LNG加气站低温截止阀内部流场数值模拟研究

从目前LNG加气站在设计、建造及使用过程中低温截止阀的关键作用出发,以DN65低温截止阀为研究对象,通过对其内部流道关键尺寸进行实体测绘,随后使用Solid Works软件对其进行三维建模,并利用Fluent软件,以其在LNG加气站管道中的实际工作条件作为流场分析的边界条件,对其LNG液体流经该截止阀时的内部流场压力分布和LNG流体在其内部的流动情况进行了数值模拟研究,研究结果为后期的LNG管道的管路特性分析、LNG加气站管路布局的优化设计和潜液泵的选型提供了理论依据。     

船用法兰铸钢截止阀流通特性分析和结构优化

以DN65船用法兰铸钢波纹管截止阀为例,应用Flow-Simulation软件对其在全开状态下进行流阻系数有限元分析,模拟流场特性,计算流阻系数和流量系数,并依据GB/T30832对其进行实验验证,二者结果相吻合,表明数值模拟计算和方法正确.根据流场云图发现,阀体是影响阀门流阻系数和流量系数的关键因素.分析阀体流道结构对介质流动影响的同时,在阀体结构长度不变的情况下优化阀体流道结构,降低两端压力损失,进而大幅度地降低船用法兰铸钢波纹管截止阀流阻系数,提高流通能力,并通过实验进一步验证,这对阀门的优化设计尤其对直通截止阀具有重要意义.     

流体压力损失法检测电潜泵叶轮缺陷的研究

电潜泵的主要能量损失由水力损失引起.由于铸造工艺的限制,部分铸渣常会驻留叶轮流道造成局部阻塞,使附加水力损失加大,泵效严重降低.采用流体压力损失法研究了叶轮缺陷检测的可能性,在模拟叶轮的实际工况条件下,采用空气作为流动介质,依据附面层理论分析流道阻碍物产生的局部阻力和压力损失,通过流体压力损失法检测叶轮流道结构缺陷.理论分析和实验测量结果表明,该方法快速有效,对复杂小尺寸叶轮机械水力结构的缺陷检测具有一定的启示作用.     

流体压力损失法检测电潜泵叶轮缺陷的研究

电潜泵的主要能量损失由水力损失引起。由于铸造工艺的限制,部分铸渣常会驻留叶轮流道造成局部阻塞,使附加水力损失加大,泵效严重降低。采用流体压力损失法研究了叶轮缺陷检测的可能性,在模拟叶轮的实际工况条件下,采用空气作为流动介质,依据附面层理论分析流道阻碍物产生的局部阻力和压力损失,通过流体压力损失法检测叶轮流道结构缺陷。理论分析和实验测量结果表明,该方法快速有效,对复杂小尺寸叶轮机械水力结构的缺陷检测具有一定的启示作用。     

高粘度流体截止阀开度优化模拟研究

市场现有的截止阀不能很好地应用于高粘度流体领域,为此提出了一款常闭式电磁驱动截止阀,同时对截止阀的开度进行了初步设计。为了进一步优化其结构和性能,采用计算流体力学方法模拟分析截止阀的内部动态流场。通过Solidworks软件对截止阀结构进行三维建模,并采用Fluent软件动网格技术结合外部自定义函数(UDF)程序的方式来定义阀芯的运动,以此实现对截止阀芯关闭过程的模拟。以阻力系数和压降等指标为判断依据,分析了截止阀在关闭过程中的流场分布情况,得出开度设置为3. 5 mm时既能保证过流量又能优化驱动结构。另外,通过优化截止阀杆的形状,削弱了内流场的湍动能,进一步减小了介质的过流阻力。研究为高粘度流体截止阀的设计与选用提供了参考。     

大流量下动静干涉对离心泵叶轮做功的影响

采用基于切应力输运模型(SST)的尺度自适应模拟方法对离心泵内部流场进行数值计算,研究大流量下动静干涉对内部流动的影响.从叶轮做功着手分析叶轮流道做功、流道表面做功及压力分布情况,进而分析内部流场的变化情况.数值计算结果经过试验验证及网格无关性验证,分析结果表明:在隔舌前部流速大、压力低,当叶轮流道经过该位置时,径向速度增大,流道内压力降低,此时该流道对流体做功减小;当流道旋转经过隔舌进入隔舌下游区域时,蜗壳内压力骤增,处于隔舌下游的叶轮流道过流量减小,压力增大,流道对流体做功增大.     

井内瞬态波动压力分析

本文用混合隐式特征线法求解了井内流道中的瞬态波动压力问题,给出了弹性管和可压缩流体在井内各流道组合的压力波波动方程和定解条件。文中对运动管柱(钻柱,套管)在常规井身结构内的各流道组合进行了合理的划分,得出了各种情况下瞬态压力的数值解。本文瞬态波动压力计算结果比过去通用的稳态波动压力计算值更符合井内实际,因此用本文的方法能更准确地计算井内波动压力及确定合理起下钻速度。     

突扩断面流道压力损失分析

突扩断面流道是各类液压元件的基本结构形式,流体流经突扩断面流道时将产生压力损失,现有设计资料往往将这类压力损失视为与雷诺数(Re)无关的常值。采用理论分析方法,将流体流经突扩断面的总压力损失系数分解为近似理论值、与突扩断面对上游流速扰动对应的压力损失系数、与上游流道实际壁面摩擦对应的压力损失系数、与下游流道实际壁面摩擦对应的压力损失系数以及与突扩断面两侧压差对应的压力损失系数等5个组成部分;采用CFD模拟方法,研究了Re对总压力损失系数的影响规律。结果表明,存在临界雷诺数Re_(cr),当实际Re低于Re_(cr)时,总压力损失系数不再是一常值而随Re反比变化;在低Re时,与突扩断面两侧压差对应的压力损失系数是总压力损失系数的主要成分;而在高Re时,近似理论值及与下游流道实际壁面摩擦对应的压力损失系数是总压力损失系数的主要成分。提出的理论分析方法及数值模拟结果可为各类液压元件中过液孔道的结构优化奠定有益基础。     

多孔介质电渗泵的数值仿真与性能分析

电渗驱动微泵是一种新型的电动力式微泵,其输出压强高,流量可调范围宽,可用于微通道冷却系统中。建立了多孔介质电渗泵电渗流的数学模型,并对其性能进行了分析。根据双电层模型与电渗泵的控制方程,得出电渗流的近似解析模型,求出最大流率与压力。利用MEMS数值仿真软件CoventorWare对电渗泵模型进行求解分析,得到电渗泵流场和压力场的分布;对其特性进行分析,研究电场强度、溶液浓度和微流道孔径及其流道长度对电渗泵性能的影响。结果表明,在电渗驱动下,微流道中的流体流动速度与电场强度及微流道表面静电势成正比;流体速度与微通道长度成反比,与孔径无关。     

基于FLUENT的节流管式调节阀结构优化

应用三维建模软件Pro/ENGINEER对节流管式调节阀进行了实体建模,抽取阀门内部流道,采用前处理软件ICEM-CFD划分流道的计算网格.应用计算流体力学软件FLUENT对阀门流道进行三维数值模拟,得到节流管端面处的压力分布,并通过二次计算得出阀门电机功率.在此基础上,对阀门流道进行优化,通过对比分析不同流道对应的阀门电机功耗,得到了更为理想的节流管式调节阀结构尺寸.     

内检测器调速旁通阀流场特性仿真

旁通阀是内检测器实现速度控制的关键部件,其直接决定内检测器的运行安全及检测精度。为实现旁通阀结构最优化,进而制定合理的速度调节策略,本文通过数值模拟的方法研究了流体介质通过不同结构旁通阀时所具有的流场特性。仿真结果表明：当流体介质通过厚孔式旁通阀时,旁通孔前后压差、压力损失系数与泄流面积均成反比,且与理论计算值趋势一致且误差逐渐递减;当流体介质通过厚孔圆盘式旁通阀时,旁通孔前后压差与泄流面积成反比,而压力损失系数与泄流面积成正比;当流体介质通过转动式旁通阀时,旁通泄流尺寸越大,前后压差和压力损失系数均减小,与厚孔式旁通阀规律一致。可见,旁通阀前后压差与泄流面积呈绝对反比关系,而压力损失系数不仅受泄流面积影响,还与旁通阀自身结构有关。     

固定锥形阀特性参数及流动特征的仿真分析

固定锥形阀应具备良好的水力特性以满足管线系统中不同工况的调流和消能要求,以DN1200锥形阀为研究对象,利用计算流体力学(computional fluid dynamics,CFD)方法分析不同开度下的稳态工况及开、关阀过程的瞬态工况,通过对比流量系数、流阻系数、排放系数、汽蚀系数、消能率等阀门特性参数及套筒闸的动静态不平衡力和阀内流场分布等,全面分析了固定锥形的水力特性。结果表明,流量系数和排放系数具有较好的线性特性,其过流能力随开度增大而线性增加。流阻系数和消能率曲线的变化趋势相同,小开度时对水流的流动阻碍和能量损耗作用明显,开度增大后流阻系数和消能率迅速减小。汽蚀系数表征实际工况中的汽蚀可能程度,在设计流量工况下,各开度对应的汽蚀系数呈抛物线变化趋势。另外,由于流动和启闭同在轴向,故套筒闸主要受到轴向的不平衡力;稳态不平衡力与水流方向相同,而开关阀过程的瞬态不平衡力均与水流方向相反,且关阀力略大于开阀力。最后,分别以各开度下的压力、流速、湍动能和湍流耗散率等流场分布对固定锥形阀的流动规律进行说明。     

壁面粗糙度对直升机粒子分离器性能影响的数值研究

采用计算流体力学方法,通过不同壁面粗糙度布置,对直升机粒子分离器无叶片三维流道进行详细的模拟分析。结果表明:壁面粗糙的变化对分离效率影响较小,但会导致流道总压损失的增大。靠近流道出口壁面对流道损失的影响要比靠近进口处大,其中对主流道总压损失影响最严重的是主流道的外壁面。不同的粗糙度分布,对流场的影响也不一样;而且壁面的粗糙度对近壁面流场有影响,还会通过累积影响到远离壁面的流场。     

爆破针型泄压装置力学行为模拟分析

以细长压杆失稳的欧拉定律作为核心工作原理的爆破针型泄压阀,作为一种不同于传统安全阀和爆破片的新型泄压装置,在中国石化行业的应用尚在起步阶段。应用计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)方法,开展了针对爆破针型泄压阀的数值模拟分析,考察不同进口压力下爆破针型泄压阀的泄放过程,获得了阀腔内部流场的漩涡形态、压力场以及速度场分布图,计算了不同进口压力下阀门的泄放量,对阀瓣在介质流场作用下的动态特性进行了分析,并研究了阀盖在阀瓣冲击作用下的疲劳寿命,为不同类型爆破针阀的结构优化、不同工况下的选型和应用,及后续深入研究提供了理论依据和参考。     

再生冷却结构参数对煤油流动换热的影响及优化

为揭示冲压发动机燃烧室再生冷却结构参数对煤油流动换热的影响,实现对结构参数的优化,以单根再生冷却通道为研究对象,在通道总数一定的情况下,分别对RP-3航空煤油在不同内壁厚度、肋片厚度及高度的通道中流动换热进行了数值研究,发现薄内壁的通道冷却效果好,流动压力损失稍大;厚肋片的通道冷却效果好,但压力损失随肋片厚度的增大而急剧增大;随着高度增大,冷却效果变差,但流动压力损失急剧减小;3种结构参数对油温的影响都很小。分别对影响机理进行了理论分析,在此基础上,为得到一种对流换热效果尽可能好以及流动压力损失尽可能小的冷却通道,利用Workbench平台的目标驱动优化工具,采用遗传算法对冷却通道进行优化设计,经校验,优化后的通道满足设计目标。     

迷宫式蒸汽调节阀的级数计算方法研究

结合流体力学和热力学理论分析了蒸汽通过迷宫式调节阀的节流过程,推导出了适用于蒸汽工况的级数理论计算公式,并采用数值模拟方法分析了扩张系数和串并联结构对迷宫流道的级数计算及内部流动的影响规律。研究结果表明：在相同工况下,扩张系数越小,需要的级数越多;级数越多,压降曲线越平稳、平均流速越小、过热度越高,即节流过程越安全;在级数满足降压需要的条件下,串并联结构能有效降低迷宫流道的出口动能和马赫数。采用本文推导的理论公式计算得到的级数与实际值接近,且该公式对串联和串并联结构的迷宫流道均适用,可为迷宫式蒸汽调节阀设计过程中的级数计算提供参考。     

船用柴油机阻燃式防爆阀的压力降分析

提出一种阻燃式防爆阀的压力降分析方法.通过分析阻燃式防爆阀的结构和工作原理，建立了数值分析模型.借助计算流体力学技术，分析了不同的入口温度和入口压力对阀内压力分布的影响.结果显示，入口温度对阀内压力分布的影响不大，入口压力对阀内的压力分布有影响.拟合不同入口压力时基本单元截面的压力值，得到各截面的压力与入口压力、基本单元数的函数关系.该函数关系能够有效地反映阀内的压力降趋势，计算出各基本单元截面的压力值，从而可以指导具体的阻燃式防爆阀的设计.     

Cavitation Bubble Luminescence in Cone-Type Throttle Valve

In light of the light emission from cavitation bubbles under certain conditions, the phenomena of the cavitation bubble luminescence in the hydraulic cone-type throttle valve is focused in this paper. Firstly,the software of automatic dynamic incremental nonlinear analysis( ADINA) is applied to studying the flow field of the flow channel of the cone-type throttle valve. And the pressure distribution of the valve flow channel is obtained. The easyhappening area of cavitation in the cone-type throttle valve is also found out by ADINA. Then,the experimental research on the conetype throttle valve is carried out in this paper. The changing law of the hydraulic oil temperature in the corresponding region under different system pressure and the backpressure condition are experimentally researched. The relationship between the luminescence intensity and the cavitation intensity,the pressure,and the temperature are also studied. Finally,a summary of the causal relationship between the luminescence and cavitation in the cone-type throttle valve,the cavitation effect on the hydraulic oil temperature,and the method for the inhibition of cavitation bubble luminescence are presented. The results show that the light intensity increases with the increase of the cavitation intensity,and the luminescence can be inhibited by the increase of backpressure.     

智能分注系统中流体波码信号的传输机理

流体波码通信用于分层注水智能监控系统,但其流体压力信号的产生与波码传输的机理一直不明。基于稳定流的流体能量方程建立流体压力信号的产生与传输过程的数学模型,研究地面电控阀及井下配水器产生的压力信号及影响因素,揭示信号在注水管中的传输机理。研究表明,地面及井下压力信号的产生来自于地面阀及井下配水器开度改变引起的流量变化,压力信号幅度受流体、输水管网、注水管或井筒参数、流体装置结构及流体控制参数的影响;信号沿注水管的传输为电控阀开度改变引起流量变化的诱导;注水管长度对地面信号的下传基本无影响,但对井下信号的上传有一定影响。数值计算表明,注水管最大流量及电控阀阻力系数的变化量对压力信号幅度的影响很大,较大的流量及阻力系数的变化量可以产生较大的信号幅度,有利于信号的传输及信号的检测与处理。该研究对于流体波码通信系统的设计与性能改善具有一定的理论指导作用。