90°弯管对潜艇高压气管路沿程压力损失的影响分析

针对潜艇高压气管路中弯管的压降损失及其等效长度计算问题,采用计算流体力学(CFD)方法对90°弯管内超高压气体的流动过程进行了数值模拟。用六面体结构化网格对流动区域进行网格划分,通过直接数值求解由RNG k-ε湍流模型封闭的RANS方程研究管道内部流场形态,得到了弯管内部的压力分布与速度分布并捕捉到二次流的生成和发展过程,计算结果与其他学者开展的数值仿真以及模型实验结果相一致。仿真结果表明,弯管引起的局部压降会较大程度增加管路的总压力损失,进而影响高压气应急吹除效率,在潜艇设计建造阶段必须予以重视,同时也验证了采用RNG k-ε湍流模型模拟弯管内超高压气体流动特性的可行性及有效性。     

冰水两相流对海水管道冲蚀磨损特性数值模拟

针对海冰对海水管道的冲蚀磨损问题,利用fluent中的湍流模型、离散相模型、冲蚀磨损模型对水平直管和90°弯管进行冰水两相流数值模拟,分析在不同水流流速、颗粒质量流量、颗粒直径、冲蚀角度条件下管道的磨损特性。计算结果表明,冰颗粒质量流量增加使直管和弯管磨损增大;随着颗粒直径的增加,直管的磨损增大,弯管的磨损减小;弯管磨损最严重的位置发生在弯管转角处和下游管路的壁面处,而水平直管的上下部均有磨损。     

疏浚工程中珊瑚礁碎块管道输送临界流速数值研究

以疏浚过程中珊瑚礁碎块在管道内固液两相流的运动规律为背景,通过建立流固耦合数值分析模型,研究珊瑚礁碎块密度、粒径以及浆体浓度对水平管道输送过程中固体颗粒的动力特性。结果表明:珊瑚礁碎块密度与粒径越小、浆体浓度越大,碎块颗粒的临界流速越小;珊瑚礁碎块密度与粒径越大、浆体浓度越小,碎块颗粒需要的临界流速就越大。基于数值计算结果,拟合珊瑚礁碎块临界流速计算公式,并利用数值计算结果对该公式进行验证,其平均误差在15%以内。     

基于FLUENT的90°圆形弯管内部流场分析

通过使用FLUENT软件的RNG κ-ε湍流模型,对90°大曲率圆形截面弯管内部流体进行三维数值模拟,将数值模拟结果与相关文献实验结果进行对比,结果表明RNG κ-ε湍流模型对具有二次流的湍流流动具有较好的模拟,计算结果与实验结果吻合较好.     

疏浚管路阻力损失计算方法的分析

管道输沙阻力损失计算是江河湖泊、港口航道疏浚工程中的一个基本问题,它是设计管道浆体输送系统的重要参数,直接关系到动力设备的选型和运行的能耗.文章重点以疏浚工程中泥沙的输送为研究对象,对管内两相流动的阻力特性及临界流速问题进行了初步研究,并实验研究了泥沙在不同的浓度和速度下的阻力特性,对3种模型的阻力损失计算模型进行了检验、分析和评价.结果表明Jufin＆Lopatin是一个比较好的计算模型.对于颗粒的不均匀性的影响,科学的方法能提高计算模型的计算精度.     

淤泥固化土高浓度非牛顿浆体的输送特性

疏浚工程固化处理后的淤泥属于高浓度非牛顿浆体。通过淤泥固化土的流动度试验,采用H-B流变模型进行流动度二维瞬态数值模拟,确定其屈服应力值。采用水固比为0.8、0.9和1.0的淤泥固化土,在管道管径为150、200和250 mm,流速为1.5、2.5和3.5 m/s的工况条件下,分析其水力输送特性,并拟合水力损失计算公式。结果表明,流速、黏度和管径对水力损失均有比较明显的影响,水力损失随流速和黏度的增加而增加,随管径的增加而减小。     

90°弯管流动预测评估及流动特性研究

采用两种不同的计算方案对弯管内的流动进行数值计算,并与试验值进行对比,分析6种不同湍流模型对弯管内流动预测的影响。结果表明,SKE模型配合壁面函数法和RNG以及RKE湍流模型的预测能力类似,都能大致预测出管内流动的分布规律,但对弯管内侧区域速度扭曲的计算结果与试验值存在明显差异,而SST k-ω湍流模型给出的计算结果与试验值最为符合。基于SST k-ω湍流模型的计算结果研究迪恩涡的发展规律,重点讨论迪恩涡的发展、消失过程,可为后续磨损预测的分析奠定理论基础。     

基于FLUENT的90^o圆形弯管内部流场分析

通过使用FLUENT软件的RNG κ-ε湍流模型，对90^o大曲率圆形截面弯管内部流体进行三维数值模拟，将数值模拟结果与相关文献实验结果进行对比，结果表明RNGκ-ε湍流模型对具有二次流的湍流流动具有较好的模拟，计算结果与实验结果吻合较好。     

粗砂水力输送多峰阻力特性

提出了实验中发现的一种挖泥船管道水力输送粗砂阻力特性的新类型——多峰阻力特性,而现有理论根本无法解释这一现象。应用两层模型方法,对出现多峰阻力特性的管道水力输送粗砂实验数据进行了计算,分析了多峰阻力特性与内部流动分层结构的关系。研究表明,这种新型的多峰阻力特性的出现,是由于管道内部流动结构特性,如上下两层分界面位置、两层浓度差、速度差等,随着浆体水力输送平均速度的变化,出现了增减交替而非单调的变化。     

基于均相流输运模型的二维水翼空化模拟

基于均相流输运模型对NACA661-012型水翼进行了空化数值模拟,计算了不同空化数K和不同攻角α下的升力系数与阻力系数.从流场、压力场和边界层的变化分析了空化的产生发展对水翼升力和阻力的影响.当攻角α大于8°以后,空化流动的不稳定性增强,空泡呈现出周期性的生长溃灭,并伴有升力系数和阻力系数的周期性波动.计算结果与实验进行了对比,结果吻合较好.     

船用板式换热器混合板片数值分析研究

通过Fluent数值模拟研究了由船用板式换热器不同人字形波纹板片组成的三种模型内部流场及换热过程,得到了压力损失ΔP、平均Nu数随流速的变化情况。分析了不同流速下,三种模型的人字形波纹板式换热器板片的流动和换热特性,并用相关实验数据对数值模拟结果进行了验证。研究结果表明:流速相同时,H-H模型Nu和ΔP值最大,V-V模型Nu和ΔP值最小,V-H模型Nu和ΔP值大小均介于两者之间。Nu和ΔP的数值分别是换热性能及阻力特性的度量。V-H模型以部分换热性能的损失获得了阻力特性的改善。Fluent模拟结果与实验结果一致。     

流动冷却水对船舶管路的冲刷加速腐蚀机理

为研究船舶冷却水管路流动冲蚀失效过程,明晰冷却水管路易发生腐蚀破损的薄弱部位,建立船舶冷却水系统管路数理模型,采用基于CFD数值模拟的方法研究冷却水管路系统压力场和流速场运行特性,结合引发流动冷却水冲蚀管道的机理,得到弯头、三通管等易损部位的流速、湍动能、剪切应力和压力的参数分布。分析冷却水管路内流场,判定三通管流出支管易遭受冲击腐蚀和冲刷腐蚀,三通管焊缝区域易遭受空泡腐蚀,弯管中游靠内壁区域受冲击腐蚀、冲刷腐蚀和空泡腐蚀。     

高速航行体的自然超空泡流阻力特性研究

利用Fluent6.2对水下带圆盘空化器高速航行体的自然超空泡流动进行了数值模拟,计算分析了超空泡高速航行体的阻力特性,研究了空化器直径、航行体长细比对航行体超空泡减阻效果的影响,分析了高速航行体的超空泡减阻率。结果表明,超空泡形态下随着航行体速度衰减,航行体压差阻力系数缓慢减小,粘性阻力系数迅速增大,航行体的总阻力系数增加;航行体阻力系数与头部空化器直径的平方成反比;增加航行体的长细比,可以获得更小的阻力系数;高速航行体的超空泡减阻率可达95%以上。最后将仿真计算结果与水靶道试验进行了对比,二者基本相符。     

轴流泵进口弯管优化设计

为减弱弯管内因流体不均匀流动造成的振动,对某船用轴流泵进口弯管进行优化设计。采用数值模拟方法分别计算了3种不同结构形式的异形弯管压力分布,并讨论了导流板数量、长度、分布对弯管处压力分布的影响,最后选取最优新型弯管3进行配机计算,分析机组不同位置压力脉动情况。结果表明:新型弯管2和3阻力系数略大,但其压力分布更均匀;导流板优化结果表明:3片导流板、均匀分布、短导流板效果最佳;配机计算结果表明:叶轮进口处主导频率为轴频和叶频,叶轮出口处主导频率为叶频、2倍频和3倍频。     

海底水力输矿管固液两相流的数值模拟

传统的固液两相流数值模拟方法是将固体颗粒(和液体)作为高密度的液体流处理,这只适用于固体颗粒非常细小的情况如粮食输送、泥沙输送等。对海底采矿的水力输送问题,由于固体颗粒相对于水粒子非常庞大,再作为传统的固液两相流处理不科学。本文对矿石颗粒采用离散元方法、对水粒子采用Fluent方法,并将两者耦合进行固、液耦合流在竖向弯管的流动特性研究,考察了不同入口流速下流体的运动规律和矿石颗粒的运动规律和分布规律。结果表明：由于矿石颗粒堆积在管道底部,导致管道内顶部的水流速度大,底部的水流速度小；随着水流速度的降低,矿石颗粒的堆积效果也更加明显；同时存在某一特定速度,使得其开采效率达到最大。     

基于三相流模型的表面划割式桨水动力特性分析

为了对表面划割式螺旋桨进行完善的水动力性能建模,基于RANS方程和VOF方法以及滑移网格技术,以标准表面桨模型841-B为研究对象,进行了气液两相流数值模拟。引进自然空化模型,对桨叶上的局部低压处进行了气、液、汽三相流修正。研究结果表明:该4叶桨相隔90°的2个相邻叶片,其推力系数时间历程也呈现90°的相位差,而推力系数则呈现以叶频为基频的周期性脉动;叶片的周期性出、入水导致表面桨推力系数的周期性脉动;桨叶的杯形随边在入水时是空气通道,在出水时是水流通道,形成了表面桨的通气;考虑自然空化对计算结果的影响体现在推力系数的增大。     

窄裂纹通道流动特性数值计算研究

管道裂纹泄漏率预测是破前漏技术的应用基础,窄缝裂纹流道的流动特性将直接影响泄漏率计算结果。本研究采用数值计算方法,对窄缝裂纹通道进行参数化建模,通过计算流体力学技术(CFD)研究裂纹几何形貌参数对流动特性的影响。研究结果表明,宏观粗糙度与裂纹张开位移(COD)的比值会影响裂纹通道流场和湍流特性,使得相同雷诺数下的阻力系数随上述比值的增加先增加后减小。     

挖泥船疏浚管路的磨损分析及耐磨材料的应用

挖泥船疏浚管路在高浓度泥沙的运输过程中,对管道尤其对弯道处的管路会产生必然的物理磨损。为降低疏浚管路的物理磨损并延长管道使用寿命,本文基于fluent软件采用数值模拟方法分析高浓度泥沙在长距离非直型管道中的流动压强、流速及磨损特性。在此基础上对磨损较为严重的弯管内壁使用优异的耐磨材料,以延长疏浚管路使用寿命,提高疏浚管路的性能及效率,减少停机维修率。     

强弯渠道三维水流数值模拟

文章采用半隐有限体积方法建立求解渠道三维流动的数值模型,分别采用标准κ-ε和低雷诺数κ-w紊流封闭模型模拟定床条件下193°强弯渠道的流动特性。变量交错定义在水平非结构网格上,通过求解自由水位控制方程计算自由表面。计算值与试验测量值的对比,表明模型可用来模拟强弯渠道的三维流动,尤其对于渠道横向二次流运动,为进一步研究弯曲渠道的动床水力特性创造有力条件。     

饼形破片入水侵彻速度衰减公式的修正

[目的]破片是舰船液舱防护的重点对象,开展高速饼形破片入水速度衰减特性研究可为液舱的防护分析和优化提供理论参考。[方法]首先,考虑破片入水过程中阻力系数的变化,引入经验系数a和b,改进经典理论公式;然后,采用数值仿真方法模拟破片入水过程,将仿真结果与经典理论公式和改进公式的计算结果进行对比;最后,通过经验系数a和b,研究初始速度和长径比对破片侵彻速度衰减规律的影响。[结果]结果显示,与经典公式相比,改进公式更适用于研究饼形破片入水侵彻速度的衰减特性。阻力系数与长径比有关:当长径比小于0.5时,阻力系数受侵彻位移变化的影响较大;当长径比大于0.5时,阻力系数受侵彻位移变化的影响较小,可以把阻力系数看作常数。[结论]利用改进的理论公式可以简单计算液舱对饼形破片的防护效果。