气液脉冲两相流耦合激振数值模拟与试验

提出了一种气液耦合激振方式,通过控制气路和液路交替产生的高压脉冲两相振荡流,利用其产生的激振力实现对液压系统管道内壁的污染物去除.首先,建立了高压脉冲两相流动力学模型,开发了气液脉冲两相流试验系统,利用Ansys Fluent模块进行数值模拟与仿真分析;其次,湍流模型采用k-ε二方程模型,气液两相流采用流体体积函数(v...     

耦合超声场的气液固三相磨粒流多物理场数值模拟研究

针对气液固三相磨粒流抛光研究中流场分布不均问题,对气液固三相磨粒流中的湍流分布、湍流峰值分布、能量分布、温度分布和加工质量等方面进行了研究,对气液固三相磨粒流的抛光方法和抛光问题进行了归纳,提出了一种耦合超声场的气液固三相磨粒多物理场数值模拟方法,利用超声场的交变声压增加了气液固三相磨粒流流场的扰动,改变了流场分布。研究结果表明:不同的超声频率和声压幅值会带来不同的流场分布,其中频率为20 k Hz、声压幅值为30 k Pa的超声场所得的流场分布最优。该研究成果对气液固三相磨粒流抛光方法的推广与实际运用具有重要意义。     

轴耦合道路模拟试验台运动学耦合分析

六自由度轴耦合道路模拟试验台是一种结构复杂的串并联结构,杆系的特殊布局和结构尺寸设计,使得只有在一个或者是两个液压缸做主动运动时就能实现台架在某个自由度上的运动。但是在大行程工况下,主要驱动液压缸和其余液压缸之间存在着比较大的耦合。以轴耦合道路模拟试验台的一个角为研究对象,在逆运动学分析的基础上,对单自由度运动时各杆系之间耦合程度的大小进行了分析,得出了在不同自由度运动时主要产生耦合运动的杆系。     

叶轮偏心间隙气流激振力的数值模拟

叶轮偏心引起的叶顶间隙气流激振影响透平轮机械的安全运行,运用CFD理论研究了气流激振问题,通过Fluent软件对轴流引风机的一级带偏心叶轮的内部流场的数值模拟,计算出了该级叶轮由于叶轮偏心引起的叶顶间隙静态气流激振力,该数值模拟计算结果与理论计算结果取得了较好的一致.通过改变叶轮的叶顶间隙、偏心距以及转速,可以发现由叶轮偏心引起的叶顶间隙静态气流激振力F与叶顶间隙δ成反比,与叶轮偏心距e、转速n成正比.     

组合桨的气液搅拌的数值模拟分析与研究

对三层搅拌桨气-液两相搅拌反应器内的流体流动进行了实验研究,用Pro-E软件建立模型,利用计算流体动力学(CFD)方法对反应器内部整体气含率、局部气含率、流场流体分布及变化规律进行数值模拟计算。研究了在通入气体的条件下,桨叶搅拌速率对整体气含量的影响。结果表明,组合桨的结构对于气液流场分布特性有着关键的影响。     

液力偶合器气液界面追踪数值模拟

部分充液下液力偶合器内部介质运动为离心力场作用下的复杂两相流动,而液相分布形态对涡轮输出特性有着直接影响。为掌握偶合器内液相分布规律,将工作腔内介质运动视为分层流动,采用流体体积法(Volume of fluid,VOF)两相流模型,追踪562型标准桃形腔偶合器内不同工况下的气—液分界面。建立三维周期性流道模型,采用Realizable k-ε湍流模型和压力隐式算子分裂(Pressure-implicit with splitting of operators,PISO)压力耦合算法,并用内部面模拟泵、涡轮间的交互作用,转速比i=1.0和i=0.6时的叶片表面液相分布与文献中试验结果具有高度相似性。仿真结果表明,随泵涡轮间转差增大,气液分界面倾斜加剧,直至形成大的环流,而泵轮叶片压力面液相分布区域增大,吸力面液相减小;低挡圈(R=155 mm)对环流形态影响较小,主要起到限矩作用,而高挡圈(R=175 mm)可抑制大环流的产生。     

激振力分布与激振位置

一、前言结构的动力分析往往需要求得结构的自振频率及其相应的振型。为得到这些量值,方法之一是对该结构的简化计算模型进行动力计算。但理论计算的结果并非全都准确可靠,因为理论计算所依据的计算简图及计算模型并不能完全表达结构的全部特征,特别是结构型式与     

气冷涡轮叶片气热耦合数值模拟研究

采用气热耦合计算方法进行气冷涡轮气动性能-传热分析,这种方法无需指定对流换热系数和热流密度等经验参数,只须要给出气流与固体之间的流动换热物理条件.利用该方法对某三维涡轮导叶进行数值模拟,计算结果表明,气热耦合计算的叶片温度场更接近真实情况,针对该叶片尾缘烧蚀问题,利用气热耦合计算方法,研究了叶片尾缘冷却设计方案,通过对在尾缘开缝冷却方案的分析计算,结果表明,该设计方案可以使得尾缘最高温度下降了130K.     

输电线路风雨激振分析模型及数值分析

在分析电晕放电激振机理的基础上,基于有限单元法和Newmark积分法建立了输电线路风雨激振有限元分析模型。基于试验和数值分析方法,以输电线型号LGJ-240的相关参数为参考,分别研究了电晕放电离子风的产生及响应、电晕力和风载作用下的瞬态响应和谐响应特性。研究表明,电晕放电对舞动具有显著作用,并在特定输电线结构条件下,易于与外界风载耦合作用引起舞动。分析方法和结论可为多风雨区域的特高压输电线路设计、已有线路升级改造以及振动抑制提供必要参考。     

虹吸管道气液两相流数值模拟

为了给节水型坐便器设计提供理论依据,运用Fluent软件模拟了虹吸管道内部气液两相流动态行为,采用VOF(Volume of Fluid)模型以及RNG k-ε模型,研究了管道内部结构对虹吸性能的影响。数值模拟结果展示了虹吸管道冲水过程中气液两相体积分数、压强以及流速的分布规律,并通过冷模试验验证了数值模拟的可靠性。分析表明:1)采用气液两相流数值模拟,能够有效地对虹吸管道进行仿真分析;2)管道内负压和流速的大小与虹吸的持续时间直接相关;3)喷射口高速流出的水流形成的负压为虹吸的形成提供初始条件;4)喷射口与出口间的压差及管道内负压越大虹吸越稳定。     

基于CFD方法的超声空化发生特性数值分析

利用计算流体力学软件FLUENT对磁致伸缩超声振动仪中超声空化发生特性进行数值模拟.通过考察流场内的绝对压力、气含率以及流体速度的变化,分析了超声空化的发生特性,并分析了相关参数对模拟结果的影响.结果表明:试样振动时,试样中间区域为主要空化区域.边缘区域发生空化的概率很小,但该区域始终受到试样周边流体绕流的作用,会对试样的两个边缘产生"磨削"破坏.在次边缘区域,水蒸气泡在快速流动的过程中溃灭,因而会对试样表面造成辐射状"划痕".在影响参数中,密度和质量力的欠松弛因子的取值影响模拟结果的准确性;RNG k-ε模型对低压较敏感;非平衡壁面函数与增强壁面函数对贴近壁面处的流体压力变化更加敏感;在空化模型中,水的气化压力越高,流场内的高低压降幅越小,压力变化越稳定,而试样表面的气含率分布差异更大;不可压缩气体质量分数越大,试样表面压降幅度越小,试样表面的平均气含率越高.     

磁致伸缩仪超声空化流的三维非定常数值模拟

采用Singhal完全空化模型和SST k-ω湍流模型结合动网格技术对磁致伸缩仪超声空化流进行三维非定常数值模拟。计算结果表明,由于变幅杆高频振动,在靠近试样表面附近局部流场的压力和空泡体积组分变化具有周期性,压力波动的最低值可达到汽化压力,该局部流场可发生空化。由于空化,试样表面压力波动具有脉冲特征。压力和空泡体积组分在试样表面近似呈环形分布。在同一环形区域内,压力和空泡体积组分存在无规律断续脉动。试样表面中心区域空泡经历两次振荡后溃灭,产生强烈脉冲压力,最大脉冲压力可达约14MPa。脉冲压力在试样表面按间隔环形区域分布,且随试样振动在相邻环形区域上交替出现。在磁致伸缩仪超声空化流场中,试件表面可近似多个声波发生源,各声波传播时相互叠加和干扰。在声波传播的过程中压力衰减很快,只是在距试样表面约20mm内,压力有明显波动。     

超声空化微射流建模与仿真

为探求功率超声珩磨中空化作用产生的微射流对壁面的冲击作用,考虑液体压缩性,基于连续方程及动量方程,建立了壁面峰值压力及滞止压力公式。应用耦合欧拉拉格朗日（CEL）方法建立了微射流冲击壁面的有限元模型,并对壁面压力、壁面变形等进行了数值研究。结果表明：壁面的峰值压力、最大变形深度及最大等效应变均出现在射流冲击的边缘;铝板在微射流冲击后出现深约0.11μm的凹坑,并在凹坑边缘有材料隆起;壁面塑性变形主要发生在冲击前期,等效应变呈环形分布。空化微射流的冲击有利于材料的去除。     

基于AMESim的一种新型气、液耦合能源系统仿真分析

采用AMESim液压仿真软件建立了一种气、液耦合挤压式能源系统仿真模型,重点分析了该类系统初始储气压力、储气容积等参数对该类能源特性的影响,并对全伺服系统AMESim模型进行了系统级仿真分析,为该类系统提供了一种有效的设计方法。     

气液联合式碎石器气穴控制分析

针对气液联合式碎石器内部出现的气蚀问题,在建立基本控制方程及质量输运方程的基础上,根据碎石器结构原理同时参考主机液压系统管路布置,搭建了包含动力系统及控制系统的整机AMESim仿真模型。之后,基于影响气穴的参数类型及对应取值范围设计了正交试验方案,并进行了仿真分析,获得了提高活塞后腔最低压力的最优水平组合。最后,对于集中参数模型无法反映流体质点运动空间的不足,进行了CFD模型与AMESim输出最优参数组合的联合仿真,并和AMESim模拟结果进行了对比。结果表明:活塞后腔出现最低压力的时刻与活塞运动至下死点的位置完全对应,这也与实际工程中出现气蚀真相的位置十分吻合;活塞前腔杆径是影响最低压力的主要因子,同时最低压力与杆径及蓄能器初始容积都呈负相关、与蓄能器压力正相关,与工作压力没有表现出明显的相关性;采用最优水平组合时,AMESim计算得到的最低压力为2.29 MPa,而CFD仿真获得的最低压力为1.016 MPa,其远高于工况条件对应的空气分离压。     

模具异型腔内超声空化特性的仿真研究

为进一步研究超声波对模具异型腔内气液混合相的作用,有效提高抛光效果,本文基于CFD,应用软件FLUENT6.3建立模具异型腔内超声抛光的模型。运用k-ε模型、气液两相流空化模型,模拟计算出模具异型腔内抛光介质在低压区的分布以及空化气泡的形成区域及其形成机理,确定了一定的空化现象的发生将有助于提高超声波抛光的精度。     

空化水喷丸工艺中空化行为的数值模拟与验证

空化水喷丸工艺是用于金属材料表面改性的一项新技术,该工艺中的空化行为涉及高速、高压、相变、湍流、非定常特性等复杂多变情况,对该工艺中的空化行为及冲击压力场分布规律的探索一直是该领域的重点和难点。利用FLUNET6.3流体计算软件对淹没式空化射流中喷嘴内外的流场特性进行模拟分析,获得流场内的速度、静压和汽含率分布规律,同时使用Fujifilm压敏纸对空化水喷丸工艺中沿空化射流方向上的冲击压力场的分布规律进行试验测定。研究结果表明空化水喷丸工艺中的淹没式空化射流在缩放型喷嘴内外形成剧烈的空化现象,空泡群溃灭瞬间产生的冲击波压力高达300 MPa以上。     

环形激光诱导空化泡的数值仿真分析

激光诱导前向转移技术是一种有效的物质传输手段,但在单细胞传送时,存在传送精度低等问题.提出将环形空化泡运用在激光诱导前向转移技术上,进而解决物质传送精度差的问题.利用有限元数值仿真分析方法,探究环形激光诱导环形空化泡的生长溃灭过程.并对其流场中不同方向的速度场进行了分析,发现了环形空化泡膨胀初期对环外部溶液的推动阻隔效...     

功率超声珩磨空化试验分析

功率超声珩磨加工过程中会发生空化现象,为探究空化对被加工材料表面的影响,进行超声珩磨空化正交试验并针对凹坑最大直径、表面侵蚀率、表面粗糙度三个指标进行试验分析,这三个指标可分别表征单泡溃灭强度,整体空化强度及空化对材料表面质量影响,结果表明：空化造成材料表面微小凹坑,影响凹坑最大直径的主要因素依次为距离和振幅,距离越小,振幅越大,则凹坑最大直径越大;影响表面侵蚀率的主要因素依次为试验时间和距离;而振幅则对材料表面粗糙度的影响最大,在距离5 mm、振幅65%、试验时间1/3 min条件下,试样表面粗糙度降低,表面质量提高。因此,在一定条件下,空化效应有助于改善超声珩磨中工件表面质量,试验分析结果对超声珩磨实际加工具有借鉴意义。     

滑阀V形阀口漩涡空化数值仿真分析

使用大涡模拟法(LES)模型、Mixture多相流模型及Schnerr-Sauer空化模型对滑阀V形阀口空化流场进行了数值仿真模拟。分析了V形滑阀在不同出口压力下的速度云图、压力云图和空穴形状,讨论了其中空化产生机制。结果表明:V形滑阀中空化主要分布在阀口上半部分和阀口后的阀腔中,阀口中的空化由流体漩涡运动的低压引起,阀腔中的空化由流体漩涡运动造成的压力脉动引起;无空化时阀腔中各处压力脉动主频一致,主频随入口压力降低而增大,空化出现后会破坏压力脉动的周期性。