流体机械涡壳内部流场的数值模拟

涡壳内部流场模拟的命题求解采用了雷诺平均N—S方程，并以标准k-ε湍流模型使方程组封闭，依据数值模拟的结果，优化与涡壳设计相关的几何参数，使涡壳内的流态接近于理想流态，从而保证涡壳具有良好的性能。     

横流式风机内部非定常流的数值计算

提出了一种预测横流式风机内部流场的方法，适用于任意形状的叶片和涡壳。该方法假设流体无粘性，不可压缩，流动为二元流动，采用直接边界元法和离散旋涡法相结合的方法来计算风机的内部流场，同时考虑了涡室上部壁面边界层的影响。为了满足开尔文定理，叶片后缘处有尾涡放出，尾涡的运动用离散旋涡法计算。实际计算了两种不同涡壳的风机。     

座环打磨机的工地使用

座环是水轮发电机组最重要的埋入支撑部件。随着水轮发电机组等级的不断提高，大型水轮发电机组的座环和涡壳尺寸加大，座环和涡壳需在工地进行组焊，中高水头水轮机涡壳需在工地进行水压试验，常常会导致座环法兰面的变形。为此，着重以实例介绍使用座环打磨机结构和安装调整方法。     

汽车驱动桥壳静动态有限元分析

利用catia软件建立了某货车驱动桥壳三维模型,运用有限元分析的方法,在ANSYS Workbench软件中建立了驱动桥壳的有限元模型,分析了驱动桥壳在四种典型工况下的结构强度.并对桥壳进行了模态分析,计算了在自由状态下的前12阶固有频率和振型.分析结果表明,桥壳的强度满足设计的要求,具有较好的抗振性.     

小型水轮机涡壳三维粘性流动解析

小型水轮发电机作为原动机能为工农业机械提供自主电源。为了使小型水轮机得到更广泛的应用，必须设计出结构简单、水力效率高的机器以确保运行稳定性。为此，对水轮机内部流动状况进行三维粘性流动数值解析是非常必要的。本文对常用的小型混流式水轮机涡壳、座环和无导叶环壁面内流动状况用最新的CFD技术进行了整体数值解析。根据解析结果，对涡壳和固定导叶进行了改进以减少水力损失。亦对固定导叶入口冲角、涡壳壁面粗糙度对流动的影响进行了定量分析。     

旋壳差速效应对旋喷泵性能影响

以旋喷泵为试验对象,完成了旋壳与叶轮同步变转速性能试验以及旋壳与叶轮非同步差速数值研究.为避免各向同性涡黏假设,数值计算选择雷诺应力RSM linear pressure-strain模型,将数值计算与试验结果对比以验证其可信度.结果表明:变转速试验中该泵的流量与扬程符合相似定律,最优效率基本保持不变,各转速下最优效率的最大偏差为3.1%,趋于常数.差速试验中旋壳转速在升高引起径向液体压力梯度增大,导致旋壳内任意位置半径r大于叶轮出口半径r₂区域的液体压力增加,而旋壳内任意位置半径小于叶轮出口半径区域液体的压力降低.受叶轮与旋壳差速扰动影响,集流管进口和尾涡区域湍流动能数值普遍较高,该区域能量损失大,涡的大小、形态、涡心位置随旋壳转速不断变化,主要分布在叶轮出口与流动中心区.与额定工况相比,旋壳转速的升高能够提高旋喷泵的扬程,但由内壁面带动液体快速旋转增加液体能量的方式会导致泵效率下降.旋壳转速在一定范围内的降低有利于能源的高效利用,提高泵效率,该泵试验范围内最优旋壳与叶轮转速比为0.75,研究结果对今后旋喷泵差速运行有指导意义.     

水泵涡壳强度校核程序设计

水泵关键零件的强度计算与校核直接关系着整机的性能、使用寿命及可靠性,传统的水泵零件强度校核方法在精度、效率等方面已远远满足不了生产要求.在探讨涡壳强度校核理论的基础上,建立了涡壳强度校核应用程序的校核模型,并对该应用程序的开发平台、开发工具、关键技术以及具体实现方式进行了阐述和分析.实例验证的结果表明效果良好,具有较好的推广应用前景.     

微型离心泵涡壳的水力设计

一台高效微型离心泵涡壳水力设计的方法及参数选择。     

半开叶轮离心泵叶顶间隙非定常流动特性研究

为研究半开式离心泵叶顶间隙区域的非定常流动特性,应用SST k-ω两方程模型,对半开式离心泵进行了全流道数值模拟,利用快速傅里叶变换(FFT)将各监测点的时域值转换为频域值,并分析了泄漏涡轨迹与叶片载荷的相关机理以及泄漏涡的频谱特性。结果表明:泄漏涡涡核与叶片骨线的夹角θ随着叶尖载荷的变化发生了周期性脉动;泄漏涡加剧了叶尖处的流动分离,在叶片前缘形成了连接叶片表面与泵壳的涡管;在流量为0. 75Qd时,叶顶前缘间隙处扰动主信号为0. 51fB,该频率与二次泄漏以及叶尖处涡管的非定常脉动特性相关;随着流量减小,扰动信号频率有所波动,叶尖泄漏涡破碎位置向叶片前缘移动。     

旋壳转速对腔内液体流动特性的效应

为研究旋壳转速对腔内液体流动特性的影响,以试验旋喷泵为研究对象,在高度验证叶轮与旋壳同步旋转试验与模拟结果准确性的基础上,对叶轮转速相同、旋壳转速不同的5个模型采用RNG k-ε湍流模型进行数值计算,分析腔内液体流动特性的变化情况,研究泵的性能.结果表明:旋壳转速增大,液体圆周速度和旋转系数均增大,圆周速度曲线沿径向逐渐形成同心圆,腔内液体做非刚性旋转.腔内液体径向压力梯度增大,压力低于624 kPa时,旋壳转速越高,压力越小;压力高于624 kPa时,旋壳转速越高,压力越大.集流管迎流区涡分布在进口附近,尾迹区涡集中在扩散段结尾处,整体呈增大趋势.旋壳转速增大,泵的扬程升高,但效率降低,通过改变集流管进口直径发现集流管并非效率降低的主要原因,而是由圆盘摩擦损失的增大导致的,圆盘摩擦损失随旋壳转速增加呈3次幂函数式增大,文中最优进口直径为13 mm.     

中央空调专用泵结构设计与运行匹配

通过分析空调专用水泵的常规运行特性，给出水泵水力设计和结构设计改进的建议，使得水泵能够进一步匹配中央空调机组运行，并对机械密封、大小口环、双涡壳进行了重点分析。     

基于HyperWorks的中型客车驱动桥NVH分析

针对某中型客车驱动桥,对其在60 km/h工况下进行振动噪声分析;通过对桥壳进行模态分析,得到其固有频率,进行瞬态分析,提取轴承位移结果,作为振动噪声分析的边界条件。分析结果表明:驱动桥振动噪声主要由主减速齿轮副啮合冲击力产生,并由轴承传递到驱动桥壳,引起桥壳的振动,进而引发噪声,驱动桥后盖是噪声辐射最大的地方。采用加加强筋的方法进行改进,并在Virtual.Lab软件中仿真验证。结果表明桥壳后盖加加强筋的方案能有效控制噪声。     

500比转数低扬程涡壳式混流泵

鉴于对低扬程混流泵的需求,江苏工学院排灌机械研究所研制成500比转数低扬程涡壳式混流泵模型。最近先后在无锡水泵厂、浙江省机科所进行复试,性能达到规定要求。试验结果如下     

基于ANSYS Workbench的高地隙喷雾机底盘系统的设计及有限元分析

底盘系统是高地隙自走式喷杆喷雾机各项系统中最重要的系统,而底盘系统中的机架高地隙驱动桥组件结构影响着底盘的离地高度,同时影响喷雾机在作业时的通过性,底盘机架是主要装配机体,前、后高地隙驱动桥承载整机的所有质量并传递给车轮。所以说需要利用ANSYS Workbench软件对底盘机架高地隙驱动桥组件结构开展结构静力学分析的工作,经过对底盘组件建模、简化、确定边界条件等一系列软件分析操作后分别得到各个典型工况下的主要的应力、总变形分析云图。软件的分析结果表明底盘机架高地隙驱动桥组件结构的各零部件的应力值是在材料许用应力之内的;对高地隙驱动桥桥壳在相应工况下开展模态分析的工作,同样经过对桥壳建模、简化、确定边界条件等一系列软件分析操作后分别得三种典型工况下高地隙驱动桥壳前6阶固有频率最小值为18.5 Hz,最大值为384.5 Hz,经分析底盘结构受到的常见激励频率范围为0～16.7 Hz,驱动桥桥壳的前6阶的固有频率在此的激励频率范围外,因而不会发生共振现象。     

水泵偏大流量设计方法的探讨

目前,在低比转数水泵设计中常采用偏大流量设计的方法,即增加叶轮出口宽度b_2和涡壳喉部面积,使最佳工况点向大流量方向偏移。本文将分析低比转数水泵效率低的主要原因,以及增加b_2后水泵效率提高的原因。     

轴流泵叶顶泄漏涡形成演化机理与涡空化分析

为了掌握轴流泵叶顶泄漏涡(TLV)的形成演化机理,评估涡形成空化条件和间隙宽度的影响,进行了轴流泵间隙泄漏流动实验和数值计算分析。通过流线涡量云图三维可视化分析,得到间隙流动特征及其涡结构,并比较分析涡初生时吸力面的速度流线、涡量和湍动能。对比了不同截面的物理量分布,并对不同空化条件下空化发展与TLV涡强度之间的关系进行了分析。研究表明:泄漏剪切带是形成TLV的主要区域,该区域的湍动能和涡量均较大,轴向主流与间隙射流形成对流,促进了涡的生成和发展,大间隙下的泄漏流速、涡强度与涡尺度更大; TLV核心区涡旋来自剪切带形成的剪切涡和周向的来流涡。在大空化数下,涡与空化分布基本一致,涡强度与空化正相关,叶顶涡空化在大间隙时延伸更远。在小空化数下,涡与空化位置不完全重合,空化形成所需要的涡强度较低,易扩展形成片状空化,间隙宽度对空化的影响较小。     

小流量工况下混流泵涡识别及其演变规律

为了研究小流量工况下混流泵内部流动状态及涡结构的演化规律,采用大涡模拟的计算方法并结合先进的Omega涡识别方法,对某混流泵小流量工况下的涡结构进行识别,获得了叶轮内部典型涡结构的特征和演化规律,并与叶片表面的涡量生成和流动分离情况进行对比分析.研究结果表明:Omega方法克服了第二代涡识别方法需要人为调节阈值的缺陷,可以较好地识别小流量工况下混流泵内部的精细涡结构;在小流量工况下,混流泵内的叶片斜向涡带、叶尖涡和叶尖分离涡、通道涡以及尾缘脱离涡是叶轮流道内生成的典型涡结构,它们有各自独立的生成和发展过程,又相互作用,使叶轮内流场更加紊乱.本研究揭示了小流量工况下混流泵内部特有的涡结构特征与演变规律,可为包括混流泵在内的叶轮机械流场分析和性能优化提供一定的理论指导和技术支撑.     

理想状况下涡流发生器尾涡特性

采用大涡模拟技术计算了理想工况下54种涡流发生器的水动力特性,以尾涡大小、尾涡间距和尾涡强度作为衡量参数,依次分析了3种流速、3种几何尺寸和6种安装角度时涡流发生器的尾涡特性,并用粒子图像测量方法对计算结果进行了验证.研究结果表明:反向涡与水流方向的夹角远大于同向涡与水流方向的夹角,并且随着涡流发生器与涡旋间距离的增大,各夹角先增大后减小,直至同向涡和逆向涡合并到同一条直线上;随着涡流发生器安装角度绝对值的增大,尾涡大小和强度均线性增大,并且一对涡旋内同向涡和反向涡之间的距离增大,相邻两对涡旋之间的距离逐渐减小;随着流速的增大,尾涡强度显著增大,但各个涡旋之间的距离不变;随着涡流发生器安装边长度的增加,组内同向涡和反向涡之间的距离逐渐增大,但湍动能的分布区域大致相同.     

基于LES的泵站前池表面涡及液下涡流瞬态特性分析

泵站前池或泵站进水池是泵进口前的过流部件,在不同工况的流动中存在多种旋涡,可分为自由表面涡和液下涡,这些高度不稳定的旋涡是影响水泵装置运行效率及稳定性的重要因素。为了研究泵站进水池的内部涡流,采用大涡模拟(LES)及流体体积函数(VOF)方法对泵站进水池中的三维非稳态流动进行了非定常数值计算,并进行了系统的验证。基于数值计算结果,统计了旋涡的时均特性,讨论了RANS方法和LES方法对涡流预测的区别;采用λ2等值面将旋涡结构可视化,观测到自由表面涡及附底涡周围环绕的二次涡结构;分析了不同时刻表面涡及附底涡的形态和瞬态特性,通过涡量方程得到了对流项及拉升、弯曲项对主涡涡量变化的影响。结果表明:二次涡与主涡的相互作用在一定程度上增强了主涡动量的向外耗散,并通过自旋引起主涡轴向拉升或者弯曲。     

基于ANSYS的冲量传感器流固耦合模态分析

运用ANSYS软件对向日葵联合收获机气力输送结构的冲量传感器进行了流固耦合模态分析,研究了有无流固耦合、冲击板材料和冲击板固支方式对冲量传感器固有频率和振型的影响,分析了冲量传感器固有频率对收获机测产精度的影响。结果表明：冲量传感器固有频率越大,系统稳定性和灵敏性越好;流固耦合作用明显提高了冲量传感器的1阶固有频率,但并不改变固有振型;冲击板材料影响冲量传感器1阶固有频率,且冲击板材料特性相近时对振型影响较小,其中亚克力材料冲击板的冲量传感器1阶固有频率最大为46.913Hz;冲击板固支方式影响冲量传感器固有频率和振型,其中中间固支方式的1阶固有频率最大为35.548 Hz。通过向日葵测产试验台验证试验,得出亚克力冲击板的冲量传感器测量最大相对误差最小为2.1%,中间固支方式的冲量传感器测量最大相对误差最小为2.37%。由此验证了仿真分析的合理性。