基于CFD的土工离心机风阻及流场特性分析

目的估计土工离心机的风阻功率。方法针对一稳态运行的中低速土工离心机,利用多参考坐标系(MRF)模拟转臂与墙壁之间的相对运动,对离心机稳态运行时机室内的空气流场进行CFD仿真,对计算流体力学仿真、解析公式方法和试验的风阻功率进行对比。结果三种方法得到的风阻功率较为接近,验证了数值仿真方法的正确性。同时,研究了机室内空气流速和压力的空间分布特征,验证了经典解析公式的假设合理性。结论 CFD仿真方法避免了传统解析方法对试验数据的依赖和参数选取主观性,能够得到较高精度的分析结果,该研究为基于计算流体力学的土工离心机的高置信度风阻计算打下了基础。     

基于ZJU400土工离心机的CFD模拟方法

目的给出可靠的CFD模拟方法,用于土工离心机风阻功率估算,得到流场及温度场模拟结果。方法针对ZJU400中高速大型土工离心机,利用结构化网格划分使转臂及内壁面处的y+值<30,使其满足湍流模型边界层厚度要求。利用k-omega SST湍流模型和MRF多参考系方法对ZJU400土工离心机进行数值模拟,对模拟所得风阻功率、流场和温度场进行对比验证。结果模拟所得风阻功率与ZJU400实测数据偏差<10%,模拟所得流场与文献[8]中的结果吻合,温度场与实测数据吻合。结论针对ZJU400中高速大型土工离心机的CFD模拟方法取得了精度较高的模拟结果,通过仿真模拟弥补了大型土工离心机实验数据缺乏问题,减少了对实验数据的依赖,为制造设计和研究大型土工离心机提供了CFD模拟方法。     

机室真空度对高速土工离心机风阻和环境温度影响的数值研究

目的 揭示机室真空度对高速离心机风阻和环境温度的影响机制和规律。方法 基于多参考坐标系计算方法,开展离心机环形机室的三维流动传热数值模拟。结果 在本文的研究范围内,随着机室真空度的下降,离心机风阻功率单调降低,相对于常压环境,当机室真空度降低为5、30 kPa时,风阻功率分别降低超过90%和60%。机室真空度的降低,一方面引起黏性耗散产热的减弱,另一方面也弱化了机室表面对流换热和机室空气的传热能力,体现出复杂的环境温度影响机制。相对于常压环境,机室真空度为5、30 kPa时,离心机室环境最高温度分别降低约24.7、9.4 K。结论 在本文的研究参数范围内,降低机室真空度可以有效降低环境温度,且在真空度降低至10 kPa以下时,降温幅度更为明显。     

基于CFD方法的土工离心机数值建模

目的 研究湍流模型和旋转域划分对土工离心机数值计算的影响,以建立适用于土工离心机计算的数值模型。方法 针对一款有实测风阻功率的土工离心机模型,分别采用SRF和MRF方法进行建模,选用标准k-ε、RNG k-ε和SST k-Omega湍流模型,对不同转速下土工离心机室内流场进行数值模拟,对比计算所得风阻功率、流场及温度场分布。结果 标准k-ε模型和SST k-Omega模型对湍流黏度的过度预测会导致计算所得土工离心机风阻功率偏大。中低转速下,旋转域的划分对计算结果的影响较小,但采用SRF方法计算所得的风阻功率与实验值更接近。结论 通过对比实验结果,为土工离心机计算建立了较为可靠的数值模型,并通过对比流场分布分析了因湍流模型选择引起计算误差的原因,为土工离心机数值模拟提供了思路。     

某油箱离心试验吊篮动平衡分析

对于试验件为未装满液体油箱的离心试验,随着离心机转速的增加,液面、液体重心位置和吊篮耳轴的惯性矩均发生变化,而吊篮内安装的配重块重心在离心机运转过程中是不变的,因而离心机吊篮承受随转速变化的不平衡力矩,该不平衡力矩达到一定值会引起试验事故或设备损坏。提出动平衡分析的方法,得到不平衡力矩随加速度变化的函数关系,利用函数最大值最小值的数学求解和函数图像应用,来确定离心机吊篮的最佳配平方案。     

高速土工离心机温升的数值模拟

目的 数值计算高速土工离心机机室温度分布,研究不同真空度和侧壁温度对机室温升的影响,并为高速土工离心机提出温控方案。方法 针对一款在建的高速土工离心机,采用SRF方法和RNG k-ε湍流模型对其进行数值计算,对比不同转速下离心机的温升。针对加速度为1500g的运行工况,对比不同机室压力和侧壁温度对机室温升的影响。结果 高速土工离心机以1500g加速度运行时,机室最高温度可达83℃。运行压力从100 kPa降至3 k Pa,机室最高温度下降约15℃,侧壁温度每降低10℃,机室最高温度降低约5℃。另外,真空度配合侧壁冷却无法满足散热要求时,可考虑在机室顶部靠侧壁布置面积不小于顶部面积1/4的冷却环。结论 利用CFD数值计算方法,定量得到了高速土工离心机机室温度随转速、真空度和侧壁温度的变化,为其冷却方案的设计提供了参考。     

土工离心机风阻计算方法的对比研究

目的评估不同土工离心机风阻功率估算方法的效果和优缺点,为工程应用及未来研究发展方向提出建议。方法重点以土工离心机为例,总结几种有代表性的计算方法,系统分析不同方法之间的共性和差异。通过一个算例,同时结合以往离心机的设计经验,对各种方法的效果进行对比。结果法国方法、美国方法、中国工程物理研究院方法和CFD仿真方法在精度上依次增大,但复杂性依次升高,后两种方法不需借助试验来确定参数。结论对于中低速土工离心机,中国工程物理研究院方法具有较大的优势。随着土工离心机向着高速、大规模方向发展,经典解析方法的适用性尚未得到充分验证,基于CFD的高置信度仿真是一种较好的解决方案。     

振动离心复合环境下结构响应试验研究

目的研究振动离心试验系统复合功能下的振动台体、吊篮连接装置、离心机机臂端头及机臂中部的结构振动响应特性及传递规律。方法根据复合振动激振系统在不同工况下,测量离心机机臂、连接装置等部位的加速度响应,以振动台体为基准,计算被测部位相对于台体的振动加速度传递比。结果在振动离心复合功能运行时,振动响应沿台体、吊篮连接装置、机臂端头到机臂中部逐级衰减,机臂中部处振动响应最小,响应传递比呈衰减规律;振动复合试验中机臂沿径向传递比为2.3%、沿切向传递比为2.6%;在正弦拍波试验中,机臂沿垂向传递比为2.3%,沿切向传递比为3.1%,传递比随拍波频率增大而变化;地震波试验中机臂沿垂向传递比为9.4%,切向传递比为2.9%。结论通过试验分析得到振动离心复合下离心机结构连接装置、机臂等位置的振动响应和传递规律,结果可为大型复杂离心机结构设计及模型修改等提供数据支持。     

超重力模拟试验离心机振动特性的回归分析

目的 研究试验离心机轴承座以及主轴振动随运行工况的变化规律,实现不同工况下离心机振动的预测。方法 通过试验方法分别获取不同工况下超重力模拟试验离心机的轴承座以及轴振数据。建立试验离心机的单自由度动力学模型,基于该模型,对不同工况下离心机基座振动加速度以及主轴振动位移进行回归分析。结果 离心机轴承座以及主轴振动基频均随着转速以及不平衡量的增大而增大。回归模型对轴承座以及机室基频振动数据的回决定系数均在0.9以上,对中导以及上导主轴振动位移的回归决定系数在0.7左右,对下导主轴振动位移决定系数小于0.1。结论 回归模型可以很好地解释和预测轴承座以及机室振动基频随着转速和不平衡量的变化规律,可以部分预测中导以及上导处主轴振动位移随运行工况的变化。该分析结果为大型试验离心机振动监测系统的设计以及振动特性的预测提供了参考。     

土工离心机研制概述

简要介绍了土工离心机发展状况,结合TLJ-500型土工离心机设计情况,重点就土工离心机研制及设计需关注的问题进行讨论。比较了土工离心机的总体布局和三种不同主机结构方式的优缺点,就离心机最大加速度、有效半径、容量等土工离心机设备研制的相关指标确定进行了讨论。详细描述了土工离心机主传动系统,转动系统,油、水、气旋转接头系统,控制系统,测试系统等系统设计情况。针对离心机消耗功率、主机室内温升、实验室噪音控制等问题,对实验室建设提出几点建议。     

环境实验箱气流组织与围护结构耦合传热研究

目的研究环境实验箱在升、降温过程中气流组织与围护结构的耦合传热行为,为环境实验箱制冷/加热能力的确定提供精确的设计方法。方法首先利用UC240环境实验箱搭建实验平台,测量环境箱送风口速度分布,以及升、降温过程中室内及壁面的温度曲线,然后对环境箱进行建模,以实测的送风速度、温度作为边界条件,利用CFD方法进行仿真,最后对比分析实验值与CFD仿真的结果。结果利用CFD方法计算得到的环境箱升、降温曲线与实测值吻合较好,尤其是壁面温度曲线,误差不超过4℃。送风温度可以根据蒸发器理论或加热功率和回风温度而动态地确定。结论利用CFD方法分析环境实验箱气流组织与围护结构的耦合传热是可行的,FLUENT的UDF功能可根据需要扩展,以协助设计蒸发器和控制策略。     

气箱式脉冲喷吹袋式除尘器清灰系统主要技术参数的确定

为了揭示气箱式脉冲袋式除尘器的清灰机理,应用压缩气体流动能量方程,推导出滤袋表面的反向清灰风速教学表达式;根据袋式除尘器实验模型测定的数据,得出了剥离力与粉尘剥离率之问的关系式,并在此基础上提出了清灰系统设计方法;应用气体射流理论得到了脉冲喷吹质量流量、喷吹口直径、空压机供气压力和供气量的计算公式.结果表明,在粉尘负荷一定的条件下,给定预期的剥离率,可以得到所必需的反向清灰风速和喷吹气体流量,据此可以确定清灰系统的主要技术参数.     

Environmental chamber for study of the deposition flux of gaseous pollutants to material surfaces

A specially designed recirculating environmental chamber was constructed to study the environmental factors affecting the deposition of pollutant gases to the surface of stone and other building materials. The chamber and sample holder are designed to place samples in an aerodynamically well-defined air flow. The system is designed to permit use of radioactive ³⁵SO₂ as a tracer if necessary. A wide range of typical environmental conditions can be continuously maintained in the chamber. Wind speeds in the test section can range up to about 5 ms⁻¹, exposing replicate samples to air flow that is uniform to within approximately 3%. Relative humidity in the chamber can be maintained to within 3%, and SO₂, NO₂ and O₃ concentrations in the chamber air can be maintained to within 4%. Test results indicate SO₂ deposition and wind speed in the chamber are closely correlated, allowing for a direct determination of the surface resistance (r_c) component of the SO₂ deposition velocity to various test materials. Initial studies of SO₂ deposition to limestone and marble indicate the r_c values are approximately 1.3 s cm⁻¹ for fresh limestone and 34 s cm⁻¹ for fresh marble at 75% relative humidity, 26°C and 50 ppb SO₂.     

二段往复炉排焚烧炉炉拱的优化辅助设计

为实现二段往复炉排焚烧炉炉拱的优化设计 ,运用PHOENICS软件进行炉内流场的模拟 ,研究炉拱形状和尺寸对流场的影响。通过模拟发现 ,后拱后移可以避免压火现象 ,保证炉膛空间良好的火焰充满度 ,但存在最佳后移尺度 ,以同时保证喉口位置烟气湍流效果强烈 ,充分发挥炉膛后拱和前拱的辐射及对流传热的效果。根据炉内气流湍动情况以及风速的范围 ,确定在原设计基础上将后拱后移 0 5m为最佳炉膛尺寸     

曝气条件对等温层曝气器水力性能的影响

等温层曝气器内表观水流速度直接影响等温层曝气的充氧效果,针对表观水流速度难以准确计算的普遍问题,系统分析了曝气室内气水两相流运动所受的驱动能量与损失能量,提出了尾涡和顶部能量损失的无量纲表达式,建立了曝气室内水流的一维水动力学模型,以及基于MATLAB真域算法的模型求解方法.采用美国Prince湖等温层曝气器的实际运行数据,对该模型进行了验证,表观水流速度的预测误差在±8％以内,明显低于现有预测误差±20%.当曝气孔直径为2.6mm、曝气量从0.018m3/h增加到0.063m3/h时,曝气室内表观水流速度随曝气量的增加而增加;当曝气量固定,曝气孔直径从2.6mm减小至0.26mm时,表观水流速度随曝气孔直径的减小而增加,而当曝气孔直径进一步减小至0.026mm时,表观水流速度基本不受影响.计算了不同条件下的驱动能量和各项损失能量,揭示了引起表观水流速度变化的内因.建立的水动力学模型可用于指导等温层曝气器的设计和优化.     

一种基于燃烧器的热风洞控制系统设计与验证

目的 研究一种基于燃烧器的热风洞控制系统,重点对其空气流量及温度控制开展研究。方法 对于暂冲式气源,压力持续下降容易导致流量不稳定,而流量对温度控制存在耦合关系,因此提出基于解耦的双回路PID控制策略。针对大流量气路调节阀动态特性差的问题,提出带辅助气路的双路协调控制策略。通过AMESim和MATLAB联合仿真,建立热风洞试验系统的模型,分析热风洞控制系统的动态特性。基于cRIO平台构建控制器,对热风洞开展实际的控制试验。结果 空气流量稳态误差不大于2%,温度波动不大于1%,稳定时间>25 s,达到了热风洞设计和使用要求。结论 空气流量、燃油流量等因素均对出口温度有较大影响,采用空气流量和温度的综合控制策略,能够实现空气流量控制及在不同空气流量下的温度控制,并维持较长时间的稳定状态。