加导叶喷水推进器水动力特性研究

用数值方法计算了加导叶喷水推进器的水动力特性.在质量守恒定理和动量守恒定理的基础上建立不可压缩流体的积分方程,以SIMPLE为基本算法,结合速度修正方程和压力修正方程,求解喷水推进器的内部速度场和压力场,采用基于二方程雷诺数时均方程方法研究喷水推进的湍流模型.用数值方法建立喷水推进器的三维数学模型,用混合网格布置方法提高计算精度.分析了不同流量下加导叶喷水推进器的流量和扬程、功率和效率的关系.     

进速比对喷水推进器进水流道性能影响研究

采用RNG k-ε湍流模型封闭RANS方程,运用SIMPLE算法,对某喷水推进器进水流道的内流场进行数值模拟,揭示了该流道特征断面的速压分布规律和水力损失规律,从流道出流均匀性、空化程度、流动分离程度和流动损失四个方面提供定性和定量指标来分析流道在不同进速比(IVR)工况下的水力性能.分析结果表明,该流道应尽量工作于IVR在0.6～0.8之间工况,此时各方面性能都较好.     

CFD在船舶两种不同推进器中的应用研究

根据船舶螺旋桨和喷水推进器工作的特点,界定了两者数值计算流场控制体的范围.运用结构化与非结构化网格相结合的方法对流场计算区域进行网格划分.通过求解雷诺时均的控制方程,预报了2种推进器的外特性,分析了2种推进器流场的特点,比对了预报结果和试验数据间的吻合程度.比较了CFD在2种推进器上应用的不同点,说明了CFD在螺旋桨和喷水推进上应用的可行性与优缺点.     

叶顶间隙对喷水推进水力性能的影响

分别以设计参数相同的混流式喷水推进泵与轴流式喷水推进泵为对象, 基于剪切应力运输湍流模型、隐式多网格耦合算法与全结构化网格, 对4种不同叶顶间隙的水力性能进行数值模拟, 分析了叶顶间隙对喷水推进水力性能的影响, 研究了叶顶间隙影响程度与喷水推进器类型的关系。研究结果表明: 2种喷水推进泵的扬程、效率均随叶顶间隙增大而减小; 随着叶顶间隙的增大, 混流泵消耗功率先增大后减小, 当叶顶间隙为1.3mm时消耗功率最大, 而轴流泵消耗功率单调减小; 混流泵叶顶间隙变化引起的喷泵效率改变量不受流量影响, 而轴流泵效率变化量随流量增大而增大, 以较大叶顶间隙为基准, 且叶顶间隙变化量相同时, 混流泵效率变化较大, 轴流泵效率变化较小; 混流泵与轴流泵性能存在差异的主要原因是外形结构不同导致间隙涡对叶顶间隙泄流的作用大小不同; 当叶顶间隙由0.7mm增大至1.6mm时, 2种喷水推进器推力效率变化量在1%以内; 随着叶顶间隙的增大, 2种喷水推进器消耗功率的变化趋势与喷水推进泵相同, 且轴流式喷水推进器总推力、功率变化幅值大于混流式, 即混流式喷水推进器对叶顶间隙变化的适应性更好。      

制造超差对喷水推进器水动力性能影响的CFD分析

采用计算流体力学方法对喷水推进器水力性能进行了预报,以判别制造过程尺寸超差对喷水推进器水动力性能的影响.建立由喷水推进器内流场与船体外流场构成的计算区域,用6面体结构化网格划分泵内流场,采用4面体网格对进水管道和船底区域进行划分.对整个喷水推进系统的三维粘性湍流流场进行了数值计算.计算结果既可用于分析喷水推进器内部流场的流动细节,也可用于推力、功率、效率等外特性参数的预报.     

新型仿鱼推进器的设计

分析了尾鳍摆动推进器和喷水推进器的优缺点,提出融合喷水推进和尾鳍摆动推进的综合推进方式仿鱼推进器的设想,并从机动性、操纵性、动力性、效率等方面进行了分析,讨论了喷水推进和尾鳍摆动推进在不同工况下的协作,认为综合推进方式的各方面性能均优于它们单独工作的推进方式,给出了一例此种新型仿鱼推进器的设计方案.     

雷诺数相似喷水推进船模预报实船推进性能

通过在数值计算中调整流体粘度系数,实现缩尺船模与实船雷诺数相似,进而消除尺度效应的影响.在弗劳德数0.15~0.41范围内,雷诺数相似船模方法预报实船阻力与模型试验外推值差别在5%以内;在波形与伴流场的比较中,雷诺数相似船模方法与实尺度计算方法预报结果基本一致.数值计算表明对于缩尺比为30的模型泵与实泵效率差别在11%~17%,而雷诺数相似模型泵效率计算值与实泵计算值差别在1.5%以内,表明通过雷诺数相似模型泵能够较好预报实泵性能.文中比较了模型雷诺数与实尺雷诺数下喷水推进器的性能变化,分析了喷水推进自航试验中可能产生的误差.通过雷诺数相似船模数值自航预报阻力、推力、推进效率与实尺度计算的比较,表明了雷诺数相似船模方法能够较好预报实尺度喷水推进船的推进性能.     

喷水推进器进水流道内流场数值模拟与分析

进水流道是喷水推进系统的关键部件之一,该部件性能优良与否直接影响到整个喷水推进系统工作性能的优劣．考虑到船底边界层对进水流道来流动量和动能的影响及喷水推进器各部件的相互作用,合理界定了喷水推进器数值计算所需的流场控制体,联用六面体结构化网格和四面体非结构化网格进行区域离散,选择κ-ε两方程湍流模型封闭RANS方程,采用稳态多参考系方法计算求解．分析和比较了船的航速和喷泵的转速对进水流道内流场的速度和压力分布的影响,评估了进水流道的出流均匀度、唇部最小压力点位置的偏移、空化可能性等多方面的性能．研究发现：航速的增加使流道出流变的不均匀,使唇部最小压力点的位置向下偏移;进水流道的出口、唇部和斜坡处是易发生空化的地方,应保证所在运行工况的三处静压力最小值均大于空化临界静压力值．     

喷水推进轴流泵三元水力设计

基于环量的三元设计方法和计算流体动力学,研究了叶片数、叶片流向环量中心位置与叶片出口边环量对叶轮性能的影响,分析了导叶进口边和出口边环量对喷水推进轴流泵性能的影响,通过合理地控制这些因素,设计了一种效率高、空化性能好的喷水推进轴流泵。在流量为56.2m3·s-1时,泵的扬程为35.9m,功率为21 465kW,效率为92.3%,可见,设计泵的性能优良,效率高。研究结果表明:增加叶片数能够有效减小单叶片转矩,当叶片数从5个增加到7个时,单叶片转矩减小了21%;叶片环量中心靠近出口边,有利于提高叶轮的空化性能,当环量中心从叶片弦长的0.3处移动到0.7处时,叶轮吸力面空化面积减小80%;叶轮出口边环量斜率会影响叶轮效率,当斜率分别为0.8、1.0和1.2时,叶轮效率逐步提高;当出口边环量从0.40增加到0.50时,叶轮的扬程和功率近似线性增加,扬程增加19.9%,功率增加19.5%;随着导叶进口边环量与出口边环量的比值的增大,泵效率先增大后减小,当比值为0.93时,泵的效率最高;导叶出口边环量分布会影响泵的效率、出口不均匀度和出口周向动能,当导叶出口边环量为-0.05时,泵的效率最高,出口不均匀度和出口周向动能最小。     

特长公路隧道相邻洞口流态三维CFD仿真分析

结合秦岭终南山分离式特长公路隧道设计方案,运用了CFD(计算流体动力学)方法对上下行相邻隧道进出口区域的流态进行三维数值分析,以确定出相邻洞口流态特性并提出了降低洞口流态交叉污染的土建工程措施.     

特长公路隧道相邻洞口流态三维CFD仿真分析

结合秦岭终南山分离式特长公路隧道设计方案,运用了CFD(计算流体动力学)方法对上下行相邻隧道进出口区域的流态进行三维数值分析,以确定出相邻洞口流态特性并提出了降低洞口流态交叉污染的土建工程措施.     

级环境下叶轮前缘倾角对离心压气机性能的影响

对某船用离心压气机进行了级环境下的气动性能仿真分析,结果表明,原方案中叶轮进口处能量损失过大,致使叶轮内效率下降过快,不满足要求.为此,针对性提出叶片前缘倾的两种优化方案.研究表明,叶轮前缘倾角对离心压气机级的气动性能影响较大,每一个结构确定的叶轮都有一个最优的前缘倾角,该倾角可以有效改善气流在流道内的流动情况,明显减小进口处的能量损失,从而使压气机的整级性能得到提高.     

车用空调平行流冷凝器空气侧稳态流动与传热数值模拟

建立了某车用空调多元平行流冷凝器三维模型,利用CFD方法对典型工况下该冷凝器空气侧百叶窗翅片的流动和传热性能进行了数值模拟,计算结果显示数值模拟与试验测试及常用关联式的计算结果具有较好的一致性,验证了计算模型和方法的正确性,为进一步研究翅片结构参数对平行流冷凝器性能的影响及性能优化提供了理论参考。     

反吹式吸嘴流场数值分析及吸尘效率研究

为提高扫路车的吸尘效率,采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)技术对反吹式吸嘴流场进行计算,分析结构参数对吸尘效果的影响规律,并结合气固两相流动模型对优化后模型的吸尘效率进行计算.研究表明:吸尘口的直径不大于反吹式吸嘴宽度的 0.47 倍、倾角不大于105时,分别增大吸尘口直径和倾斜角度,均可提高吸尘效率;反吹式吸嘴近地面气流速度大且方向紧贴地面,不存在气流外泄造成的二次污染;车速由 5 km/h 提高到15 km/h 时,总除尘效率下降了27%,其中 45 m 粒径颗粒的分级除尘效率下降了 9%,152 m 粒径颗粒的分级除尘效率下降了 33%.      

基于FFT的数控镂铣机传动链误差源诊断

分析了造成数控镂铣机传动链误差的原因,在检测中采用快速傅里叶变换(FFT)算法对模拟信号进行频谱分析.为了提高计算的精度、降低对采样频率的要求,提高运算速度,采用一种基于线性插值原理的改进快速傅里叶变换(L-FFT)算法.用此算法对传动链误差的原始数据进行处理,诊断出误差源及位置,为降低传动误差的控制算法提供了依据.试验结果表明,与FFT算法相比,效率提高大约5%,表明该算法具有一定的实用性和有效性.     

车身外流场数值模拟

对某轿车车身的外流场进行了数值模拟,并分析了后风窗斜度对车身空气动力性能的影响.采用Hypermesh得到高质量的流场计算网格,运用Fluent求解计算,得到流场的CFD分析数据.利用HyperMorph实现车身网格的变形,在此基础上分析后风窗斜度对车身空气动力性能的影响.结果表明,小斜背的阻力系数较小;不是所有斜背汽...     

发动机进气道CFD数值模拟

应用CFD(computational fluid dynamics)对某型号发动机双进气道进行了数值模拟,计算得出气门在不同升程下的进气流量系数、涡流比及滚流比。通过将计算结果与试验结果进行对比,显示数据吻合良好,流量系数较高,并总结出了不同升程下气道流量系数的变化规律;同时,模拟结果表明气道-缸内具有良好的进气效果和明显的缸内滚流运动,进一步验证了CFD模拟的气道结构的合理性。     

离心压气机不同结构扩压器与叶轮匹配性能分析

为研究某型压气机叶轮与三种不同结构扩压器的匹配问题,建立了三维数值模型,对该压气机的气动性能进行了仿真,对三种扩压器与叶轮的匹配性能进行了分析.结果表明,扩压器前缘气流滞止,吸力面气流出现较明显的分离流以及尾缘涡流,发现扩压器前缘尾缘圆弧的半径,发现扩压器叶片入口安装角以及叶形曲线半径对压气机性能有较大影响.针对这些问题,对匹配较好的扩压器结构进行了优化,优化后的模拟结果表明,扩压器内部流动得到显著改善,在质量流量4.8kg/s时等熵效率最大提高6.84%.     

双体船平移操纵水动力性能试验研究

介绍了用船模拖曳试验来确定某喷水推进双体船平移运动水动力特性的方法,并对试验结果进行了分析.通过船模试验发现,船体平移时的水动力大小随航速增加而快速增加,在同一航速但不同尾斜角下水动力大小也各不相同;水动力的方向和水动力作用点的位置随航速的改变而改变,但变化幅度不大,受尾斜角影响较大.准确掌握船体平移运动水动力特性,可为合理制定喷水推进器的控制策略,充分发挥喷水推进船优异的机动性、操纵性提供理论依据.     

基于STAR-CCM+的高速列车空气动力学性能数值分析

应用STAR-CCM+软件对某高速列车外流场CFD计算过程与结果做了通用性的描述,并从阻力系数、速度场和压力场几个方面对列车在明线运行工况下的空气动力性能进行了研究.通过仿真分析表明,列车的总阻力主要来源于列车受到的压差阻力,且鼻端处压力值最大并沿着过渡区域逐渐降低.对列车CFD分析应用流程做了初步的归纳与总结,并对列车头型设计提出参考性的建议.