基于Frenet标架的涡旋始端型线重构与几何特性分析

针对当前型线研究中尚未建立表征修正型线和主体型线固有特性统一模型的问题,建立了基于Frenet标架曲率半径函数的涡旋型线通用方程,分别采用零次曲线和一次曲线对涡旋始端型线进行重构.定量分析了型线参数对涡旋始端齿厚的影响,构建了基于母线曲率半径函数方程的涡旋压缩腔面积几何模型,研究了曲率半径函数参数对面积特性的影响.结果...     

鱼友好型轴流泵流场数值分析与汽蚀性能优化

为了提高鱼友好型设计造成的轴流泵汽蚀性能下降,通过实验对比验证了采用ANSYS CFX数值预测原型泵及鱼友好型泵汽蚀性能的可行性,得到经过鱼友好型设计后,原型泵许用空化余量(性能参数下降3%)数值计算结果由3.5 m增加到9 m,难以满足使用要求。通过分析鱼友好型泵的内部流场特性,揭示了轮毂处涡旋的产生机理以及叶片进口冲角过大的原因,由此设计出抑制涡旋产生、更加符合流动特性的叶片截面翼型,并修正部分设计参数。数值计算结果表明:优化后泵内部流场流动平稳,翼型头部液流过渡良好,没有局部速度增量产生,轮毂侧流动贴合叶片表面,在吸力面也没有产生涡旋,鱼友好型泵的装置许用空化余量预测值降低到3 m左右,完全满足原型泵的使用要求。     

基于PIV的循环式生物絮团系统涡旋分离器内流场研究

为分析循环式生物絮团系统涡旋分离器的内流场特性,基于非接触式流场测试PIV (Particle image velocimetry)技术对试验规模涡旋分离器内流场进行测量,分析了该涡旋分离器在不同水力停留时间工况下(248、83、49 s)涡旋分离器内部流场的合速度、分速度和涡量等分布情况。结果表明:不同水力停留时间条件下,涡旋分离器内套筒内部区域的左下角和上部区域均表现一定的涡旋,同时随着水力停留时间的加快,中间内套筒内的颗粒速度方向大致相同,仅在筒壁附近产生小的二次流,同时沉积仓内的颗粒速度方向趋于一致;虽然水力停留时间加快,但轴向和径向的合速度变化不大,且不同速度占据的比例基本相同;不同工况下顺时针和逆时针涡量基本相同,且水力停留时间越慢,流场的涡量相对越小,并随着水力停留时间加快涡量分布趋向均匀,即高涡量区域逐渐增加; PIV试验由于激光能量一定,其穿透能力有限,因此,对于复杂结构的PIV试验所获得的结果有待改进。     

高效农用涡旋压缩机密封与控制响应分析

为解决农用涡旋压缩机切向和径向泄漏的问题,对涡旋压缩机的密封装置进行了设计和优化。涡旋压缩机的主要由防自转结构、支架体、动涡旋盘和静涡旋盘组成,其主要工作部件为动涡旋盘和静涡旋盘。采用迷宫密封结构及定长流动理论进行密封流场的计算,并利用湍流模型对通道模型进行计算,优化迷宫槽尺寸和结构,以提高密封性。对迷宫密封的泄漏量进行试验,确定了泄漏量的计算公式,并通过试验证明了迷宫密封方式的密封效果良好。     

一次曲率半径函数涡旋重构型线动力学特性

应用法向等距原理构建了基于始端一次曲率半径函数方程的涡旋型线;建立了基于母线参数的吸气腔、压缩腔和排气腔容积数学模型,得到了涡旋压缩机的轴向、切向和径向气体力随曲轴转角的动态变化历程,研究了一次曲率半径函数型线参数对压缩机动力学特性的影响。数值模拟结果表明：一次曲率半径函数始端重构型线的参数显著影响涡旋压缩机的动力学特性;母线始端一次曲线与基圆渐开线连接点处曲率半径的不连续性导致了径向气体力的波动和极性变化,进而对径向间隙的密封、泄漏损失和轴承寿命产生直接影响。     

涡旋压缩机压力腔内流场分析

由于涡旋压缩机的内部结构,利用常规实验测量的方法来获得涡旋压缩机工作时的瞬时流场信息十分困难。基于Fluent的动网格技术完成了三维涡旋压缩机压力腔内瞬态流场仿真,得到了各个转角位置的温度、压力变化过程以及生动丰富的瞬时流场信息,为涡旋压缩机的优化设计提供了理论参考。     

基于LabVIEW的涡旋盘型线测试系统

介绍了基于虚拟仪器的渐开线涡旋型线测试系统,分析了该系统的机构原理,系统误差及误差纠正方法。该系统是利用直线运动与旋转运动的合成运动形成标准的圆渐开线轨迹,与待测零件型线轨迹进行比较的方法,进行测量型线轮廓度的误差;通过运用角编码器及丝杠误差的软件修正,可以较好的消除系统误差。将虚拟仪器技术应用到涡旋型线测试系统中,能...     

基于CFD的循环生物絮团系统涡旋分离器结构参数优化

为提高循环生物絮团系统涡旋分离器分离效率,以欧拉-欧拉多相湍流模型为理论框架,运用计算流体力学技术,对3种不同筒径比α涡旋分离器内固液两相三维流动进行了数值模拟,并分析了相关速度云图、速度矢量云图、流体迹线云图、内部固相分布以及出口处固相体积分数变化等。模拟结果表明:在进水口进水速度为0.36 m/s时,随着筒径比α的增大,3种涡旋分离器套筒外侧以及进水口以下部分速度流场差别较小,但套筒内流场湍流逐渐加剧,同时,套筒外侧附近和套筒内部,涡旋逐渐加剧,增加能耗,且不利于固体颗粒的沉积,总体而言,涡旋分离器在α为1.5之后分离效率下降,并保持相对稳定,具体表现为,当涡旋分离器α为1.5时,内部固相体积分数相对较高,而出口处固相体积分数较低,随着α增大,其分离效率由α为1.5时的27%降至α为2.0时的17%,并随着α再次增至2.5时,分离效率保持基本不变。涡旋分离器流场速度的实测结果与模拟结果基本一致,而分离效率存在一定差异,但是变化规律相同,表明数值模拟在优化涡旋分离器结构方面是可行的。     

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。     

FeatureCAM和VERICUT在涡旋盘零件的加工应用

介绍了FeatureCAM和VERICUT,及其在涡旋盘加工中的应用,分析了涡旋盘加工的两种典型方法,应用FeatureCAM的车铣复合编程功能实现涡旋型线的展成法加工编程,利用VERICUT仿真整个加工过程,并可以优化加工过程,实现虚拟现实加工。     

水泵水轮机湍流流态数值模拟

在对比抽水蓄能电组与常规水电机组的基础上,根据该装置内部水体流动规律,建立了转轮、导叶及蜗壳的三维模型,应用高雷诺数湍流模型结合CFD技术进行水泵水轮机湍流流态数值模拟,研究了其水动力性能及装置内部水体流动情况,结果表明:该装置能量及流速分布均较为合理,通过数值模拟绘出的装置各元件压能、流速等图表明装置实际流场分布合理,模拟结果可为进一步优化转轮叶片的设计提供参考依据。     

基于正交标架矢量函数的涡旋机械集成型线研究

基于正交标架矢量函数理论,建立了满足条件的型线方程矢量函数通用表达式.深入研究了涡旋型线的啮合条件,阐述了构成涡旋型线所必须满足的基本啮合条件.从型线的笛卡尔坐标方程出发,以切向角函数集成形式表示曲率半径,推导出了曲率半径函数表示的型线微分方程.以4种典型型线为例,确定了曲率半径函数系数与广义展成半径和广义基圆半径之间的对应关系.示例给出了正三角形渐开线型线的曲率半径函数微分方程.以切向角函数表示的涡旋集成型线不但能涵盖现有型线种类,而且通过对切向角级数系数的优化和控制可构造性能更为优良的型线类型.     

Ω涡识别方法在双进口两级中开泵中的应用

为了研究双进口两级中开泵内部流动的涡旋特性,基于SST k-ω湍流模型,采用非定常数值计算方法,通过外特性试验和GCI准则验证了数值计算方法的合理性,并引入新一代涡识别方法Omega(Ω)法,对其内流场中的涡旋结构进行分析.研究结果表明:传统的涡识别方法不能有效剔除壁面剪切层的影响,而Ω方法能将流体的剪切和纯旋转运动进行区分,获得较为清晰的泵内涡旋结构,特别是在两级叶轮中,能准确捕捉到尾迹涡的形态和分布情况;在不同工况下,将三维的Ω涡识别方法简化到二维平面后,其在反流道中的适应性更好,规避了之前许多没有形成涡旋结构而流线呈现出强扭曲的区域,同时证明了轴向涡旋在反流道中占主导地位.另外,研究过程证明了Ω方法在双进口两级中开泵这种复杂流体机械内部涡旋结构的识别中具有较大的优势,可以为该型泵进一步的设计优化提供相关理论依据.     

场地膜秆分离装置的数值模拟研究

为了达到膜秆分离的目的,研究了场地膜秆分离装置内部流场的压力分布和速度分布,获得合适的膜秆分离装置的风选参数,建立了膜秆分离装置的三维计算流体力学的模型,采用Fluent软件对膜秆分离装置内部流场进行数值模拟分析,通过改变送风速度、送风上偏角度以及进料口的位置,研究其内部流场的压力、速度的分布及进料口位置的影响规律。结果表明:送风速度为16 m/s、送风角度上偏5°、进料口中心位置距离模型中心位置为340mm时较为合理。     

液控智能转换接头的数值分析及优化设计

为了验证液控智能转换接头设计的合理性,优化其内部流道结构,利用Pro/E构建了该智能转换接头的三维模型,划分了非结构网格,根据该装置工作原理和特点,采用标准k-ε模型及壁面函数法,确定了控制方程及边界条件,利用有限元分析软件对装置内部的单向阀在4个不同开度下的内部流场进行了数值模拟,分析了4个不同开度下内部流场的速度分布图及湍动能分布图,并搭建了试验台对装置在4个开度下的出口流量及进出口压差进行了测试,通过数值分析及试验数据的对比确定装置水力损失较小的最佳开度.试验结果表明,智能接头基于液压控制原理可以实现采油状态和测试状态的智能转换,满足功能要求;单向阀在50 mm开度下内部流动损失较小且流速较大,内部流动状态最佳.数值分析与试验结果基本吻合,该结果为改进装置内部结构、提升装置采油作业生产效率提供了依据.     

分流对冲与多级扩容组合式集沙仪内风沙分离规律研究

为揭示风沙在集沙仪内部的分离规律,以分流对冲与多级扩容组合式集沙仪风沙分离器为研究模型,通过Fluent数值模拟和微型风洞试验,对风沙分离器内单相流场和气固两相流场进行了分析。在阐释气流降速机理的基础上,进一步分析了气流降速和入口气流中沙尘所占体积分数对风沙分离的影响,并通过分析沙尘的运动规律,阐述了不同粒径沙尘受流场影响的情况。结果表明,气流大幅降速是实现风沙分离的最有效方法,而引起气流速度大幅降低的主要原因是较大值的湍动能场的大范围形成;对于风沙流,当沙尘含量增高时,降速效果变好,风沙分离效果也变好;当沙尘含量进一步增高时,降速及风沙分离效果则变化不大;对于分流对冲与多级扩容组合式集沙仪,当沙尘受强风以下风力影响时,粒径小于0.032 41 mm的沙尘较易受到流场的诱导,受惯性运动的影响较小,从排气口排出的可能性较大,是影响风沙分离效率和集沙效率的主要粒子。     

射流混药装置内部流场的数值模拟和实验研究

采用实验验证和数值模拟相结合的方法,利用Pro/e建模,Gambit网格划分,FLUENT三维流场模拟对射流混药装置内部流场进行计算分析,针对射流混药装置工作流体和吸入流体密度不同时,研究其对射流混药装置性能的影响。模拟计算中采用k-ε湍流模型,使用SIMPLEC算法;实验流体采用不同密度的NaCl溶液。模拟结果可以为射流混药装置的内部流场的性能研究提供依据。     

网式过滤器的计算模型选择及内部流场分析

为了解网式过滤器内部流场特性,分别采用Fluent软件提供的Standard k-ε、RNGk-ε及Realizable k-ε模型同多孔介质阶跃模型耦合计算,通过物理试验与计算结果对比,确定了Realizable k-ε模型与多孔介质阶跃模型能更好地模拟网式过滤器中的流场。在此基础上,分析了该过滤器的内部流场,指出排污口固体边界和出水口边界条件对该过滤器的速度流场和压强场分布规律影响很大;滤网内、外侧的水流流速沿X轴分布不均匀,从而影响了网式过滤器的过滤效率及使用寿命,其结构有待进一步研究。     

非定常空化流动涡旋特性分析

基于试验和数值结果对三维非定常空化流动的涡旋特性进行分析.试验采用高速摄像系统对三维空穴发展过程进行观测.数值计算中采用混合密度分域的湍流模型和基于相间质量传输的空化模型.与试验结果对比,表明该计算方法能够准确捕捉云状空化的非定常过程：附着空穴的初生和发展,附着空穴的断裂,以及大尺度脱落空泡团的形成.基于计算结果,采用涡量分析法并引入复杂流场中的涡旋结构判据研究了空化现象的发生和发展对涡量输运过程的影响.结果表明：反向射流的形成和发展导致速度梯度的变化,从而引起涡量产生项的非定常变化;气液两相的相互转换会导致流场内体积变化率以及密度梯度的变化,同样引起体积变化率项和斜压矩项的非定常变化.采用速度梯度张量不变量Q和R分析空化现象的涡旋特性可以发现：在水翼前端附着空穴区域,旋转效应大于形变效应;脱落空泡位置附近,旋转效应和形变效应共同支配云状空泡运动.     

基于fulent的组合式轴流装置谷物流运动分析

当谷物均匀喂入组合式轴流脱分装置时,脱分空间的谷物可近似看作流体.为此,以谷物水稻为研究对象,利用fulent软件对组合式轴流装置中谷物流的运动进行分析,为该装置结构的设计和改进奠定了基础.