基于Fluent 6.0的风机流场模拟与噪声预估

利用Fluent 6.0计算流体软件对风机的三维流场进行了模拟分析,同时进行了风机噪声的预估.流场模拟的紊流模型采用RNGk-ε模型,风机旋转区与非旋转区的耦合采用了移动参考坐标系模型MRF.对原风机模型和叶片穿孔后的风机模型进行了噪声预估,噪声预估采用非稳态隐式求解,紊流模型采用LES大涡模拟,旋转流体边界采用滑移网格,同时对模拟结果进行了分析.模拟结果有助于了解风机内流场的运动规律,为进一步优化风机结构,降低风机噪声提供了有益参考.     

离心风机流场大涡模拟与管中噪声数值预报

[目的]为开展离心风机振动噪声预报,[方法]首先,对离心风机整个流域进行结构化网格划分,采用大涡模拟(LES)获得叶轮表面随时间变化的脉动力,以旋转偶极子辐射为模型,采用声学有限元方法计算管道中的辐射声;然后,以蜗壳部分的壁面偶极子为辐射源,计算壁面脉动压力辐射声;最后,将数值计算结果与试验结果进行对比分析。[结果]结果表明,蜗壳壁面脉动压力辐射声在低频段高于叶轮辐射声,而在高频段低于叶轮辐射声;数值计算结果与实验结果具有一致性。[结论]所提叶轮辐射声及蜗壳壁面脉动压力辐射声的预报方法可满足工程应用需求。     

离心风机管道中三维精细速度场的数值预报与验证

离心风机在某转速运行时,进风口、出风口均与大气直接相通,本文用自由入口、自由出口作为计算时的边界条件以模拟实际情况;根据风机几何拓扑特征,划分高质量的结构化网格;数值计算时,外域静止、包含叶轮的内域以离心风机实际转速旋转,以交界面进行数据传递,湍流模型采用RNG k-ε,计算得到的管道中流速与测量结果十分吻合。预报方法可用于复杂风管设计、风机选型等。     

开槽蜗舌对离心风机流场特性的影响

针对风机叶轮射流尾迹与蜗舌产生的动静干涉流场的特性,研究风机内部动静干涉流场的相互作用机制.以某离心风机为研究对象,通过对传统蜗舌的结构进行改进,在叶轮出口长度对应的蜗舌展向长度范围内开槽,采用数值计算的方法分析开槽结构的槽宽、槽深和间距等参数对离心风机的气动特性和风机内部流场分布的影响规律.计算结果表明:开槽蜗舌有助于改善风机的运行效率,减小尾迹对蜗舌前缘的冲击,延缓蜗舌下游边界层的流动分离,削弱叶轮与蜗舌之间的动静干涉作用,抑制蜗壳壁面的非定常压力脉动.     

开槽蜗舌对离心风机流场特性的影响

针对风机叶轮射流尾迹与蜗舌产生的动静干涉流场的特性,研究风机内部动静干涉流场的相互作用机制。以某离心风机为研究对象,通过对传统蜗舌的结构进行改进,在叶轮出口长度对应的蜗舌展向长度范围内开槽,采用数值计算的方法分析开槽结构的槽宽、槽深和间距等参数对离心风机的气动特性和风机内部流场分布的影响规律。计算结果表明:开槽蜗舌有助于改善风机的运行效率,减小尾迹对蜗舌前缘的冲击,延缓蜗舌下游边界层的流动分离,削弱叶轮与蜗舌之间的动静干涉作用,抑制蜗壳壁面的非定常压力脉动。     

船用离心风机叶片开槽对气流流动特性的影响

提出船用离心风机叶片开槽处理技术,以改善叶轮通道气体流场。利用商用CFD软件,分别对某型离心风机原始叶轮和开槽叶片叶轮进行三维数值模拟,并详细对比分析了2种叶轮模拟结果。结果表明:开槽处理可抑制射流-尾迹现象进而减小由此引起的叶片尾缘漩涡,并减弱通道内漩涡,从而提高通道内流场稳定性,增加通道流通面积,并且在一定范围内提高叶轮性能。     

船用离心风机流动诱发噪声定量研究

对于进出口管道开口的大型船用离心风机,其内部非定常流动诱发的噪声是气动噪声和振动噪声的耦合且噪声以基频为主。本文通过数值计算方法定量研究了风机最高效率点(BEP)的基频噪声辐射,包含叶轮气动噪声、壳体气动噪声和壳体振动噪声。基于声学有限元方法,利用FW-H方程耦合URANS流场计算结果数值计算了离心风机的噪声辐射;以流动诱发壳体振动的压力脉动为噪声激励源,基于声学有限元方法,计算了壳体振动噪声辐射。结果表明,壳体基频气动噪声是风机噪声的主要贡献量(87 dB),其次是叶轮基频气动噪声(71dB),壳体基频振动噪声最小(57 dB)。噪声叠加使总噪声辐射增加了0.9 dB,但是声场的指向性没有发生变化。     

叶片厚度对混流泵性能的影响研究

采用高质量结构化网格离散混流泵计算域,基于雷诺时均(RANS)方程和剪切应力输运(SST)湍流模型对混流泵内流场进行数值模拟.采用多种定性和定量指标对不同叶轮叶片厚度时混流泵的扬程、功率和效率特性及叶轮进、出口的流场流动情况进行对比分析.结果表明:在相同流量下,随叶轮叶片厚度减薄,泵的扬程和功率增加,且最高效率点向大流量工况偏移,最高效率略有升高;叶轮叶片厚度减薄提高了流场流动均匀度,改善了叶片表面压力分布情况,使空化性能得以改善.     

基于格子玻尔兹曼离心泵内部流场数值模拟

格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)作为一种新颖的计算流体动力学方法,能够模拟多种复杂的流体问题。论文采用格子玻尔兹曼无网格方法,利用XFLOW软件对离心泵内部流场进行数值模拟,模拟结果表明:离心泵在出口处压力达到最大值;速度从叶轮进口到叶轮出口逐渐增大,在叶轮出口处达到最大值;湍流强度在设计工况时最弱,在大流量工况和小流量工况湍流强度变大;涡量随着流量的增大也逐渐增大,在蜗壳的出口处表现最为明显。     

双吸泵的多相位定常三维数值模拟

采用ANSYS CFX软件,以雷诺时均(RANS)方程和剪切应力输运(Shear Stress Transport,SST)湍流模型为基础,对双吸泵设计工况进行了多相位定常三维数值计算。模拟结果揭示了泵扬程随叶轮与蜗壳相对位置的变化规律,其平均值与试验值较接近。获取了叶轮通道的流场分布、蜗壳进口截面上压力和速度分布规律及蜗壳特征断面上漩涡结构演化特征。结果表明,多相位定常流动数值模拟在节省大量计算资源的前提下可反映出泵内流场的非定常流动特性。     

离心泵水动力噪声计算方法研究

离心泵作为舰船重要的流体机械,也是管路系统中主要噪声源之一。泵内流动诱发噪声的计算难点在于流噪声声源的准确模拟和边界条件的确定。文中采用CFD方法计算泵内流场并根据FW-H方程提取叶轮转动偶极子声源和蜗壳内表面偶极子声源;基于管道测试技术获得泵进出口边界条件,建立了以蜗壳为界的边界元模型,考虑了蜗壳对声传播的散射作用。通过内域声学直接边界元方法求解泵内声场,建立了离心泵水动力噪声的计算方法。通过试验测试对建立的计算方法进行了验证。计算分析表明:离心泵内主要噪声源为蜗壳表面偶极子声源;泵出口噪声大于入口,具有偶极子声源特性。     

蜗壳截面形状对舰用离心泵性能特性的影响

为研究蜗壳截面形状对舰用离心泵性能的影响作为后续研究舰用离心泵噪声振动特性的理论依据，在蜗壳基圆、各断面面积、隔舌螺旋角、隔舌安放角和蜗壳出口面积相同的情况下，改变蜗壳截面形状，分别设计A型、B型和C型蜗壳。对3种蜗壳型式离心泵进行数值计算。结果表明，3种型式蜗壳离心泵的外特性变化趋势基本一致。小流量工况的A型蜗壳离心泵效率略小，大流量工况的B型和C型蜗壳离心泵效率小。随着流量的增大，B型和C型蜗壳离心泵效率下降幅度较大。3种型式蜗壳离心泵在相同工况条件下，压力场、速度场、湍动能和空化现象的变化趋势大致相同。3种型式蜗壳离心泵流场特性在隔舌流道和蜗壳流道处均不相同，表明改变蜗壳截面形状主要影响叶轮靠近隔舌流道和蜗壳流道内的流场。     

大型船用轴流风机流场数值仿真及其气动噪声源特性研究

基于Realizable k-e双方程湍流模型,利用CFD软件建立了某型船用轴流风机内部流场的仿真模型,分析了转速1460rpm时,不同工况下轴流风机出口压力和效率随流量的变化关系,深入研究了叶轮区域的气体流动的压力和速度的分布、形成过程及相互关系。分析发现,在叶片叶顶区域,由叶顶间隙涡形成的叶顶间隙噪声是该轴流风机的主要气动噪声源;湍流强度与声功率级具有较为一致的分布趋势,湍流强度是影响噪声分布的重要因素。研究结果对分析大型船用轴流风机气动噪声产生机理具有参考价值,并为降低其噪声提供依据。     

船用通风机减振降噪的探讨和实验研究

船用通风机的性能、噪声和振动是衡量风机好坏的重要指标。性能关系到通风效果,噪声和振动关系到船员身体健康、工作效率和安全性。本文首先对船用通风机从进口到出口进行了整体模拟,并在此基础上对叶轮和蜗壳进行了优化设计,使之合理匹配,从而提高风机性能,并从源头上降低空气动力噪声。实验结果表明,与原型机相比,改进之后的风机在设计工况处噪声值降了5dB。同时,本文还通过减小叶轮的偏心距来进行减振研究,使通风机组的结构噪声比原型机下降2dB。     

循环水槽推进叶轮近场辐射噪声的数值模拟

为了研究大型循环水槽中推进叶轮的辐射噪声特性,建立了叶轮和管道的模型并进行了数值模拟。采用CFD方法,使用滑移网格方法实现推进叶轮的旋转,研究定常流场中推进叶轮的水动力和声辐射。在叶轮周围和桨轴后部布置一圈环形测点和一列轴向测点,监测叶轮径向和轴向各测点处的压力脉动,通过傅里叶变换得到各测点的噪声频谱。结果表明,推进叶轮轮缘处的噪声大致相同,在低频处声压级呈周期性变化,在高频处声压值不断降低,推进叶轮桨轴后的轴向测点声压随着距离增加而迅速变小。     

小型旋流燃烧器冷热态流场数值模拟

本文以一种装载在液货船上的小型旋流燃烧器为对象,利用Fluent商用软件,采用非预混PDF燃烧模型、DPM离散相模型和D0辐射模型等,对其内部冷热态流场进行数值模拟研究,得到了燃烧器内部燃油喷射、油气混合以及燃烧流动的规律,模拟结果和试验数据基本吻合。通过分析燃烧室内部压力场、速度场、温度场、组分浓度场的变化,找到燃烧室内部烟气流动的规律,仿真结果对实际运行、设计及改造提供了有益的参考意见。     

一种低振动低噪声新型舰用离心通风机

针对现役舰用离心通风机振动大噪声大的问题,本文提出了一种新型离心通风机结构,设计实现了新型通风机的叶片、蜗壳和电机等通风机关键部件,经过性能测试和近140余台的实船应用表明该型离心通风机比普通离心通风机振动低2个数量级、噪声平均地6分贝、体积平均减小30%、重量平均减轻30%、功耗平均降低20%,可显著降低离心通风机的振动、噪声并提高舰船通风效果。     

Topological analysis of the formation of Jet-Wake flow pattern in centrifugal impeller channel

Topological analyses are carried out for the numerical results of internal flow field in centrifugal impeller. Topological rules of the singular point characteristics of the limiting streamline are derived and used to determine three dimensional separation patterns in centrifugal impeller and to verify the numerical results. The results reveal that the wake is saddle to nodal closed separation and the formation, its onset point and its developing process of Jet-Wake Flow pattern a in centrifugal impeller are presented in this paper.