直管磨料射流噴頭內(nèi)流的數(shù)值模擬

全射流噴頭旋轉(zhuǎn)過程中通過靜片和動片改變進(jìn)口截面調(diào)節(jié)流量壓力,使其達(dá)到變量噴灑的效果。應(yīng)用fluent軟件,采用標(biāo)準(zhǔn)湍流模型對噴頭進(jìn)行三維數(shù)值模擬,分析了進(jìn)口邊界條件,計算不同旋轉(zhuǎn)角度下噴頭內(nèi)部流場變化,得到動靜片下游壓力隨旋轉(zhuǎn)角度的增大而增大,動靜片間軸向間隙對壓力變化影響較小,通過出口流速計算射程值與試驗進(jìn)行對比,得到試驗值與模擬值基本一致。

利用pro/e軟件建立噴嘴內(nèi)部流場的幾何模型并進(jìn)行網(wǎng)格劃分,然后利用fluent軟件進(jìn)行數(shù)值模擬并對模擬結(jié)果進(jìn)行分析。

采用可實現(xiàn)k-ε模型對4孔氧槍的一個噴孔進(jìn)行了二維流場模擬。以o2、n2和co2射流為例,通過模擬計算確定在實際煉鋼轉(zhuǎn)爐環(huán)境下3種射流的流場分布,并對比分析了3種不同氣源的射流特性,為進(jìn)一步優(yōu)化氧槍參數(shù)提供了依據(jù);模擬計算也得出了激波和膨脹波的產(chǎn)生形式。結(jié)果表明,o2和n2的射流流場分布幾乎不存在差別,而co2射流流場核心區(qū)長度比前兩射流要短,因此要達(dá)到同樣的射流流場效果,要提高co2射流的入口壓力;在實際的操作環(huán)境下,很難做到完全滿足噴孔的設(shè)計條件,產(chǎn)生了微弱的斜激波。

應(yīng)用cfd通用軟件fluent模擬了py140型搖臂式噴頭的內(nèi)流道在安裝兩種常用穩(wěn)流器和不安裝穩(wěn)流器情況下的三維黏性流場,分析了三種穩(wěn)流器情況下噴頭流量、內(nèi)流道靜壓力分布以及出口斷面平均湍動能隨進(jìn)口工作壓力的變化規(guī)律,并進(jìn)行了試驗驗證。研究結(jié)果表明不同進(jìn)口工作壓力下噴頭流量的計算值要高于實測值約11%,但兩者的變化趨勢非常一致。噴頭安裝穩(wěn)流器有助于消除內(nèi)流道中的渦流和橫向流,降低噴頭出口湍動能值,但在一定程度會增加內(nèi)流道阻力損失,影響噴頭的過流能力。此外,常用的90°出口擴(kuò)散角的圓錐形噴嘴容易在噴嘴出口附近產(chǎn)生逆流。數(shù)值模擬和試驗表明,減少噴嘴出口擴(kuò)散角可改善噴嘴出口流態(tài),提高噴頭流量。

為研究后混合水射流噴丸噴頭外流場的運動特性,應(yīng)用fluent軟件對后混合水射流噴丸噴頭外流場連續(xù)相進(jìn)行了數(shù)值模擬。根據(jù)射流的湍動特性,連續(xù)相采用三維不可壓縮穩(wěn)態(tài)雷諾時均n-s方程,湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型。分析噴丸壓力和靶距對外流連續(xù)相軸向速度和軸向動壓強(qiáng)的影響。結(jié)果表明,外流連續(xù)相水的軸向速度和軸向動壓強(qiáng)具有顯著對稱性,最大軸向速度和軸向動壓強(qiáng)均出現(xiàn)在射流軸線上。其值隨噴丸壓力的增加而增大,隨噴丸靶距的增加而減小。當(dāng)噴丸壓力為350mpa、噴丸靶距為50mm時,最大軸向速度為22.0m/s,最大軸向動壓強(qiáng)為0.24mpa。該研究為外流離散相彈丸運動狀態(tài)的分析奠定了基礎(chǔ)。

為研究多孔噴頭孔間距對射流特性的影響,采用fluent軟件中的標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型并結(jié)合壓力隱式分裂算子(piso)算法對噴頭的雙孔射流在不同孔間距及不同壓強(qiáng)下的速度分布展開研究,并對結(jié)果進(jìn)行了對比分析.研究表明:卷吸現(xiàn)象的存在對射流的發(fā)展起到很大的作用,影響卷吸效應(yīng)的兩個關(guān)鍵因素是射流出口速度和噴孔之間的距離.

為了延長噴嘴的使用壽命,提高水射流設(shè)備的使用效率,對前混合磨料高壓水射流的噴嘴結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。利用cfd軟件對幾種典型噴嘴的內(nèi)部流動進(jìn)行了數(shù)值模擬和仿真,得到了壓力分布圖、速度分布圖、紊動能分布圖及軸線上軸向速度圖等仿真結(jié)果。對仿真結(jié)果進(jìn)行了對比分析,得出了結(jié)構(gòu)型式較好的噴嘴,為耐久噴嘴的研制提供了依據(jù)。分別用3種噴嘴做了一系列的試驗,并與仿真結(jié)果進(jìn)行了對比,證明仿真結(jié)果是準(zhǔn)確的。

用傳統(tǒng)的方法計算空調(diào)列車的室內(nèi)氣流組織,通常不能計算考慮太陽輻射引起室內(nèi)負(fù)荷的再分配,計算結(jié)果具有較大的局限性.首先由monte-carlo和gebhart方法計算出了太陽輻射在各個壁面上的分配,并以此為基礎(chǔ)建立了空調(diào)列車氣流組織數(shù)值模型的邊界條件.采用雙方程模型作為控制方程進(jìn)行了數(shù)值求解,與實驗結(jié)果對照表明,數(shù)值計算所建的物理、數(shù)學(xué)模型及簡化措施是合理的.

運用k-ε紊流模型對k25型空調(diào)列車(硬座車)室內(nèi)氣流組織,主要是速度場進(jìn)行了數(shù)值模擬.采用有限單元法和交錯網(wǎng)格,將送風(fēng)氣流與車廂形狀及障礙物作為一體考慮,研究了送風(fēng)方式和送風(fēng)速度對空調(diào)列車室內(nèi)流場的影響.結(jié)果表明,送風(fēng)方式對空調(diào)列車室內(nèi)流場影響較大,而送風(fēng)速度在2～3m/s范圍內(nèi),對空調(diào)列車室內(nèi)流場影響較小.研究結(jié)果對空調(diào)列車室內(nèi)氣流組織優(yōu)化設(shè)計及舒適性評價提供了依據(jù).圖9,表1,參8

利用fluent軟件在穩(wěn)態(tài)、湍流、兩相流的條件下對后混合磨料水射流噴頭內(nèi)部流場進(jìn)行了數(shù)值模擬,并對噴頭主要幾何參數(shù)進(jìn)行了分析。研究表明,聚焦管入口收縮角α越小,越有利于流動,避免了磨料在聚焦管入口處聚集而產(chǎn)生堵塞。聚焦管出口直徑越小,磨料出口速度越大,但聚焦管出口直徑越小,混合腔內(nèi)部形成的負(fù)壓越小,不利于磨料的吸入。聚焦管出口直徑應(yīng)以水噴嘴直徑3倍左右為宜。

利用計算流體力學(xué)(cfd)方法對有擋板條件下的槳式和穿流式攪拌器槽內(nèi)流場進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。在模擬的條件下,穿流式攪拌器提高了攪拌槽內(nèi)的剪切速率,能夠增強(qiáng)槽內(nèi)流體的湍動,同時也加強(qiáng)了攪拌槽底部的流體流動。實驗和模擬都發(fā)現(xiàn)在雷諾數(shù)較低時,兩者的功率準(zhǔn)數(shù)相當(dāng),隨著雷諾數(shù)的增加有孔平槳的功率準(zhǔn)數(shù)下降。并且發(fā)現(xiàn)單層四葉有孔平槳和雙層二葉有孔平槳的功率準(zhǔn)數(shù)模擬相對誤差小于單層二葉有孔平槳的模擬誤差?？傮w來說模擬值與實驗值吻合還是較好,所以cfd方法的能夠用于穿流式攪拌器的優(yōu)化設(shè)計。

對國內(nèi)原創(chuàng)全射流噴頭組合噴灌進(jìn)行研究后,提出了一種分析處理噴頭水量分布數(shù)據(jù)以實現(xiàn)三維可視化編程的方法.研究表明,matlab語言可以方便可靠地將噴頭徑向水量分布數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)格型數(shù)據(jù),并繪制出單噴頭和噴頭組合的三維水量分布圖.通過插值疊加求出各網(wǎng)格點總降水深,求出不同組合間距系數(shù)下的全射流噴頭組合均勻系數(shù),實現(xiàn)計算結(jié)果可視化.根據(jù)模擬分析,提出了組合間距系數(shù)值:正方形布置時為1.2,各噴頭均勻系數(shù)平均值為82.4%;三角形布置時為1.5,各噴頭均勻系數(shù)平均值為85.7%.另外認(rèn)為,matlab語言編程進(jìn)行噴頭噴灑分析具有功能強(qiáng)大,方便快捷,可視性強(qiáng)等優(yōu)點,適用于任何噴頭水量分布的分析.

利用有限元數(shù)值模擬軟件fluent,采用不可壓縮流體流動的基本原理和流熱固耦合有限元方法,對鋼板控冷設(shè)備中常用的圓形噴嘴柱狀流沖擊換熱進(jìn)行模擬,得到在不同參數(shù)與邊界條件下柱狀流的換熱特性以及噴嘴出口速度、出口直徑、水溫等參數(shù)對換熱系數(shù)的影響,為鋼板冷卻過程溫度場和應(yīng)力場的模擬提供了較為準(zhǔn)確的邊界條件。

利用計算流體力學(xué)軟件fluent,采用數(shù)值模擬方法究了幅值不同的兩種波紋管傳熱狀況,發(fā)現(xiàn)幅值為4mm的波紋管的傳熱狀況優(yōu)于幅值3mm波紋管的傳熱狀況,這是由前者管內(nèi)湍流強(qiáng)度高于后者所致。同時,回歸了兩波紋管的換熱準(zhǔn)則方程,為波紋管的校核計算及工程應(yīng)用提供依據(jù)。

離心式葉輪機(jī)械的葉輪通道內(nèi)的流體流動受到旋轉(zhuǎn)效應(yīng)與曲率影響而產(chǎn)生強(qiáng)烈的二次流現(xiàn)象。二次流是葉輪通道內(nèi)流動損失的一個原因,對離心葉輪機(jī)械的性能產(chǎn)生不利的影響。應(yīng)用開源cfd軟件openfoam對旋轉(zhuǎn)情況下的90°彎曲通道內(nèi)的不可壓縮流體流場進(jìn)行三維黏性數(shù)值模擬。研究了彎曲通道在不同轉(zhuǎn)速下哥氏力與離心力共同作用對主流速度、二次流及壓力特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明:與靜止通道相比,旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的哥氏力在彎曲管段形成不對稱的二次流,使通道內(nèi)渦結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜;甚至在較高轉(zhuǎn)速下二次流方向發(fā)生反向。

用商業(yè)軟件模擬復(fù)雜層板中冷卻介質(zhì)流動特性,以粒子圖像速度(piv)測量技術(shù)獲得的實驗數(shù)據(jù),驗證所選擇的數(shù)學(xué)模型和數(shù)值方法。實驗是在確定的徑高比1及入口雷諾數(shù)4.1×104下進(jìn)行的。用驗證的數(shù)學(xué)模型及數(shù)值方法,向上下擴(kuò)展雷諾數(shù)至2.05×104及8.2×104,改變層板徑高比至0.5及2.0,模擬這兩個參數(shù)變化對層板內(nèi)冷卻介質(zhì)流場的影響。模擬結(jié)果指出:在相同的徑高比下,入口雷諾數(shù)的改變對層板內(nèi)冷卻介質(zhì)流動特性影響很小;相反在相同的入口雷諾數(shù)下,徑高比改變對層板內(nèi)冷卻介質(zhì)流動特性有明顯的影響。

采用cfd軟件對空調(diào)器多翼離心風(fēng)機(jī)風(fēng)道內(nèi)部流場進(jìn)行了三維數(shù)值模擬,根據(jù)模擬結(jié)果提出改進(jìn)方案,并對其進(jìn)行測試試驗,得出適當(dāng)增大蝸殼出風(fēng)口長度和減小風(fēng)輪與蝸殼的底部間隙,可降低噪聲2.3db的結(jié)論。

脈沖射流相對于恒定射流可較大程度提高液氣射流泵效率,利用計算流體力學(xué)軟件fluent對脈沖液氣射流泵內(nèi)部流場進(jìn)行數(shù)值模擬和分析。首先研究在脈沖射流情況下,停止工作射流后液氣射流泵內(nèi)部流場的狀況;然后對相同工作條件、不同脈沖頻率下的液氣射流泵進(jìn)行數(shù)值模擬,并研究分析各個脈沖頻率下液氣射流泵效率,得出最佳工作頻率。

我國現(xiàn)有管道經(jīng)多年的沖刷以及內(nèi)外腐蝕后,在關(guān)鍵部位如大小頭處存在一定的安全隱患,嚴(yán)重影響了管道的安全運行。本文利用cfd軟件,對輸氣管道大小頭內(nèi)流場進(jìn)行模擬,得出如下結(jié)論:(1)速度等值線在進(jìn)口段分布較稀疏,對稱位置速度變化不大,截面位置越靠上速度變化越大,同一速度等值線向內(nèi)收縮;(2)同一對稱面含水量幾乎相同,含水量在小管段靠近壁面先減小后增大;(3)大管段入口處近似不存在剪切應(yīng)力;變徑處剪切應(yīng)力等值線變密,呈逐漸增大趨勢;小管段入口處逐漸變大,而后有減小的趨勢;(4)變徑處流體沖刷作用較大,需采用耐腐蝕鋼材或適當(dāng)增加壁厚。

引射流對廚房排煙影響的數(shù)值模擬——在傳統(tǒng)的廚房抽油煙機(jī)系統(tǒng)中增加向上的引射流，可以利用引射流的卷吸作用帶動煙氣向上流動，從而達(dá)到增強(qiáng)抽油煙機(jī)排煙能力的效果。本文利用cfd技術(shù)對增加引射流的廚房排煙系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值模擬和計算。對于不同的送風(fēng)速度下所...

介紹ｎ點風(fēng)口模型用于數(shù)值模擬室內(nèi)空氣流動時描述孔板類送風(fēng)口的入流邊界條件．然后采用該風(fēng)口模型對不同的孔板風(fēng)口出流條件算例進(jìn)行數(shù)值計算，并就軸心速度衰減、射流擴(kuò)展角以及斷面流速分布等射流特性與實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比．比較結(jié)果表明，ｎ點風(fēng)口模型用于描述數(shù)值模擬室內(nèi)空氣流動的孔板類風(fēng)口入流邊界條件，可以獲得工程上足夠滿意的結(jié)果．

為簡化風(fēng)口入流邊界條件的描述,提出用n個簡單開口代替不同方向出流的百葉風(fēng)口,建立了n點風(fēng)口模型,據(jù)此模型對不同出流條件的百葉風(fēng)口射流進(jìn)行了數(shù)值模擬,并就軸心速度衰減、射流擴(kuò)展角及斷面流速分布等與實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比。結(jié)果表明,當(dāng)n=1或3時,模擬結(jié)果令人滿意。