求解,对红枣从气力输送装置入口到出口的运动状态、颗粒分布和气流场分布进行仿真分析,通过仿真优化试验探究清选箱箱体的设计并试验验证。结果表明：①多数枣撞击拦枣栅和挡枣板后被排出,少数残留于箱体中,少部分被拦枣栅卡住或通过拦枣栅;②箱体的分离室与沉降室易产生涡流现象,增大能量损失,通过拦枣栅的平均流速为17.85 m·s^-1,气流轨迹混乱;③优化后箱体内部气流轨迹沿箱体路径运动并减少涡流现象发生,通过拦枣栅的平均流速减小为6 m·s^-1,可降低红枣因自身动能过大而造成损伤;④优化后箱体的拐角内径为200 mm、箱体入口高度为65 mm时结构最佳;⑤样机试验结果与仿真试验结果较接近。上述结果说明,采用CFD-EDM两相流耦合技术对气吸式红枣捡拾机气力输送装置仿真是可行的,且通过优化箱体结构缩短红枣在气力输送装置中的输送时间、提高样机工作效率,该研究结果可为气力式红枣收获机气力输送装置仿真与优化设计提供参考。     

联合收割机吸运风机内气体运动数值模拟

气吸式4ZTL-1800割前摘脱稻(麦)联合收获机的吸运风机的能耗和噪声一般都较大。为了分析气体在风机内的运动规律,应用Fluent软件中的气体运动微分方程及标准的K-ω湍流模型,对吸运风机内气流流场进行了三维数值计算,得到了气体在吸运风机内的流动特征。分析发现气体从叶轮流入到蜗壳时,压力持续上升,由负压转为正压;在靠近叶轮外缘处速度很大,在靠近出口处逐渐降低;在风机后部涡流区面积、涡流强度相对较大。这些特征将为吸运风机的节能降噪设计提供参考依据。     

木材干燥室集中换气时进排气孔气流的均匀性模拟

为解决木材干燥室强制集中换气装置进排气道孔口气流的均匀性问题,采用理论分析和Fluent数值模拟方法,对进排气道的进排孔口气流流速、流量等进行数值模拟分析和计算,得到了满足生产实际要求的孔口半径和分布。结果表明：进气道各孔口的质量流量差小于5．1％,排气道各孔口的质量流量差小于7．3％,二者均小于质量流量偏差（10％）...