基于CFD方法的气动喷丸两相流场特性研究

为研究喷管内部结构及其产生的流场特性对气动喷丸效果的影响,基于计算流体动力学方法,建立了欧拉-拉格朗日两相流数值模型,研究了气动喷丸自由射流流场的动力特征,以及人口压力、喷管形状等因素对气固两相流场的影响.结果表明:受激波和膨胀波的影响,气体静压和速度在自由射流阶段发生震荡衰减;颗粒流在大气环境中呈散射状态;同一粒径颗粒速度离散分布;直径较大颗粒容易与喷管内壁面发生碰撞而导致速度突变;随入口压力的增大,气速变化不明显,颗粒速度大幅提高;与收缩型喷管相比,Lavel喷管内部气体膨胀更为充分,颗粒速度离散区间较小/,高速颗粒所占比例较高,喷丸强化效果更好.研究结果为气动喷丸Lavel喷管的结构设计和喷丸工艺参数的选择提供了新的方法.     

基于Fluent的微型直接甲醇燃料电池阳极流场结构分析

微型直接甲醇燃料电池中阳极流场结构对电池的性能有着重要的影响。为了合理设计阳极流场结构,改善甲醇燃料在阳极流场中的分布,采用计算流体动力学(CFD)软件Fluent对微型直接甲醇燃料电池进行建模并仿真分析。分析比较了点型、平行和蛇形3种不同流场图案下得到的压降与流速分布,得出蛇形流场能够更有利于甲醇燃料的均匀分配。在此基础上分别建立不同流道宽度(800,400,200,100μm)的蛇形流场模型,通过仿真计算甲醇燃料的分布情况来分析其对燃料电池性能的影响,并结合实验结果进行对比得出流道宽度为200～400μm之间为优化值。     

空气质量流量传感器的内部流道建模与设计

对于空气质量传感器中的热电阻表面流场分布,需要设计一种合适的内部小流道,能使得热电阻表面的流场分布合理.选择流场湍流模型,仿真分析了直线形壁面和几种圆弧形壁面的内部小流道的流场分布,研究了它们的流场分布特性,确定了热电阻的安装位置.仿真结果表明:与直线形流道相比,圆弧形流道具有较好的同一水平方向的速度一致性和较小的垂直...     

阻流挡板对液力偶合器环流特性影响规律分析

调速型液力偶合器广泛应用于重型刮板输送机的软启动中,为了提高调速过程中的转矩稳定性,通常在液力偶合器叶轮之间安装阻流挡板.为了分析阻流挡板对偶合器流场及转矩传递特性的影响,针对不同挡板尺寸下的单流道流场计算模型进行数值模拟计算.获得了多工况条件下、不同阻流挡板尺寸时流场数值仿真结果,对比分析了不同工况下挡板对流场转矩特性与流场速度流线分布特性的影响.结果 表明,较低充液率时阻流挡板改变了水液环流形式,使输出转矩下降趋势平稳;较高充液率及全充液工况时,挡板降低了环流速度进而减小了输出转矩.分析结果合理预测了阻流挡板对偶合器环流特性的影响规律,为液力偶合器的结构设计与改进提供了可靠的理论依据.     

船舶废气脱硫塔内流场设计研究北大核心CSCD

研究船舶废气脱硫塔内流场优化设计,为提高脱硫塔脱硫效率及降低塔内压损,利用子域技术建立脱硫塔体网格模型,使用有限差分法进行数值运算,并采用CFD软件对塔内流场进行数值仿真。基于RANS湍流模型模拟废气流速分布,得到仿真结果与实际较符合,证明模型可靠。提出了多流体模型与分散型k-ε湍流模型并用来模拟气液两相流,研究发现塔内存在"壁流"现象、气液接触不均匀等问题。通过改变废气入口位置及喷嘴支撑臂长,对塔内流场进行优化设计,结果表明,废气沿切线方向进入利于流场均匀分布,延长喷嘴支撑臂长可降低塔内压损,为废气脱硫塔内流场优化设计提供了依据。     

新型空气质量流量传感器的建模与设计

热式质量流量传感器是在层流的条件下,通过加热电阻周围温度分布的变化来反映气体流量.本文通过在流道中设计内部小流道,把流速测试段的流态变为层流,并模拟了整个流场的的速度分布,在流速测试段得到比较理想的雷诺数Re≈12～110.在小流道测试段的流速与内燃机进气管的平均流速成一固定比例系数,因此,通过测试小流道内的流速可以获得内燃机的进气量.通过模拟分析得到了在恒温加热的条件下,不同流速下的温度分布,从而获得不同流速下,测试点的距离与温度差的关系曲线,并找出了相应测试点的测试范围,最终获得了温差最大值对应的测试距离为140～210 m.通过在加热电阻两端设计了两对测温电阻,得到叠加信号对应最大流速精度为0.02 m/s.     

基于STAR-CCM+的高速动车组驱动齿轮箱内部流场分析

为研究齿轮箱初始注油量、齿轮旋转方向等因素对齿轮箱内部润滑油瞬态分布、压力瞬态分布和各轴承进/回油孔润滑油质量流量的影响,基于齿轮箱内部不可压缩的气液两相流,采用STAR-CCM+软件的重叠网格技术对高速动车组驱动齿轮箱内部流场进行仿真.结果 表明:当大齿轮正转时,受螺旋方向的影响,车轮侧各轴承进油量大于电机侧轴承进油量;当大齿轮反转时,各轴承进油量受螺旋方向的影响较小;随着初始注油量增加,各轴承进油孔的质量流量也增加;齿轮箱内部流场达到稳态时,内部压力总体上较为平均,仅啮合区存在局部高压区与负压区.研究结果对齿轮箱润滑流道结构设计具有指导意义.     

微型自吸氧直接甲醇燃料电池的阳极极板设计研究

在体积微型化条件下,极板流场图形的设计对燃料电池的性能优化,尤其是提高面积比功率,具有极其重要的意义.本文设计了不同沟道和沟脊宽度的阳极极板,测试了相应微型自吸氧燃料电池的性能变化.实验结果表明,在沟脊宽度小于沟道宽度的条件下,增加沟道或沟脊宽度都能改善微型燃料电池的性能,但改善幅度随宽度增加而趋缓.当沟道和沟脊宽度等比例变化时,性能随宽度的增加的最优值为600μm,其性能达到了2.87 mW/cm2,优于沟道和沟脊均为400μm和800μm的燃料电池的性能.     

烧结烟气氨法脱硫塔气液两相流数值模拟

为研究脱硫塔内的气液分布情况对脱硫效率的影响,选用FLUENT作为计算工具,以烧结烟气氨法脱硫塔作为研究对象,对塔内气相湍流采用Euler方法描述,对喷淋液滴采用Lagrange颗粒轨道模型描述,研究烟气入口倾角和入口距离浆液池液面高度对脱硫塔内气液两相流场分布的影响,并对脱硫塔的关键参数取值给出建议.     

单泵控制聚焦流形态的微流控芯片的研制

研究一种单动力源、聚焦流形态可控的用于细胞排队的微流控芯片。建立了样品沟道与鞘流沟道不同长度比例、不同夹角的模型并进行了不同负压条件下聚焦流形态仿真,运用SPSS软件进行了回归分析并进行了模型优化。在芯片的微加工过程中,利用印刷电路板(PCB)制作了母板,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为芯片主要材料,制作了PDMS—PDMS,PDMS—玻璃及PCB—PDMS三种芯片。制作的芯片能够在单个动力源条件下控制聚焦流宽度,使不同大小的微粒及细胞呈单个排列流动。研究结果为分析不同尺寸的细胞而选择合适的样品流沟道与鞘流沟道长度、夹角等条件提供了依据,所制作的芯片也达到了廉价且实用的目的。     

对置撞击流速度分布的模拟研究

为了加深对撞击流技术的认识，并对应用撞击流技术的各个过程进行指导，构造了计算撞击流流场分布的简化模型，并根据这一简化模型编制的程序，用所计算的结果对撞击流流场内速度的分布进行了分析与讨论。分析发现：撞击流区域内的流场可分为三个区域——入口区、漩涡区和出口区；撞击流的最大径向速度随喷嘴尺寸及入口流速的增大而增大，随喷嘴间距的增大而减小，最大径向速度对应的径向距离随喷嘴间距及喷嘴尺寸的增大都有一个最大值。     

微沟道内两相流速比对液滴形成的影响

研究了流聚焦微沟道内不同两相流速比对单分散性液滴形成的影响.不相混容的两相系统能够快速、周期性地形成液滴,液滴的形态和生成率随着油相速度的变化而改变.研究采用模拟软件COMSOL Mutiphysics,模拟了不同流速下液滴的形成过程,并通过实验进行了验证,从流体动力学的角度解释了其物理机制.所得结论为在流聚焦微沟道内获得分散性良好且大小可控的液滴提供了理论和数据支持.     

拉瓦尔喷管流固耦合换热数值模拟

针对颗粒的存在引起喷管内流场变化,进而对喷管热防护性能产生影响的问题,基于计算流体动力学(CFD)方法,建立了欧拉-欧拉两相流数值模型,利用软件Fluent对喷管两相流场进行了模拟,并以两相流流场计算结果为热边界条件,对喷管热防护层进行了瞬态换热数值计算,比较了有无颗粒两种状态下的流场分布情况,并获得了喷管整体结构温度场的分布规律.仿真结果表明,在发动机工作过程中,颗粒的存在使喷管内流场结构发生变化,导致燃气流速降低,温度升高,且喷管内壁逐渐向外壁传递热量,进一步影响喷管热防护性能,研究结果可为发动机喷管部件热防护设计提供参考.     

脉冲防暴水炮近流场的数值模拟

为研究脉冲防暴水炮非稳态气液两相射流的雾化机理,采用一方程大涡模拟耦合有界压缩型VOF方法构建数值计算模型,对近流场进行数值模拟。从喷雾形态看,由数值模拟得到的气液两相界面分布图与近流场的高速摄影图像相符程度较高。对两者进行分析比较后发现,在近流场中高压气体膨胀为射流发展的主要动因。     

基于高速摄影传感器的气液两相流型分层模糊识别

气液两相流流型的客观和智能识别对两相流其它参数测量具有重要意义。用高速摄像机作为检测传感器,获取内径为50 mm 的绝热垂直管段内气液两相流流型图像,提取流型灰度图像的均值、标准差及二值图像的最大物体面积、宽度和高度五个特征向量,采用分层模糊推理方法实现泡状流、块状流、塞状流和乳沫状流的流型识别。对于131幅实验图像,该方法的识别正确率平均达到93.13%。     

基于FLUENT的两种油气分离器分离效率分析

针对某型发动机的2种不同结构的油气分离器,采用FLUENT对流场进行数值模拟.使用RNG k ε模型计算连续相气体,得到油气分离器内部的流场速度分布.使用离散相模型（Discrete Phase Model,DPM）计算液态油滴,追踪离散项的运动轨迹,从而计算得到分离效率.探讨影响油气分离效率的因素,同时进行试验验证.结果可为油气分离器的后续优化设计提供参考.     

流道引流对风洞试验段轴向静压因数的影响

为改善开口式汽车风洞试验段轴向静压因数分布,应用数值仿真方法研究不同扩散角、收集口角度和流道引流方式对风洞试验段轴向静压因数以及静压梯度的影响.数值仿真得到的轴向静压因数与风洞试验结果一致,验证该计算方法的正确性.研究结果表明：流道引流方法可提高收集口附近的速度,降低当地的静压因数,导致试验段轴向静压因数的降低,从而改善流场品质.从收集口顶部或其两侧引入流道回流的方式都能降低试验段轴向静压因数,且两种方式降低效果相同.对于较大的扩散角,与15°收集口的引流相比,0°收集口的引流改善试验段轴向静压因数的效果更好;对于较小的扩散角,结果相反.     

气流式喷嘴流体雾化干燥过程的CFD分析

为准确地描述气流喷嘴的雾化干燥过程,利用CFD技术,结合喷雾干燥的特点,建立了适合气流式喷嘴的气体-颗粒两相运动及液滴雾化下燥的完整模型,得到了干燥过程中干燥室内气体流场和颗粒运动轨迹、气体局部湿度和温度变化及不同初始直径液滴在干燥室内的干燥情况.模型充分考虑了气体液滴之间的两相耦合作用,分析了气体/液体流量比,气体/液体相对速度,液体粘度等重要因素对滴径的影响,并将模拟结果跟实验进行比较,结果比较合理.为喷雾干燥过程的系统仿真和喷雾质量的提高提供了有力工具.     

基于PHOENICS及PIV圆管中非牛顿流体螺旋流的研究

为研究石油工业中普遍存在的非牛顿流体的螺旋流现象,利用粒子图像测速技术PIV及流体计算软件,建立切向引流的垂直圆管螺旋流场的三维模型,紊流计算模型选取κ-ε两方程模型得到了垂直圆管流场的速度云图、向量图、轴向速度及径向速度分布情况.结果表明,轴向的速度对整个螺旋流场的速度影响较大.     

离心泵叶轮轴面流道设计

因为Bezier曲线的性质,用五点四次Bezier曲线来构造叶轮轴面流道中线.确定流道中线后,给定过流断面面积变化规律,根据中线位置推导前后盖板型线,并将其作为流道的两条流线.得到初步的轴面流道后,通过校核过流断面面积来进行修正,直到得到满意的结果.假设液体在同一过流断面上轴面速度相等,对轴面流道进行分割,确定分流线的位置.计算机编程计算表明,方法易于控制和修改轴面流道形状,具有比较高的实用价值.