基于OpenFOAM旋轉(zhuǎn)彎曲通道內(nèi)流動(dòng)數(shù)值模擬

對低碳鋼等徑彎曲通道變形進(jìn)行了數(shù)值模擬,并分析了它的顯微組織.通過有限元數(shù)值模擬,獲得了低碳鋼成形等徑彎曲通道變形載荷的變化規(guī)律和等效應(yīng)變分布規(guī)律.載荷模擬結(jié)果表明,摩擦因子越大,變形載荷也越大,當(dāng)摩擦因子為0.408時(shí),其成形載荷約為無摩擦?xí)r的21倍,載荷數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相吻合.此外,結(jié)合所揭示的等效應(yīng)變分布特點(diǎn),對一道次等徑彎曲通道變形后試樣橫截面上的微觀組織分布進(jìn)行了分析,表明下表面處的材料晶粒細(xì)化程度比上表面處的大,因此這種分布特點(diǎn)與等效應(yīng)變分布是相互一致的.

對旋轉(zhuǎn)矩形通道內(nèi)的湍流流動(dòng)和換熱進(jìn)行了直接數(shù)值模擬.非穩(wěn)態(tài)n-s方程的空間離散采用二階中心差分法,時(shí)間推進(jìn)采用二階顯式adams-bashforth格式.分析了旋轉(zhuǎn)對通道截面上主流平均速度、截面流速以及截面平均溫度的影響,結(jié)果表明:在不考慮離心力的作用時(shí),隨旋轉(zhuǎn)數(shù)的增大,管道截面的平均速度減小,平均湍動(dòng)能減小,與靜止時(shí)相比,旋轉(zhuǎn)數(shù)為1.5時(shí)平均湍動(dòng)能減小了33%;在考慮離心力的影響時(shí),對于徑向旋轉(zhuǎn)軸向出流,平均速度增大,平均湍動(dòng)能增大,而對于徑向旋轉(zhuǎn)軸向入流,結(jié)果相反.在旋轉(zhuǎn)數(shù)為1.5時(shí),與不考慮浮升力相比,對于徑向旋轉(zhuǎn)軸向出流,平均湍動(dòng)能增大了17%,而對于徑向旋轉(zhuǎn)軸向入流,平均湍動(dòng)能減小了43%.

結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際,針對大口徑蝶閥,運(yùn)用商用流體計(jì)算軟件fluent,對其不同開度情況下的流場形式進(jìn)行了三維數(shù)值模擬分析。特別是根據(jù)分析結(jié)果對大口徑蝶閥結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)。分析表明,改進(jìn)后的蝶閥性能明顯提高,流阻系數(shù)明顯降低,對閥門優(yōu)化設(shè)計(jì)有著積極的借鑒作用。

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(dòng)能隨進(jìn)口工作壓力的變化規(guī)律,并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。研究結(jié)果表明不同進(jìn)口工作壓力下噴頭流量的計(jì)算值要高于實(shí)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(dòng)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(yàn)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。

利用計(jì)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(shí),回歸了兩波紋管的換熱準(zhǔn)則方程,為波紋管的校核計(jì)算及工程應(yīng)用提供依據(jù)。

在雷諾數(shù)re為6000,旋轉(zhuǎn)數(shù)ro為0~0.26內(nèi),數(shù)值模擬了旋轉(zhuǎn)光滑徑向出流通道的內(nèi)流動(dòng)與換熱分布,分析了哥氏力對旋轉(zhuǎn)管流的作用機(jī)理。計(jì)算結(jié)果表明,切向哥氏力推動(dòng)了通道截面內(nèi)的雙渦二次流,徑向哥氏力則使得近側(cè)壁流體加速和中心流體減速。換熱計(jì)算結(jié)果從定性趨勢上吻合公開文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,反映了旋轉(zhuǎn)附加力的基本影響規(guī)律。

用商業(yè)軟件模擬復(fù)雜層板中冷卻介質(zhì)流動(dòng)特性,以粒子圖像速度(piv)測量技術(shù)獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),驗(yàn)證所選擇的數(shù)學(xué)模型和數(shù)值方法。實(shí)驗(yàn)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(yàn)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(gè)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(dòng)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(dòng)特性有明顯的影響。

等徑彎曲通道變形(equalchannelangularpressing簡稱ecap)由于能直接制備塊狀超細(xì)晶材料而備受關(guān)注。介紹了等徑彎曲通道變形(ecap)及有限元數(shù)值模擬的基本機(jī)理,并在此基礎(chǔ)上討論了有限元模擬在ecap變形中的研究及發(fā)展現(xiàn)狀。隨著ecap的深入研究和工業(yè)化的進(jìn)一步發(fā)展,有限元數(shù)值模擬必然在該領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

在多尺寸組模型的基礎(chǔ)上,從加熱壁面上脫離汽泡的受力分析入手,對液氮過冷流動(dòng)沸騰模型進(jìn)行了修正。將新模型應(yīng)用于環(huán)形通道內(nèi)液氮過冷流動(dòng)沸騰的數(shù)值模擬,同時(shí)為了比較,采用基于kirichenko,fritz汽泡脫離直徑公式的多尺寸組模型對同一管道內(nèi)液氮過冷流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明:結(jié)合脫離汽泡受力分析模型的多尺寸組模型可用來預(yù)測流動(dòng)沸騰過程中的汽泡起飛直徑及其變化趨勢。同基于kirichenko,fritz汽泡脫離直徑公式的多尺寸組模型相比,新模型有助于改善管道內(nèi)汽泡尺寸分布以及空泡系數(shù)的預(yù)測,從而有助于準(zhǔn)確分析彈狀汽泡及間歇泉的形成。

應(yīng)用cfd數(shù)值模擬軟件fluent,對具有復(fù)雜通道的比例流量控制閥進(jìn)行數(shù)值模擬,分析其壓力損失,并通過對比例閥的最大模擬流量值與實(shí)驗(yàn)值的比較,驗(yàn)證應(yīng)用fluent模擬比例閥的內(nèi)部流場是可靠的,為進(jìn)一步應(yīng)用fluent對比例閥進(jìn)行特性分析、改進(jìn)比例閥設(shè)計(jì)提供依據(jù).

采用cfx等計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件,通過氣熱耦合數(shù)值模擬方法,對比分析了梯形冷卻通道和矩形冷卻通道內(nèi)空氣的流動(dòng)和換熱特性.

王國軍搜集整理 旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)所得p—s—n曲線的ap和bp值 σlglgpapnp+= 不同存活率戶下的ap和bp 材料 熱 處 理 強(qiáng)度極限 σ(mpa) 試樣 p (％) 5090959999．9 ap41．178239．186038．619937．559536．3713 a3鋼 執(zhí) 軋455 ф9．48mm 喇叭形試樣 bp-14.6745-13．8996-13.6793-13．2668-12．8046 ap50．786841．180338．456l33．345027．620635鋼正 火 569同上 bp-18．4030-14．6370-13.5690-11．5652

采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型和壁面函數(shù)法對多管式高效空氣過濾器進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,得到濾管內(nèi)部速度場和壓力分布的一些規(guī)律,并對濾料阻力進(jìn)行分析。同時(shí)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比分析,驗(yàn)證了此方法的可靠性。

通過自定義函數(shù)和數(shù)值模擬方法研究泡沫流體在連續(xù)管中流動(dòng)的壓降,并且對比了計(jì)算結(jié)果與模擬結(jié)果。對于泡沫在直管段內(nèi)流動(dòng),由于考慮了加速壓降和真實(shí)速度剖面的影響,模擬壓降比計(jì)算壓降大。對于泡沫在螺旋管段內(nèi)流動(dòng):由于泡沫具有壓縮性,其物性隨壓力變化,所以當(dāng)出口壓力不同時(shí),同一位置處速度剖面和密度剖面不同;由于離心力的作用,速度剖面不對稱;出口壓力、注氣流量和曲率對壓降影響比較明顯。對連續(xù)管泡沫鉆井進(jìn)行水力參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí),盡可能地提高注入壓力,可減少泡沫在螺旋管段流動(dòng)的壓降。

多管式高效空氣過濾器內(nèi)流動(dòng)的數(shù)值模擬——采用標(biāo)準(zhǔn)k-!模型和壁面函數(shù)法對多管式高效空氣過濾器進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,得到濾管內(nèi)部速度場和壓力分布的一些規(guī)律,并對濾料阻力進(jìn)行分析。同時(shí)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比分析,驗(yàn)證了此方法的可靠性。

建立了燒結(jié)型表面多孔管多孔層的理論模型,應(yīng)用fluent軟件對去離子水在燒結(jié)型表面多孔管和光滑管豎直管內(nèi)的流動(dòng)沸騰進(jìn)行數(shù)值模擬,得到了不同流速下的氣相體積分布云圖和壓力場云圖,并利用場協(xié)同原理分析了管內(nèi)的速度、溫度場。結(jié)果表明,燒結(jié)型表面多孔管具有良好的強(qiáng)化沸騰傳熱性能,同時(shí)并未大幅度增加管內(nèi)壓力降。此外還分析了不同體積流速對沸騰汽化量的影響,研究表明,對于同一管型,管內(nèi)流速越小,汽化量越大。

本文利用上界定理計(jì)算等徑彎曲通道變形(ecap)的擠壓力,為ecap的模具設(shè)計(jì)、擠壓力的計(jì)算提供了一種可行的方法

利用三維有限元模型研究工業(yè)純鈦室溫等徑彎曲通道擠壓(ecap)變形過程,通過數(shù)值模擬分析模具通道夾角、外圓角及摩擦條件等參數(shù)對材料變形區(qū)的應(yīng)變分布及擠壓載荷的影響規(guī)律,獲得了在室溫下對工業(yè)純鈦進(jìn)行ecap變形的最優(yōu)工藝參數(shù)。模擬結(jié)果表明:三維模型考慮了模具接觸及摩擦的影響,比二維平面模型更客觀、準(zhǔn)確地反映了試樣的應(yīng)變分布狀況。φ=120°,ψ=20°的模具參數(shù)為最優(yōu),試樣可在較低的擠壓載荷獲得較大的塑性變形,增加通道背部摩擦可擴(kuò)大試樣主變形區(qū)體積,改善變形均勻程度。最終采用兩通道夾角φ=120°,外圓角ψ=20°的模具,在背部不潤滑的摩擦條件下成功實(shí)現(xiàn)了工業(yè)純鈦室溫等徑彎曲通道單道次變形。

用pro/e軟件建立噴頭內(nèi)流道的三維實(shí)體模型,選擇rngk-ε模型在cfd軟件fluent中模擬了雨鳥30psh型搖臂式噴頭在10種入口壓力和4種主噴嘴直徑組合下的內(nèi)流道流場,分析了噴頭主副噴嘴的流量、入口壓力與出口平均速度等參數(shù)的關(guān)系。研究結(jié)果表明:主噴嘴直徑增大時(shí),副噴嘴流量幾乎不變;主、副噴嘴的流量分配比例由主噴嘴直徑?jīng)Q定,與入口壓力無關(guān)。入口壓力增大,主噴嘴出口平均速度增大,但副噴嘴出口平均速度不變。噴頭主、副噴嘴的平均湍動(dòng)能隨入口壓力增大而增大,不受主噴嘴直徑變化的影響。主噴嘴出口靜壓力、湍動(dòng)能和速度的標(biāo)準(zhǔn)差、副噴嘴出口靜壓力標(biāo)準(zhǔn)差與入口壓力近似成正比;而副噴嘴出口湍動(dòng)能和速度的標(biāo)準(zhǔn)差隨主噴嘴直徑或入口壓力增大產(chǎn)生較大的無規(guī)律變化。噴頭內(nèi)流道流場的可視化結(jié)果顯示噴頭副噴嘴與彎管連接處靜壓力較大,接近噴頭入口靜壓力。

為研究玻璃珠彈丸在后混合水射流噴丸噴頭內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度特性,根據(jù)液固兩相流動(dòng)的拉格朗日離散相模型,應(yīng)用fluent軟件對噴頭內(nèi)液固湍流進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到了連續(xù)相的軸向速度和軸向動(dòng)壓強(qiáng),獲得了彈丸的運(yùn)動(dòng)軌跡和彈丸的軸向速度隨行程及時(shí)間的變化規(guī)律。結(jié)果表明,連續(xù)相在噴頭混合室入口處存在環(huán)形回流區(qū),在混合室內(nèi)呈非對稱流動(dòng);彈丸在噴頭內(nèi)的軸向速度沿行程分為4個(gè)階段,依次是彈丸在混合室內(nèi)的回流段、彈丸第1次加速段、彈丸在環(huán)形回流區(qū)的減速段和彈丸第2次加速段,其在彈丸噴嘴出口截面上靠近軸心的軸向速度達(dá)到連續(xù)相軸心最大軸向速度的94.77%。

重點(diǎn)分析比較了不同通道內(nèi)部流動(dòng)的差別。計(jì)算結(jié)果表明:葉輪出口與非對稱蝸殼的相互影響是使葉輪通道內(nèi)部二次流動(dòng)異常復(fù)雜的原因,也是導(dǎo)致風(fēng)機(jī)效率下降的主要原因。

運(yùn)用fluent對具有復(fù)雜通道的比例閥進(jìn)行了數(shù)值模擬,并分析了該閥的壓力損失,同時(shí)通過模擬比例閥的內(nèi)部流場驗(yàn)證了其可靠性。結(jié)果表明:應(yīng)用fluent可以快速、可靠地分析具有復(fù)雜通道比例閥的特性,從而改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),使其滿足性能要求。