凝结水泵三维流场数值模拟与分析

为深入理解和分析电站凝结水泵性能,采用计算流体力学方法(CFD)对其内部复杂的三维流场进行了数值模拟与分析.首先,建立了某三级凝结水泵各部件几何模型,并对其进行网格划分.通过求解RANS方程对凝结水泵内部三维流场进行数值求解,湍流流动采用SST模型进行模拟.计算得到该泵若干工况下的扬程和功率等性能参数和泵内部流动特征,计算结果与试验数据吻合很好.模拟结果及分析表明:采用CFD方法模拟结构复杂的凝结水泵内部流动和进行性能预报是可行的.通过内流场分析还发现导叶体等部件的设计有可改进之处.     

涡轮阻尼器叶片区瞬态流动及 压力脉动特性研究

为了获取涡轮阻尼器叶片区液体压力的脉动特性,首先采用CFD数值计算和试验验证的方法,提取了某型涡轮阻尼器工作时液体瞬态流动特性参数;,然后,分析了叶片迎水面及背水面流场压力脉动规律。研究结果表明:内流场瞬态的漩涡和流动分离,造成内部压力分布不均,且呈周期性变化;泵轮叶片迎水面和背水面压力脉动的频率为叶轮转频的倍数值,主频为单倍叶轮转频。利用某涡轮阻尼器样机开展了相应的试验验证,试验结果与CFD分析计算结果吻合较好,验证了理论分析的正确性。     

叶片数对无轴泵喷推进器性能的影响

为丰富无轴泵喷推进器噪声性能优化理论,研究了叶片数对无轴泵喷推进器性能的影响,重点探究了不同叶片数下无轴泵喷推进器内的压力脉动变化规律。基于计算流体力学中的有限体积法离散RANS方程,应用RNG k-ε湍流模型封闭计算模型,采用SIMPLEC进行压力-速度耦合,对不同叶片数下的无轴泵喷推进器内部流场进行了非定常数值模拟计算,并对计算结果进行了详细的对比分析。研究结果表明：随叶片数的增加,无轴泵喷推进器模型的扬程、效率和推力均逐渐增大,叶片表面压力分布更加均匀,叶轮轮缘和中部的压力脉动均明显降低,叶轮进出口主频处的压力脉动幅值从轮缘向中心逐渐减小。     

舰船推进系统液力偶合器滑差变化规律分析

研究了将液力偶合器滑差特性用于舰船推进系统稳态特性分析和机-桨联控曲线设计,由此发现滑差变化规律.分析了两种正常工况和五种应急工况下的"船-桨-机"匹配稳态特性以及用液力偶合器滑差所做的主机负载判别.有关滑差的主要研究结果有:按螺旋桨特性工作时,液力偶合器滑差的大小既取决于船体阻力特性(它决定了螺旋桨负载特性),又受液力偶合器自身的"效率-转速"相关性(运转特性)的影响.     

CFD在高速滑行表面性能预报中的应用

针对滑行表面数值预报结果中船底出现异常水气分布的问题,基于三种常用CFD软件FLUENT、CFX及STAR-CCM+研究了VOF界面插值格式、网格类型及数目等因素对滑行表面性能数值预报的影响,并提出相应改善数值计算模拟的具体措施。研究表明:基于相同的结构化网格及计算设置时,采用几何重构界面插值格式预报滑行块的阻力及底部水气分布上最为准确,CICSAM格式次之,修正HRIC格式最弱。通过选择合理的网格类型及网格数目也可以改善滑行船体性能预报精度。CFX采用四面体网格,STAR-CCM+采用多面体网格可以较为准确预报滑行艇体的流场和阻力。建议在滑行艇的阻力及流场预报中采用几何重构的VOF界面插值方式,选择合理的网格类型并进行适当的网格加密可以提高水气界面捕捉的精度,减小阻力预报的误差。     

警用脉冲防暴水炮新型喷嘴内部流场的大涡模拟

根据新型喷嘴的结构特点，构建了喷嘴的物理模型和数学模型，并采用Fluent6．2．16软件中的LES模型对喷嘴流场进行数值计算。模拟结果表明：射流进入喷嘴收缩段后会发生强烈的剪切作用，引起流场速度和压力的急剧变化。收缩角对喷嘴内部流场的影响较大，本模型中收缩角优化值取30°，圆柱段长度对喷嘴内部流场也存在影响，本模型中该长度优化值取32mm。     

基于转子固有频率的涡轮泵故障检测方法

为了有效地检测液体火箭发动机涡轮泵的故障,分析了某型液体火箭发动机的28次历史试车数据,得到了涡轮泵转子的一阶、二阶和三阶临界转速以及轴向固有频率的数值,研究了这4个转子固有频率幅值的稳定性及对涡轮泵故障的敏感性,得出了它们具有较强的稳定性和故障敏感性的结论。在此基础上,提出并验证了基于转子固有频率的涡轮泵故障检测方法。结果表明,基于转子的一阶、二阶和三阶临界转速以及轴向固有频率幅值能有效地检测涡轮泵的故障。     

叶轮几何参数对漂浮潜水泵外特性的影响

为了研究叶片数和包角对漂浮潜水泵外特性的影响,基于Pro/E软件建立了漂浮潜水泵内部流场模型,利用Fluent对其内部流场进行数值模拟,探讨了不同叶片数和包角对漂浮潜水泵外特性、内部流场、叶片受力和速度分布的影响。结果表明:随着叶片数增加,效率曲线的高效区向大流量方向不断扩展;扬程曲线随着包角的增大而变得陡峭;效率曲线的极值点随着包角的增大向小流量方向移动,且高效区的范围不断缩小;存在工况最优的叶片数和包角。研究结果可为优化叶轮几何参数、改善内部流场分布和提高泵效率提供一定参考。     

坦克排气流场三维数值计算研究

应用FLUENT软件对某型号坦克排气管三维流场进行了CFD分析,采用标准k-ε湍流模型,应用SIMPLE算法对排气流场进行了数值计算,并将计算结果与测试结果进行对比。研究结果表明,排气出口计算值与测试值的相对误差小于7%,所使用的数值计算方法可用于排气流场的数值计算及分析,基本满足工程设计的需要。     

钝体高超声速气动加热与结构热传递耦合的数值计算

气动加热与结构热传递耦合问题在航天和工程应用领域非常重要。分别采用松耦合与紧耦合方法,数值模拟了高超声速二维圆管绕流的流场与结构传热耦合的非定常过程。在紧耦合方法中,流场部分采用基于Navier Stokes方程的有限体积法,将AUSM+格式与时间方向的显式多步Runge Kutta法结合;结构传热部分采用基于二维热传导方程的Galerkin有限元法。流场与结构区通过交界面的热流和温度边界条件实现耦合。计算结果分别与实验、文献做了对比,结构内部温度变化关系以及壁面的热流分布均较好地吻合。两种耦合方式的计算结果对比表明,对于流场特征时间远小于结构传热特征时间的问题,松耦合方法计算效率高,精度与紧耦合方法接近。     

多级轴流式压气机典型工况下的三维流场数值分析

以某型3.5级轴流式压气机前1.5级为研究对象,对其内部流动进行了全工况的数值模拟。重点分析了设计转速下设计点、近最高效率点、近失速点、近堵塞点四种典型工况的流场,通过流场分析了失速机理并对"阻塞"现象给出了解释。计算结果表明:该数值模拟方法能够较好地预测压气机的总体性能,也可以推广到多级轴流叶轮机械的全三维流场计算中。     

网格参数与离散格式对潜艇阻力预报精度的影响

借助于计算流体力学软件,生成了2组不同网格数量和壁面Y+值的网格模型,并对潜艇周围流场进行了数值模拟,得到了不同航速下的潜艇阻力,然后结合试验数据进行了对比分析。研究发现:一阶精度离散格式的阻力计算结果误差过大不可信,而对于不同的离散格式,网格的细化都能提高计算精度;当网格模型壁面Y+值控制在200以内且采用二阶精度离散格式计算时,较稀的网格模型也能得到误差小于3%的计算结果。     

基于静叶不同安装角的增压锅炉烟气涡轮多叶片通道数值模拟

基于定常假设,运用Fluent软件,利用混合平面模型传递级间参数,对静叶不同安装角下的烟气涡轮多叶片通道流场进行了数值计算,得到了温度、压力、出口速度和马赫数等参数的变化规律,绘制了静叶不同安装角下各种参数的体积加权平均XY图。     

泵喷宽带非定常激振力预报与参数分析

为预报泵喷推进器转子与湍流互作用宽频非定常激振力,在Sears函数的基础上,考虑随机湍流波的影响,推导了螺旋桨宽频非定常激振力预报公式,并与实验值对比验证了该公式。进一步考虑泵喷推进器转子工作在前导叶尾流场的情况,通过Gauss尾流模型建立叶片尾流湍流波数谱,通过经验公式计算叶片尾流场参数。推导得到泵喷推进器转子宽频非定常激振力预报公式,通过公式计算得到的宽频非定常激振力与数值计算结果相近。分析了流场参数的变化对推进器转子宽频辐射噪声预报结果的影响。研究得到,湍流强度只影响宽频非定常激振力预报结果的幅值,湍流积分尺度对幅值和频谱形状都有较大的影响。     

空化射流喷嘴流场的数值模拟

根据角形喷嘴结构特点,建立了喷嘴的物理模型和数学模型.选用к-ε紊流模型,并采用SIMPLEC算法进行数值计算.模拟计算表明,射流进入扩散段后与周围介质发生强烈的剪切作用产生明显的负压,有利于空化气泡的产生.扩散角对喷嘴内部流场影响较大,存在最佳值30°;扩散段长度对喷嘴内部流场也存在影响,初始取值为12 mm;圆柱段长度对喷嘴内部流场影响较小,其取值有一范围2～10 mm,初始取值为4 mm.采用相关的实验数据验证了本模型的可行性.     

基于STAR-CCM+的全附体潜艇尾流场数值分析

为充分了解潜艇周围的粘性流场特征,基于STAR-CCM+仿真软件对SUBOFF全附体模型的尾流场进行了数值模拟。通过将数值模拟结果与试验结果进行比较,系统分析了棱柱层网格的划分与湍流模型的选取对计算结果的影响。结果表明:SSTk-ω模型较适合应用在潜艇模型尾流场计算中,并且棱柱层的总厚度不能小于15mm,第一层计算网格节点到表面的无因次距离y+应在25到170之间。在此基础上,应用滑移网格技术对潜艇尾流场进行数值模拟,通过加密网格和减小时间步长使得轴向伴流分数与整体定常计算值吻合较好。     

涡轮泵实时故障检测的时间编码信号处理方法研究

为了提高液体火箭发动机涡轮泵实时故障检测的有效性,通过取消对胞元长度限制和提出新的编码计算方法,提出了一种改进的时间编码信号处理方法,并将其应用于涡轮泵振动信号的实时特征提取.通过正常和异常涡轮泵历史试车稳态过程的振动数据对该方法的稳定性和故障检测有效性进行了验证,结果表明,基于时间序列编码的信号处理方法可以有效提取故障特征,可用于涡轮泵故障的实时检测.     

油—水—砂三相水力旋流器流场数值模拟研究

采用计算流体力学软件FLUENT 6.3对水力旋流器内的流体流场、流动结构和颗粒运动过程进行了数值模拟研究,分析了三维速度分布、压力分布、流体流动结构以及颗粒运动轨迹等内部流场特性.模拟结果表明:内旋流压力较低,外旋流压力较高,其中在轴心空气柱区域压力最低,进口部位与管壁的压力几乎处在同一等值线上;对速度场模拟后发现,...     

基于不同叶片数目比的烟气涡轮多叶片通道数值模拟

基于定常假设,利用混合平面模型传递级间参数,运用Fluent软件对不同静动叶片数目比下的烟气涡轮多叶片通道流场进行了数值计算,得到了温度、压力、出口速度和马赫数等参数的变化规律,绘制了不同静动叶片数目比下各种参数的体积加权平均XY图,并通过数值分析确定了静动叶片最佳数目比为50∶74,最佳静叶安装角为35°。结果表明:叶片数目增减和静叶安装角的变化对烟气涡轮整体性能的影响须考虑多种因素,并不能以单一参数的变化来决定最佳叶片数目和静叶安装角。该结论可为烟气涡轮现有装备的科学管理和技术改进提供理论依据。     

管内高压气体冲击静态液柱的CFD模拟

为可视化内部流场,采用Fluent软件对警用脉冲防暴水炮炮管内高压气体冲击静态液柱的过程进行了三维数值模拟,得到了重力作用和无重力时的三维气液界面形状,分析了不同时刻管内的速度和压力变化情况,将压力模拟值与理论计算值进行了比较分析.从模拟结果可以看出,重力对于界面形状影响较大,液柱加速过程开始呈线性增加,当t>0.01...