基于OpenFOAM旋转弯曲通道内流动数值模拟

对低碳钢等径弯曲通道变形进行了数值模拟,并分析了它的显微组织.通过有限元数值模拟,获得了低碳钢成形等径弯曲通道变形载荷的变化规律和等效应变分布规律.载荷模拟结果表明,摩擦因子越大,变形载荷也越大,当摩擦因子为0.408时,其成形载荷约为无摩擦时的21倍,载荷数值模拟与实验结果基本相吻合.此外,结合所揭示的等效应变分布特点,对一道次等径弯曲通道变形后试样横截面上的微观组织分布进行了分析,表明下表面处的材料晶粒细化程度比上表面处的大,因此这种分布特点与等效应变分布是相互一致的.

对旋转矩形通道内的湍流流动和换热进行了直接数值模拟.非稳态n-s方程的空间离散采用二阶中心差分法,时间推进采用二阶显式adams-bashforth格式.分析了旋转对通道截面上主流平均速度、截面流速以及截面平均温度的影响,结果表明:在不考虑离心力的作用时,随旋转数的增大,管道截面的平均速度减小,平均湍动能减小,与静止时相比,旋转数为1.5时平均湍动能减小了33%;在考虑离心力的影响时,对于径向旋转轴向出流,平均速度增大,平均湍动能增大,而对于径向旋转轴向入流,结果相反.在旋转数为1.5时,与不考虑浮升力相比,对于径向旋转轴向出流,平均湍动能增大了17%,而对于径向旋转轴向入流,平均湍动能减小了43%.

结合生产实际,针对大口径蝶阀,运用商用流体计算软件fluent,对其不同开度情况下的流场形式进行了三维数值模拟分析。特别是根据分析结果对大口径蝶阀结构进行了相应的改进。分析表明,改进后的蝶阀性能明显提高,流阻系数明显降低,对阀门优化设计有着积极的借鉴作用。

应用cfd通用软件fluent模拟了py140型摇臂式喷头的内流道在安装两种常用稳流器和不安装稳流器情况下的三维黏性流场,分析了三种稳流器情况下喷头流量、内流道静压力分布以及出口断面平均湍动能随进口工作压力的变化规律,并进行了试验验证。研究结果表明不同进口工作压力下喷头流量的计算值要高于实测值约11%,但两者的变化趋势非常一致。喷头安装稳流器有助于消除内流道中的涡流和横向流,降低喷头出口湍动能值,但在一定程度会增加内流道阻力损失,影响喷头的过流能力。此外,常用的90°出口扩散角的圆锥形喷嘴容易在喷嘴出口附近产生逆流。数值模拟和试验表明,减少喷嘴出口扩散角可改善喷嘴出口流态,提高喷头流量。

利用计算流体力学软件fluent,采用数值模拟方法究了幅值不同的两种波纹管传热状况,发现幅值为4mm的波纹管的传热状况优于幅值3mm波纹管的传热状况,这是由前者管内湍流强度高于后者所致。同时,回归了两波纹管的换热准则方程,为波纹管的校核计算及工程应用提供依据。

在雷诺数re为6000,旋转数ro为0~0.26内,数值模拟了旋转光滑径向出流通道的内流动与换热分布,分析了哥氏力对旋转管流的作用机理。计算结果表明,切向哥氏力推动了通道截面内的双涡二次流,径向哥氏力则使得近侧壁流体加速和中心流体减速。换热计算结果从定性趋势上吻合公开文献中的实验现象,反映了旋转附加力的基本影响规律。

用商业软件模拟复杂层板中冷却介质流动特性,以粒子图像速度(piv)测量技术获得的实验数据,验证所选择的数学模型和数值方法。实验是在确定的径高比1及入口雷诺数4.1×104下进行的。用验证的数学模型及数值方法,向上下扩展雷诺数至2.05×104及8.2×104,改变层板径高比至0.5及2.0,模拟这两个参数变化对层板内冷却介质流场的影响。模拟结果指出:在相同的径高比下,入口雷诺数的改变对层板内冷却介质流动特性影响很小;相反在相同的入口雷诺数下,径高比改变对层板内冷却介质流动特性有明显的影响。

等径弯曲通道变形(equalchannelangularpressing简称ecap)由于能直接制备块状超细晶材料而备受关注。介绍了等径弯曲通道变形(ecap)及有限元数值模拟的基本机理,并在此基础上讨论了有限元模拟在ecap变形中的研究及发展现状。随着ecap的深入研究和工业化的进一步发展,有限元数值模拟必然在该领域中得到越来越广泛的应用。

在多尺寸组模型的基础上,从加热壁面上脱离汽泡的受力分析入手,对液氮过冷流动沸腾模型进行了修正。将新模型应用于环形通道内液氮过冷流动沸腾的数值模拟,同时为了比较,采用基于kirichenko,fritz汽泡脱离直径公式的多尺寸组模型对同一管道内液氮过冷流动进行了数值模拟。结果表明:结合脱离汽泡受力分析模型的多尺寸组模型可用来预测流动沸腾过程中的汽泡起飞直径及其变化趋势。同基于kirichenko,fritz汽泡脱离直径公式的多尺寸组模型相比,新模型有助于改善管道内汽泡尺寸分布以及空泡系数的预测,从而有助于准确分析弹状汽泡及间歇泉的形成。

应用cfd数值模拟软件fluent,对具有复杂通道的比例流量控制阀进行数值模拟,分析其压力损失,并通过对比例阀的最大模拟流量值与实验值的比较,验证应用fluent模拟比例阀的内部流场是可靠的,为进一步应用fluent对比例阀进行特性分析、改进比例阀设计提供依据.

采用cfx等计算流体动力学软件,通过气热耦合数值模拟方法,对比分析了梯形冷却通道和矩形冷却通道内空气的流动和换热特性.

王国军搜集整理 旋转弯曲疲劳试验所得p—s—n曲线的ap和bp值 σlglgpapnp+= 不同存活率户下的ap和bp 材料 热 处 理 强度极限 σ(mpa) 试样 p (％) 5090959999．9 ap41．178239．186038．619937．559536．3713 a3钢 执 轧455 ф9．48mm 喇叭形试样 bp-14.6745-13．8996-13.6793-13．2668-12．8046 ap50．786841．180338．456l33．345027．620635钢正 火 569同上 bp-18．4030-14．6370-13.5690-11．5652

采用标准k-ε模型和壁面函数法对多管式高效空气过滤器进行了数值模拟研究,得到滤管内部速度场和压力分布的一些规律,并对滤料阻力进行分析。同时与实验结果进行了对比分析,验证了此方法的可靠性。

通过自定义函数和数值模拟方法研究泡沫流体在连续管中流动的压降,并且对比了计算结果与模拟结果。对于泡沫在直管段内流动,由于考虑了加速压降和真实速度剖面的影响,模拟压降比计算压降大。对于泡沫在螺旋管段内流动:由于泡沫具有压缩性,其物性随压力变化,所以当出口压力不同时,同一位置处速度剖面和密度剖面不同;由于离心力的作用,速度剖面不对称;出口压力、注气流量和曲率对压降影响比较明显。对连续管泡沫钻井进行水力参数设计时,尽可能地提高注入压力,可减少泡沫在螺旋管段流动的压降。

多管式高效空气过滤器内流动的数值模拟——采用标准k-!模型和壁面函数法对多管式高效空气过滤器进行了数值模拟研究,得到滤管内部速度场和压力分布的一些规律,并对滤料阻力进行分析。同时与实验结果进行了对比分析,验证了此方法的可靠性。

建立了烧结型表面多孔管多孔层的理论模型,应用fluent软件对去离子水在烧结型表面多孔管和光滑管竖直管内的流动沸腾进行数值模拟,得到了不同流速下的气相体积分布云图和压力场云图,并利用场协同原理分析了管内的速度、温度场。结果表明,烧结型表面多孔管具有良好的强化沸腾传热性能,同时并未大幅度增加管内压力降。此外还分析了不同体积流速对沸腾汽化量的影响,研究表明,对于同一管型,管内流速越小,汽化量越大。

本文利用上界定理计算等径弯曲通道变形(ecap)的挤压力,为ecap的模具设计、挤压力的计算提供了一种可行的方法

在雷诺数为25000,旋转数为0~0.24,温度比为0~0.22的范围内,数值模拟了旋转光滑径向出流通道的内流动与换热分布,分析了哥氏力与离心浮升力对旋转管流的耦合作用机理.计算结果表明,切向哥氏力推动了通道截面内的双涡二次流,径向哥氏力则使得近侧壁流体加速和中心流体减速.离心浮升力对流动与换热的作用效果与哥氏力场的分布密切相关.换热计算结果从定性趋势上吻合公开文献中的实验现象,反映了旋转附加力的基本影响规律.

为满足南水北调东线工程对大量优秀的高比转速轴流泵的需求,采用不同于传统升力法和圆弧法的流线法设计了系列轴流泵水力模型,提出了从轮缘到轮毂线性修正的叶轮叶片环量分布规律,冲角按轮毂到轮缘增加的方式选择,取值范围为0°~3°,比转速越大,冲角取值越小.采用标准k-ε紊流模型和simplec算法计算了轴流泵水力模型三维定常流场,数值计算结果表明,数值模拟的性能曲线与同台测试的性能曲线基本吻合,叶轮轮缘的参数是水力模型高效率的关键,该系列模型实现了更高的效率和更宽的高效区特性,在南水北调东线一期工程4座泵站中得到应用。

利用三维有限元模型研究工业纯钛室温等径弯曲通道挤压(ecap)变形过程,通过数值模拟分析模具通道夹角、外圆角及摩擦条件等参数对材料变形区的应变分布及挤压载荷的影响规律,获得了在室温下对工业纯钛进行ecap变形的最优工艺参数。模拟结果表明:三维模型考虑了模具接触及摩擦的影响,比二维平面模型更客观、准确地反映了试样的应变分布状况。φ=120°,ψ=20°的模具参数为最优,试样可在较低的挤压载荷获得较大的塑性变形,增加通道背部摩擦可扩大试样主变形区体积,改善变形均匀程度。最终采用两通道夹角φ=120°,外圆角ψ=20°的模具,在背部不润滑的摩擦条件下成功实现了工业纯钛室温等径弯曲通道单道次变形。

散体在回转容器内的流动普遍见于各种工业过程之中,本文模拟回转容器内散体的流动以探寻该过程的内在规律,分析散体流变的特性,建立回转圆筒内的数学模型,用cfx在转筒转速分别为2r/min,3r/min,4r/min,5r/min,10r/min,25r/min,50r/min和100r/min的条件下,模拟回转圆筒内散体的流动。模拟结果,当转筒转速<25r/min时,散体呈滚动状态,当转筒转速升到25r/min时,呈小瀑布流状态,当转筒转速升到50r/min时,达到大瀑布流状态,当转筒转速继续升到100r/min时,转简内散体呈典型的环流状态,该结果与文献结果相同,此外,模拟结果还显示,回转圆筒内散体在滚动流动状态下,流动区的厚度还会随转筒转速的增加而增大。模拟结果表明模型反映散体流动的状况比较客观,因而可为模拟回转圆筒内散体的流动相关的过程提供指导。

多回路泵的流量不受负载影响,能够提供给各润滑点等量的油液。它的体积相对较小,并能够达到多个泵的使用性能。为准确掌握多回路泵内部流场变化,运用fluent软件中的动网格技术对多回路泵进行流场动态数值模拟,分析多回路泵在齿轮旋转情况下的内部流场变化,从而为多回路泵的逆向设计和结构优化奠定基础。