CFD技术在水轮机转轮抗空蚀改造中的应用

CFD是用计算机来模拟流体的流场，建立流体机械最佳流道的流体动态分析软件，是当今先进的流体动力学模拟分析工具。介绍了CFD技术的理论基础，并且将其成功应用于锦江电站水轮机转轮的抗空蚀改造中，取得了良好的效果。     

叶轮内部三维不可压湍流数值模拟

一般来说，离心泵叶轮内的流动是三维的湍流流动，叶轮的旋转和表面曲率效应以及随之而来的哥氏力和离心力，使叶轮内的流动极其复杂，致使内部流场测试困难。随着计算机技术的迅速发展．叶轮内流数值模拟研究相当活跃。为此，将计算流体力学（CFD）技术应用于叶轮设计，基于Nayier—Stokes方程和标准x—ε紊流模型，依据三维数值模拟的结果，优化与叶轮设计相关的几何参数，使叶轮内的流态接近于理想流态，从而保证叶轮具有良好的性能。     

组合桨搅拌槽内部流场数值模拟

针对组合桨组合形式在不同应用场合的匹配问题,采用计算流体力学(CFD)的分析方法,基于Fluent仿真软件,分析双螺带及六斜叶涡轮桨基于不同组合位置的内部流场情况采用多重参考系(MRF)方法建立基础模型,基于Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型对搅拌槽内部流体产生的流场进行数值计算,得到搅拌桨在240 r/min的搅拌转速下产生的流场数据.分析搅拌器在特定界面处轴向、周向、径向的速度矢量图以及其综合速度云图,并对位置互换的流场进行分析和比较,选出上双螺带桨下涡轮桨为最佳的桨叶组合形式,此种组合桨型对于提升搅拌器在相关领域的应用和发展等有参考价值.     

水流冲击多段滞留气团的三维数值模拟

针对水气两相瞬变现象,充分考虑了水体弹性、气体可压缩性、水-气交界面的动态运动以及多段气团间相互作用,采用三维CFD方法对起伏管道内含多段滞留气团的水气两相作用进行建模和模拟,选择Standard k-ε湍流模型进行模拟研究,将三维计算结果、现有一维模型计算结果与试验结果进行对比分析,并通过水气两相分布图展现动态变化过程.结果表明:与一维模型相比,三维CFD模型能够更为准确地模拟起伏管道内瞬变压力波动,并且能够清楚描述水气掺混、耦合的动态变化.水流冲击初始两段滞留气团压力波动曲线显示,多气团间的瞬变压力并非同步变化,可能呈现多气团峰值压力交替出现的情况,这与初始气团长度密切相关.水气交界面自由变化,阻断水体长度时刻发生变化,当水体运动到管道弯曲处时会产生新的阻断水体,将气团分成若干部分.     

插装阀阀芯优化与仿真分析

插装阀在静止状态下,由于静摩擦的原因,导致阀芯与阀套出现卡滞现象;在运动状态下,由于压差和阀芯微偏移的原因造成阀芯与阀套发生磨损;为此提出一种新型的带有导流槽的插装阀阀芯.基于缝隙流动和液压卡紧分析,建立插装阀阀芯与阀套间隙的CFD优化仿真模型,通过N-S方程、伯努利方程和卡紧力方程联立得到阀芯与阀套间卡紧力的推导公式...     

Evaluation of the pattern of spray released from a moving multicopter

BACKGROUND

Multicopters are used for releasing particulates seeds, fertilizer and spray. Their low cost and high manoeuvrability make them attractive for spraying in steep terrain and areas where overspray is undesirable. This article describes a model of multicopter wake and its influence on particulate dispersion, which is computationally economical compared to many computational fluid dynamics (CFD) approaches, yet retains reasonable accuracy.

RESULTS

A model was successfully implemented in OpenFOAM . It features source terms for the rotor wash, Lagrangian particle tracking, an evaporation model, and a porous medium approach to model the effect of the ground vegetation. Predictions were validated against the field tests of Richardson et al. which used a DJI Agras MG-1 multicopter in three different flights with airspeeds of 3.2–4.9 m s⁻¹, ground speeds of 2.1–2.9 m s⁻¹ and cross-wind speeds of 0.04–2.2 m s⁻¹. The effective swath width (30% line separation) was predicted to within one standard deviation. Sensitivity to a rotor rotational speed, flight height, flight velocity, multicopter roll and yaw angles, surface roughness length, plant height and leaf density was checked.

CONCLUSION

In all flight trials, the modelled swath was closest to the experimentally obtained swath when the surface roughness of the fetch was equal to 0.5 m (bushes) and the rotational speed of all rotors was equal to 2475 rpm with 0.75R (0.2 m) tall plant canopy (grass) introduced to the model. The model showed acceptable validity for flight velocities of ≤2.8–5 m s⁻¹ when flight parameters can be approximately estimated. © 2022 The Authors. Pest Management Science published by John Wiley & Sons Ltd on behalf of Society of Chemical Industry.     

非对称翼型反装对H型垂直轴风力机流场分布的影响

H型垂直轴风力机(H-VAWT)是典型的升力型垂直轴风力机,且有集群式发展的潜力和优势.文中采用数值模拟的研究方法,建立二维模型,对比分析了使用非对称翼型的H-VAWT叶片反装时的流场结构,以及反装时叶片数对H-VAWT流场分布的影响.结果表明:对于非对称翼型的H-VAWT,叶片反装所产生的尾流湍流强度较叶片正装时大,且尾流的恢复能力差,进而影响到H-VAWT在风场中的布局,但是叶片的正装和反装对H-VAWT附近外流场中Y方向上流场分布的影响基本一致;随着叶片数的增加,反装叶片的H-VAWT本身产生尾流的湍流强度增加,这增强了下风轮区域叶片和上风轮区域叶片所产生湍流的相互作用,但是叶片数为3时,叶片的正装和反装所产生的湍流差别不大.     

微热管阵列平板太阳能集热器中空保温层厚度优化

为分析微热管阵列平板太阳能集热器的热性能,该文建立了集热器的CFD模型,对其进行数值模拟,将模拟结果与试验结果进行对比,验证了模型的可靠性。采用该CFD模型对集热器保温层厚度进行优化,结果表明,当实心保温层导热系数分别为0.02、0.03、0.04、0.05W/(m·K)时,优化的实心保温层厚度分别为4.5、5.0、5.5、5.5cm。合理设计的中空保温层(空气层与实心保温层相结合的保温层形式)集热器能够达到与实心保温层集热器相当的保温隔热效果,同时可使集热器保温层成本及质量降低25%~50%。最后,该文给出了保温层总厚度分别为4、5、6cm时的中空保温层厚度优化结果,为该类集热器保温层的设计提供了理论依据。     

滴头流道结构对悬浮颗粒分布影响的数值分析

迷宫滴头内部结构复杂尺寸微小,研究流道结构对悬浮颗粒浓度分布的影响对于流道优化有重要意义。该文采用正交试验方法设计齿形流道,根据两相流理论,利用计算流体动力学软件对设计滴头进行了液固两相流数值分析。模拟得到入流浓度及颗粒大小不同时滴头内的速度及颗粒浓度分布,分析了结构参数、颗粒大小及入流浓度对悬浮颗粒浓度分布的影响。研究结果表明：流道结构参数对颗粒分布均有影响,程度从大到小顺序为：齿角度－齿间距－流道深度－齿高;入流颗粒大小为流道最小尺寸的1/10～1/6时滴头不易堵塞;齿高与齿间距的比值小于0.5时有利于提高滴头的抗堵塞性。研究为滴头结构优化提供参考。