一种轴流式叶轮的全三维优化设计

针对一种磁力驱动的循环冲沙装置,提出了轴流式叶轮优化方案以提高叶轮水力性能。通过 CFD数值模拟,对轴流式叶轮内流场进行了紊流数值分析,并研究了同一工况下不同叶片结构、叶片数、导流棒对内流场的影响。由内流场分布特点,选择了叶轮有关结构参数,改进了叶轮结构。试验表明,改进后的轴流式叶轮其水力性能得到提高,从而验证了 CFD 分析在优化设计轴流式叶轮中的可行性。     

输气站场轴流式调压阀的冲蚀特性

为探究输气站场轴流式调压阀在气-固两相流中的冲蚀特性,以典型轴流式调压阀为研究对象,采用壁厚测量实验和CFD 数值模拟的方法,分析了阀体在不同开度下高流速的分布特点及其对关键部分冲蚀速率的贡献,并基于Tulsa 模型建立了调压阀冲蚀速率计算模型。计算结果表明:入口变径管和阀芯笼套处流速高于阀体内流速,属于磨损严重区域;在运行的5 年中,开度30%时对冲蚀速率的贡献为1.7%,开度70%时为42.1%,开度100%时为56.1%;随着开度的增加,阀内各处冲蚀速率呈增大趋势;建立了调压阀冲蚀速率计算模型,修正了原模型中冲击角度函数f(a ),发现了预测精度较高且具有较好适应性的模型参数,对于输气站场轴流式调压阀的运行维护具有很好的借鉴意义。     

叶轮机械级几何参数的最优化设计

在研究非线性数学规划条件极值问题求解方法的基础上,将最优化设计计算方法用于径,轴流涡轮以及压气机级叶片几何参数和１元气动热力学最优化设计对径,轴流涡轮的最优化设计命题建立了完善的物理模型和数学表达式,采用ＳＵＭＴ外点法将有不等式约束条件极值问题处理成无约束最优化设计问题,并用ＤＦＰ并轭方向法求解,文中提供了径轴流涡轮１元最优化设计的算例,本方法还可以方便地通过改变待优化目标函数推广到其他工程的最优     

不同通风状态下医院诊室微尘分布的三维紊流数值模拟

微尘分布直接影响细菌传播，受某医院委托，用三维紊流数值模拟的方法，对医院空间中微法情况进行了分析，结果发现，不同的通风方案造成的浓度分布大不一样，为了把细菌传播的可能性减少到最低程度。本文推荐较好的方案，供设计人员参考。     

大伙房水库主溢洪道三维流场数值模拟

采用RNGk-ε双方程模型模拟湍流,利用流体体积分数法(VOF)确定自由水面线,笛卡尔自适应网格与部分面积体积障碍模拟法(FAVOR)处理复杂的几何边界,成功地对大伙房水库主溢洪道流场进行了三维紊流数值模拟,得到了自由水面、溢洪道堰面压力、断面流速大小、分布和三维流场的分布规律,结果分析表明数值模拟与物理实验结果吻合较好。     

混流式水轮机全流道三维数值模拟

基于CFD计算软件,以N-S方程为控制方程,采用Sparlart-Allmaras湍流模型和结构化网格,对蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮及尾水管等过流部件进行了全过流部件的三维数值模拟.利用NUMECA自带后处理模块CFView,对原转轮流道内速度矢量分布和静态压力分布的流场进行分析,解释了其设计中的不足及由此产生的过流能力差和效率低等问题.据此在不改变其它过流部件的前提下,提出了只对转轮进行了改造的措施,经验证取得良好的效果.     

混流式水轮机导叶绕流的三维湍流数值模拟

在现有水轮机引水元件（包括导叶）内部流场数值计算方法和设计理论的基础上，基于Navier-Stokes方程和标准的κ-ε紊流模型，采用贴体坐标和交错网格系统，用SIMPLEC算法对一模型机的蜗壳、座环和导叶进行了联合计算。计算结果表明：混流式水轮机导叶叶间流道中的水流运动沿周向呈周期性变化．叶道中间水流速度较大，越靠近叶片速度越小；随着导叶开度的增大，水流切向速度减小，径向速度增大，导叶出口的水流角增大；导叶出口水流速度及环量分布不均匀，与工况变化有关，进行转轮及全流道三维湍流计算时应考虑这一因素；叶型表面水流速度和压力分布随导叶开度变化的规律比较复杂。     

多孔淹没紊动射流三维流场模拟及消能分析

采用RNGk-ε紊流模型,结合万家寨引黄入晋工程第1区段压力管道出口多喷孔淹没射流消能,进行了三维数值模拟研究,对不同喷孔个数时流场的时均特性和紊动特性进行了比较,分析讨论了多孔淹没射流进入消力池后的水流运动规律与消能机理。结果表明,射流动量的分散程度是决定消能效果的关键,在保持孔口总面积不变的条件下,随着喷孔数的增加,消能效果显著提高,但当喷孔数增加到60个时,其变化显著减缓。多喷孔射流进入消能水体后,射流水股与周围水体接触面积极大增加,在距离喷孔出口0.41 m左右时射流能量迅速衰减,加之各水股间的相互卷吸、掺混,形成了多个强剪切消能区,消能率较高。同时,由于各漩滚的相互作用,可有效地减小其对消力池固壁的冲刷。     

国产化轴流式调压器结构改进及流场分析

轴流式天然气调压器是保障长输管道安全供气的重要设备,为提高调压器流场性能,对其主阀结构进行优化改进,借助Solidworks软件对调压器改进前后的主阀内部流道进行三维建模,并采用CFX软件对内部流场进行可视化研究,求解得到调压器内部压力、速度分布云图及速度矢量图;对改进前后阀内流道形状及阀后加入节流孔板前后调压器的流场特性进行对比分析,结果表明：改进流道形状及加入孔板后,主阀内部流场漩涡有所减少,局部最高流速明显降低,压力分布更加均匀,调压器流场得到优化,性能进一步提升。     

建筑室内环境数值方法的研究：三维紊流室内气流动态数值研究

本文尝试用数值计算法取代传统方法研究室内气流组织，采用κ－ε双方程紊流数学模型，用控制容积法离散原始方程，实现了在任意外界条件作用下对室内气流组织的三维紊流数值模拟。作出了速度矢量分布图和温度等值线图。并且，从物理意义和数值方法两方面仔细考虑了边界条件的处理，提出了较好的解决方案。将数值计算结果与可视化实验和理论公式计算数据作比较，发现三者的数据分布规律基本一致，证明了计算结果的正确性和可行性，从     

对称翼型导叶的轴流泵数值模拟

针对农业灌溉中对轴流泵性能的要求,为了更深入的研究该轴流泵的性能特性,研究了NACA0006对称翼型导叶的轴流泵性能,利用计算流体动力学软件Fluent,采用RNG k-ε湍流模型和SIMPLEC算法对该轴流泵进行数值模拟。通过对其进行数值计算和对比分析表明,设计工况下的数据值不仅与Fluent软件模拟的数据值相对误差为1.9%,并且应用Fluent软件模拟计算得到泵的性能曲线与性能实验的结果吻合较好,证明了在轴流泵导叶设计中,NACA0006翼型不仅结构简单、适用性良好,而且取得了更高的效率。     

基于FLUENT管内封堵器周围流场的数值模拟

基于计算流体力学方法,建立了管内封堵器三维模型,对管内封堵器封堵过程中其周围流场进行数值模拟,得出管内封堵器封堵前后其周围流场中速度矢量、流体质点速度、湍动能的分布规律.对比封堵前后流场的模拟结果:管内封堵器的封堵进程变化影响流体质点速度和湍动能的分布;管内封堵器的机械结构会导致其局部位置和尾部流体产生漩涡,使管内流体流动紊乱,对封堵效果产生一定影响.研究结果对确保管内封堵作业安全和进行管内封堵器机械结构设计具有指导意义.(图8,参7)     

平面COUETTE流动的湍流斑研究

湍流斑是近壁剪切流动中的重要现象,它们的生成和发展与流动转捩和湍流的形成密切相关.采用Navier-Stokes方程直接数值模拟和壁面脉冲模型研究平面Cou-ette流动中湍流斑的生成和演化.高精度高分辨率的三维耦合紧致差分格式被用于数值计算.探讨了平面Couette流动中湍流斑的重要特征,包括高频脉动的形成、雷诺应力的产生、扰动的急剧增长和湍流斑形状的变化,特别是流向涡的复杂演化过程.结果表明层流流动中的湍流斑具有湍流流动中一些基本特征.     

复合叶轮绞吸泵的性能预测

渔业养殖在一定程度上满足了人们对鱼产品的需求,减缓了渔业资源的衰退,但是因为水土沉积、排泄物堆积等问题需要进行定期的疏浚作业,针对此问题对疏浚船的绞吸泵进行了相关设计。为了更好的了解所设计的绞吸泵的工作性能,采用计算流体动力学软件Fluent中的标准湍流模型,在过流物质为固液两相的泥水混合物时,对在不同流量点时绞吸泵内部的三维非定常流场进行数值分析,分析了在不同流量时绞吸泵内部的压力流场和速度流场的分布变化,同时对模型泵进行了实验测试。结果表明：流量在0.8 Q[U1]~1.2 Q之间绞吸泵内部的流场分布较其他流量点更好,模型泵在该区间的被破坏程度也较轻,所以认为该流量范围为绞吸泵的合理工作范围。     

混流式水轮机蜗壳·导叶及转轮内部水流的二维与三维数值模拟比较分析

基于N-S方程和标准k-ε紊流模型,采用CFD计算流体力学软件对HLA616-WJ-55混流式水轮机原型机的蜗壳、导叶及转轮内部水流进行二维定常数值模拟,并与同型式水轮机的蜗壳、导叶及转轮内部流动三维数值模拟结果进行比较分析。结果表明,二维与三维蜗壳内部流动的规律基本一致,压力分布和速度分布比较均匀,流动状况较为理想。二维CFD分析能较全面地预测水轮机蜗壳、导叶及转轮内部流场的结构,数值模拟结果对水轮机选型和优化设计均具有重要的指导意义。     

管道入口段雾化加注天然气减阻剂的数值模拟

采用数值模拟的方法研究天然气管道减阻剂的雾化加注过程,首先对气体管道入口段的稳态流场进行模拟,得到收敛的气流场,再将减阻剂作为一系列离散相雾滴从入口喷嘴注入后进行耦合计算,分析各雾化条件对雾滴索泰尔平均直径（SMD）及其在入口段管壁上吸附特性的影响。模拟结果表明：喷雾压差、喷雾流量、喷嘴直径和喷射角度是影响天然气管道减阻剂减阻效果和减阻距离的关键因素。喷雾压差越大,喷雾流量越小,雾滴的SMD越小,越容易吸附在入口段的管壁上;喷嘴直径和喷射角度对雾滴的SMD影响不大,但喷射角度较小时,雾滴能被气流携带更长距离。研究成果可为天然气减阻剂的工程应用提供一定的理论指导。（图6,表5,参17）。     

板翅式换热器封头挡板结构的优化

板翅式换热器封头内存在的物流分配不均是导致换热器性能下降的主要因素。通过对封头结构气液两相物流分配进行数值模拟和室内实验研究,对无挡板封头内部流场进行了分析,根据其物流分配特点和规律提出了一种具有普遍适用性的改进型挡板结构。通过对挡板位置、挡板厚度以及开孔孔径的敏感性分析,优化了挡板参数,并与其他型式封头进行了对比。结果表明：改进型挡板结构具有普遍适用性,可以有效改善封头内部的物流分配情况,出口通道的流量标准偏差比无挡板封头降低了一个数量级,比错排孔板型封头降低约50％,该结构对于改善板翅式换热器的换热性能以及可靠性的提高具有重要作用。（图16,表1,参Ii）