离心泵仿生微结构叶片减阻特性的仿真研究

目的 通过在离心泵叶片表面布置仿生微结构实现离心泵的减阻，并获得仿生微结构的最优化设计参数。方法 研究利用仿真模拟的方法，采用离心泵的扭矩变化对其减阻性能进行表征，考虑了仿生微结构的形态、截面形状和特征高度等结构参数的影响规律，通过分析叶片表面的湍流动能、剪切应力和近壁面层的速度云图揭示仿生微结构对离心泵减阻特性的影响机理。结果 在3种微结构形态中，流向沟槽的减阻效果最好;在3种截面形状的微结构中，矩形截面的减阻效果最好;离心泵减阻率并非随微结构特征尺寸单调变化，而是存在最优值;所有微结构的减阻率均随着流量的增加而增加。当叶片表面布置流向、矩形沟槽时离心泵具有最优的减阻效果，且在全流量工况范围流向矩形沟槽结构的最大减阻率为8.39%。结论 叶片表面微结构的布置可以实现离心泵减阻，其减阻机理与近壁面流体流动行为有关。表面微结构可有效降低叶片壁面的速度梯度，使速度沿壁面法线方向过渡更加均匀，且微结构内部低速流体层可有效控制和减弱近壁面区的湍动程度，减少湍流动能损耗;同时微沟槽内的反向涡流具有类“滚动轴承”作用，将滑动摩擦转换为滚动摩擦，降低摩擦阻力。     

基于动网格的涡旋压缩机内部流场数值模拟

采用局部弹性变形与网格重划的CFD动网格技术,对涡旋空气压缩机动态流场进行数值模拟。该模拟以理想气体为工作介质,满足流体控制方程及气体状态方程,湍流模型采用标准k-e模型。计算得到了涡旋压缩机随时间周期变化的质量流量、流场分布及压力、温度分布,观测到涡旋压缩机内旋涡生成、运动、增大或缩小等现象。     

气泡雾化喷嘴注气管流动特性研究

结合气泡雾化技术,通过减小气泡雾化喷嘴注气管道有效通流面积、改变注气压力和液流压力比,增大气流速度,从而增加注气管出口气泡的带液能力.采用MacCormack差分格式和激波捕捉方法,结合预测-校正技术,对气泡雾化喷嘴注气管内流场进行数值模拟;通过添加人工黏性项,消除计算结果在激波间断附近的数值振荡.计算结果与流场稳态解析解对比表明,采用添加人工黏性项的MacCormack差分格式在计算含有激波间断的气泡雾化喷嘴注气管流场可以得到准确的计算结果,对合理选择气泡雾化喷嘴工况参数具有指导意义.     

铝电解槽电解质-铝液流动及铝液表面变形计算

在ANSYS平台上采用有限元法和k—c湍流模型求解粘性不可压缩流体三维雷诺平均的Navier—Stokes方程，计算在电磁力作用下铝电解槽液体流动。对电解质和铝液的流场分别求解，然后利用分层液体界面压强连续条件计算铝液表面变形。230kA电解槽的计算结果表明电解质和铝液流动为近似水平的两个旋涡，其中一个旋涡的中央区铝液表面上升，另一个旋涡中央区铝液表面下降。流动速度从旋涡中心向外增加，最大速度发生在电解槽边壁附近，并迅速减少为零。这种速度特性表明电解槽边壁某些部分承受较大摩擦力。计算结果与230kA电解槽在运行5个半月后的实测数据基本一致。     

基于FLUENT的铝合金搅拌摩擦焊三维流场数值模拟

搅拌摩擦焊的流场是一个不可压缩的粘性流场，结合10mm LF2搅拌摩擦焊的三维流场特征，提出了流场的主控方程和定解条件。采用建模软件GAMBIT建立了流场的三维实体模型，采用非均匀四面体网格划分技术建立了求解的三维有限元模型。将有限元模型导入计算流体力学软件FLUENT，选取k—ε紊流计算模型，将已确定的定解条件施加到模型上．进行迭代求解，得到搅拌摩擦焊的三维流场模型。     

气液两相同轴式超声喷嘴内流场数值模拟研究

为了提高超声喷嘴的雾化效率,以同轴射流的气液混合两相为介质,结合气泡雾化和超声雾化的优势,建立气液两相同轴式超声喷嘴内流场数值模型,研究不同含气率下内部流场云图和气相分布情况。结果得到:喷嘴流体速度呈层状分布,在喷嘴出口附近出现涡旋,在涡旋交界处流体速度达到最大,越靠近谐振腔内部速度越小;在喷嘴内部气泡呈块状分布,随着流体流动,渐渐地开始聚集;考虑到喷嘴内部流体的湍流扰动效果,确定气相工质体积为20%～30%较为合适;进口含气率越大,Y轴方向上的含气率越大,喷嘴X轴线方向上含气率略高于近壁面处,在X轴和壁面之间的含气率最少。     

撞击流反应器制备纳米铜粉过程的流场多尺度分析

在撞击流技术制备纳米铜粉的实验反应体系中,粒径的分布规律与流场混合尺度存在某种联系。采用数值计算方法,从流场多尺度角度开展液体连续相撞击流反应器(LISR)强化制备过程分析。结果表明:大尺度流体对流由桨叶旋转带动,中等尺度湍流扩散强度与湍黏度和速度梯度关联,小尺度流体黏性扩散与中等尺度湍流扩散类似;LISR为制备纳米铜粉反应体系提供一个强烈压力波动区,其微观状态下的反应体系随着压力波动区能量的传递和转换得以迅速实现,并显著促进制备纳米铜粉反应过程的进行;LISR中湍黏扩散作用显著,能高效促进流体更加均匀,有利于制备纳米铜粉反应体系。上述过程流场的多尺度分析,对后期撞击流技术制备纳米铜粉的实验反应体系工艺优化具有指导意义。     

不同喷气形式对船舶微气泡减阻效果的数值模拟研究

由于不同喷气形式下微气泡减阻的机理不甚清楚,应用流体计算软件Fluent对简化船体模型进行了数值模拟.采用k-ε湍流模型,对两种来流速度、两种喷气流量和六种喷气形式下减阻率的变化进行了计算,并与水池试验进行对比分析,从微气泡体积分数和两相流速度的分布进行研究,总结出一些理论成果,并且进一步考虑对螺旋桨效率的影响.计算结果表明:首中部同时喷气的减阻效果更好.成果可为微气泡减阻技术的实际应用提供理论指导.     

膛线电解加工仿生阴极工作齿设计与研究

为解决膛线阴极相邻齿间电解液流场出现分散、不饱满和漩涡造成阴极烧伤、加工效率低的问题，根据仿生表面减阻机制，设计不同参数分布的仿生结构的工作齿，利用COMSOL仿真分析了仿生结构的形状参数与电解液流速、湍流参数和剪切速率的关系。结果表明：工作齿表面仿生尺寸为s=0.2 mm、h=0.05 mm的仿生结构不仅可以减小摩擦阻力，而且可以有效地稳定间隙流场。采用仿生阴极进行电解加工试验，对加工成型后切片进行测量分析，结果表明：仿生结构阴极满足设计要求，零件的加工精度得到保证。     

不同喷气形式对船舶微气泡减阻效果的数值模拟研究（英文）

由于不同喷气形式下微气泡减阻的机理不甚清楚,应用流体计算软件Fluent对简化船体模型进行了数值模拟。采用k-ε湍流模型,对两种来流速度、两种喷气流量和六种喷气形式下减阻率的变化进行了计算,并与水池试验进行对比分析,从微气泡体积分数和两相流速度的分布进行研究,总结出一些理论成果,并且进一步考虑对螺旋桨效率的影响。计算结果表明:首中部同时喷气的减阻效果更好。成果可为微气泡减阻技术的实际应用提供理论指导。     

Ti55钛合金整体壁板电脉冲辅助压弯成形失稳研究

高温钛合金网格筋壁板相较于传统的铝合金筋壁板结构效率更高,但是室温下钛合金整体壁板难以成形。利用电流电致塑性效应和焦耳热效应能有效降低成形载荷、提高成形极限,并且能有效避免钛合金在加热中被严重氧化。本研究建立了Ti55整体壁板电脉冲辅助压弯成形的电-热-力耦合有限元模型,并对不同成形工艺参数和壁板几何参数进行模拟。结果表明:在壁板两端施加8 A/mm~2电流密度时,压弯成形温度区间比较合适。整体壁板随着筋条高度的增加,失稳屈曲程度越来越大,筋条失稳时所需的临界载荷越小,筋条的稳定性越差。腹板厚度主要影响筋条的温度从而影响筋条的失稳情况。整体壁板纵向筋条间距增大,筋条稳定性越差,筋条失稳屈曲也越严重。     

纵凸筋钢板轧制凸筋拉缩分析

纵凸筋钢板轧制的难点之一是凸筋充填的同时伴随着凸筋被拉缩。本文通过实验分析了几种因素对凸筋拉缩的影响。     

非光滑表面减阻研究进展

基于仿生学研究发展的非光滑表面减阻技术在海洋工程装备和高技术船舶等领域具有广阔的应用而备受学者关注。对非光滑表面减阻的研究方法进行了系统介绍,概述了沟槽、凹坑和自适应3种非光滑表面的相关研究进展:(1)沟槽表面的减阻机理以及沟槽结构的几何参数、形状和排布等对减阻性能的影响;(2)凹坑表面应用于旋成体及平板上的减阻效果和湍流流动中凹坑表面上的流动结构和减阻性能;(3)自适应表面的理论模型,自适应表面的减阻机理,以及壁面运动对流动转捩和湍流结构的影响。最后总结了这3种非光滑表面的减阻效果以及相关减阻机理的研究趋势,并指出非光滑表面减阻在未来研究中需要重点关注的问题。从已有的研究成果和部分应用成果来看,非光滑表面具有巨大的工程价值和广阔的应用潜力。本文旨在更具体、全面地了解非光滑表面减阻,从而为改进当前的减阻节能技术提供必要的理论基础。     

带纵向外筋薄壁筒形件复合流动成形数值模拟与工艺优化

采用传统的切削、挤压方法加工外表面带纵向外筋薄壁筒形件,存在着材料利用率较低、成本较高的问题,因此,提出了一种新的复合流动成形工艺。利用有限元分析软件,研究了预成形压下量、道次减薄量分配比以及滚珠直径等工艺参数对外筋成形效果的影响规律。研究发现:预成形压下量越大,外筋填充效果越好;不同阶段中,滚珠直径对外筋填充效果影响不同;采用两道次成形时,可以显著降低成形过程中的轴向旋压力。以外筋填充率和旋压力作为优化指标,通过正交试验,获得外表面带纵向外筋薄壁筒形件复合流动成形的最佳工艺方案,选取最佳工艺方案,通过试验验证了复合流动成形工艺的可行性,为此类构件的高效、低耗生产提供了理论设计依据。     

不同湍流模型柴油机喷嘴空穴流动的对比分析

建立了喷油嘴内部燃油两相流动CFD模型,基于界面追踪法(VOF)对比分析了应用LES湍流模型和标准k-ε湍流模型模拟空穴流动的结果。结果表明:大涡模拟方法得到的瞬态湍流运动呈现较明显的非对称分布,标准k-ε湍流模型模拟得到的湍流场比较均匀,而对称性比较明显。大涡模拟可以捕捉到更多的随机漩涡,对喷射的流场预报更为准确,更能反映流动的细节,有助于更加深刻地认识湍流的本质。     

螺杆式连续油管水力振荡器轴向力及其影响因素分析

随着长水平段油气井的增多，外径小、柔性大的连续油管在井下越来越易发生螺旋屈曲锁死以至无法继续下入。连续油管水力振荡器能够有效降摩减阻，延迟螺旋屈曲锁死，增加连续油管的下入深度，因而得到广泛应用。根据螺杆式连续油管水力振荡器工作过程中的运动和受力分析，得出其轴向力计算公式。采用灰色关联度法分析各影响因素对连续油管水力振荡器轴向力的影响程度，得出流量、流体密度以及转子偏心距对其轴向力影响最大。实例计算表明：连续油管水力振荡器最大轴向力随流量、流体密度以及转子偏心距的增加而变大；连续油管水力振荡器轴向力变化频率与流体密度无关，随流量增加而变大，随转子偏心距增加而减小。     

薄板坯连铸结晶器非稳态湍流大涡模拟研究

本文利用大涡模拟模型分析薄板坯连铸钢液非稳态湍流特性,其中非稳态湍流流动N-S方程采用盒式函数进行滤波处理,亚格子模型采用Smagorinsky-Lilly模型.将大涡模拟结果与粒子图像测速及超声探伤结果进行分析比较来校正模型.通过对薄板坯连铸过程进行数值分析,获得了结晶器内非稳态钢液湍流的流动特征,包括流场的漩涡分布及大涡拟序结构的形成、发展、脱落和破碎过程,并发现即使水口和结晶器在几何上完全对中,结晶器内湍流分布也不对称,偏流产生是必然的,同时导致弯月面较强的波动.随着非稳态时间的延长,结晶器内钢液偏流在两侧呈现周期性变化,周期约为40 s.     

PHYSICAL MODELLING OF ISOTHERMAL DIE FORGING PROCESS OF Ti-ALLOY STRUCTURAL AIR-FRAME PART WITH E TYPE CROSS-SECTION AND VARYING THICKNESS RIB

1.IntroductionItisadifficulttasktoforgethestmcturalair--framepartswithvaryingthicknessrib,becauseshapeoftheforgingsiscomplicated.Heightandthicknessofrib,distancebetweenhoribsandthicknessofweballhaveinfluenceonmetalflow.Thedefectssuchaslaps,eddyflow,flowashandextrussiondefectoftenresultsfromPOordiedesignandimproperchoiceofthestartingshapeofthebellet.TherejectrateOfconventionaldieforgingOfstructuralair--framepartishigh,becausethetemperatUreofworkpiecedecreasesfasteranddistributingoftemperature…     

盘卷带肋钢筋成品孔横肋α、β角的优选

分析了用高线工艺生产盘卷带肋钢筋时横肋α角、β角对横肋的充满度、钢筋成品孔的脱槽、钢筋高速运行稳定性的影响,选用α=46°、β=47°的横肋设计不仅保证了横肋的充满度,还满足了Φ6、Φ8、Φ10、Φ12mm 4种规格盘卷带肋钢筋的成品线速度分别达87～90、75～80、65～67、45～50m/s稳定运行的要求。