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轮缘驱动泵喷推进器的螺旋桨性能优化方法

舰船科学技术 2024年第12期46卷 46-52页

作者：张敏革王新锐韩光哲李茂仇景天津科技大学机械工程学院天津300222 天津瀚海蓝帆海洋科技有限公司天津300457

为得到适用于新型轮缘驱动泵喷推进器的螺旋桨,在传统泵喷推进器螺旋桨的基础上进行性能优化方法研究十分必要。利用CFD数值模拟方法对推进器进行水动力仿真,分别对比3个不同的螺旋桨孔径比和3种桨叶厚度分布方案对推进器敞水性能的影... 详细信息

为得到适用于新型轮缘驱动泵喷推进器的螺旋桨,在传统泵喷推进器螺旋桨的基础上进行性能优化方法研究十分必要。利用CFD数值模拟方法对推进器进行水动力仿真,分别对比3个不同的螺旋桨孔径比和3种桨叶厚度分布方案对推进器敞水性能的影响。对比结果发现小孔径比对推进器敞水性能更为有利,其中0.1孔径比推进器比0.3孔径比推进器的敞水效率最大提升了3.25%。厚度反置导致轮缘驱动螺旋桨高半径处压力分布不均匀,扭矩大幅提升,敞水效率大幅降低。轮缘驱动螺旋桨的厚度越小,扭矩越低,敞水效率越高,其中方案C桨的扭矩比方案A最大降低了21.74%,敞水效率最大提升了12.9%。

关键词：轮缘驱动泵喷推进器螺旋桨扭矩平衡

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后置定子泵喷推进器压力脉动特性分析

舰船科学技术 2024年第3期46卷 62-68页

作者：杜通成武建国张敏革王昌强王伟河北工业大学机械工程学院天津300401 天津科技大学机械工程学院天津300222 天津瀚海蓝帆海洋科技有限公司天津300462

基于改进的延迟分离涡模型对后置定子泵喷推进器瞬态流场进行数值模拟,所得推力计算值与试验值最大误差为4.68%,验证数值模拟的可靠性。分析泵喷推进器近流场压力脉动时频域特性,研究多工况下后置定子表面压力系数、声压脉动时均值的分... 详细信息

基于改进的延迟分离涡模型对后置定子泵喷推进器瞬态流场进行数值模拟,所得推力计算值与试验值最大误差为4.68%,验证数值模拟的可靠性。分析泵喷推进器近流场压力脉动时频域特性,研究多工况下后置定子表面压力系数、声压脉动时均值的分布规律。结果表明,泵喷推进器内压力脉动主要受转子影响,脉动周期与转子旋转周期一致,频域峰值出现在低频段且均为转子叶片通过频率的整数倍;后置定子平衡转子扭矩的做功区集中在定子前缘,并沿弦向贡献逐渐降低,尾缘约1.8%定子弦长位置对平衡扭矩近乎无贡献;前缘是定子噪声的主要贡献源,在高进速系数下,尾缘表现为定子噪声的次要贡献源,随着进速系数的降低,尾缘对定子噪声贡献逐渐降低。

关键词：泵喷推进器压力脉动改进的延迟分离涡模型数值模拟

双螺带-螺杆搅拌桨在不同流体中的搅拌流场特性

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天津大学学报 2009年第10期42卷 884-890页

作者：张敏革张吕鸿姜斌李鑫钢天津大学化工学院天津300072 精馏技术国家工程研究中心天津300072

采用计算流体力学方法对双螺带-螺杆搅拌桨在层流域内的搅拌流场进行了数值模拟,考察流体为高黏牛顿流体和假塑性非牛顿流体.数值模拟计算得到的功率值与实验测量值吻合较好;双螺带-螺杆搅拌桨的功率常数为162.7,Metzner常数为19.0;搅... 详细信息

采用计算流体力学方法对双螺带-螺杆搅拌桨在层流域内的搅拌流场进行了数值模拟,考察流体为高黏牛顿流体和假塑性非牛顿流体.数值模拟计算得到的功率值与实验测量值吻合较好;双螺带-螺杆搅拌桨的功率常数为162.7,Metzner常数为19.0;搅拌雷诺数以及流体的流变指数对非牛顿流体搅拌流场的无因次速度、循环量数均有不同程度的影响;与双螺带搅拌桨相比,双螺带-螺杆搅拌桨能在一定程度上提高全槽平均剪切速率和平均速度.研究进一步认识了双螺带-螺杆搅拌桨的混合性能特点,为高黏流体搅拌桨的设计、应用以及开发新型搅拌桨提供了指导和参考.

关键词：双螺带-螺杆搅拌桨功率常数轴向速度流变指数平均剪切速率

双螺带螺杆桨气液混合性能数值模拟及其工业应用

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天津大学学报 2012年第6期45卷 546-551页

作者：张敏革张吕鸿姜斌葛春李鑫钢天津大学化工学院天津300072 天津大学精馏技术国家工程研究中心天津300072

针对聚合物溶液为高黏非牛顿流体并且水解过程产生气泡的特殊物系,开发了双螺带螺杆搅拌桨.采用双欧拉模型和滑移网格法对双螺带螺杆搅拌桨在高黏气液两相流中的流体力学行为进行了非稳态数值模拟.研究结果表明,双螺带螺杆桨的特殊结构... 详细信息

针对聚合物溶液为高黏非牛顿流体并且水解过程产生气泡的特殊物系,开发了双螺带螺杆搅拌桨.采用双欧拉模型和滑移网格法对双螺带螺杆搅拌桨在高黏气液两相流中的流体力学行为进行了非稳态数值模拟.研究结果表明,双螺带螺杆桨的特殊结构使得全槽流场呈现轴线大循环特征,全槽溶液表观黏度分布比较均匀,并且有利于溶液中气泡的聚集和浮升,适用于聚合物溶液的水解混合过程.该装置已成功应用于我国某油田聚合物溶液的配置过程中.

关键词：非牛顿流体气泡气液两相流双螺带螺杆桨

部分水解聚丙烯酰胺溶液的黏弹性数学模型及其松弛时间谱的研究

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石油化工 2015年第1期44卷 64-70页

作者：秦青张敏革林兴华杨久平沈阳理工大学环境与化学工程学院辽宁沈阳110159 中国石油抚顺石化分公司石油三厂辽宁抚顺113004

利用稳态剪切实验和小振幅动态震荡剪切实验得到部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)溶液的弹性模量、黏性模量、表观黏度和第一法向应力差,采用定义平均标准偏差为目标函数,拟合了HPAM溶液的松弛时间谱,结合KBKZ本构方程,在准确可靠表征HPAM溶液... 详细信息

利用稳态剪切实验和小振幅动态震荡剪切实验得到部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)溶液的弹性模量、黏性模量、表观黏度和第一法向应力差,采用定义平均标准偏差为目标函数,拟合了HPAM溶液的松弛时间谱,结合KBKZ本构方程,在准确可靠表征HPAM溶液黏弹性的前提下,将松弛时间谱的个数减少为3个,并对比了实验值和模型计算值。实验结果表明,角频率变化对HPAM溶液弹性模量的影响较大而对其黏性模量的影响较小。HPAM溶液具有剪切稀化特性,且剪切速率越大,溶液弹性越大。选取6个松弛时间数和3个松弛时间数计算得到的黏性模量、表观黏度和第一法向应力差与实验数据基本一致。对于一般的HPAM溶液松弛时间谱的模拟计算,选取3个松弛时间数足以满足需要,为工程中的简化计算提供了理论依据。

关键词：部分水解聚丙烯酰胺黏弹性数学模型松弛时间谱 KBKZ本构方程

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聚合物溶液搅拌流场PIV测量初步

化工进展 2011年第8期30卷 1681-1686,1692页

作者：张敏革张吕鸿姜斌李鑫钢天津大学化工学院天津300072 精馏技术国家工程研究中心天津300072

采用粒子图像成像仪(PIV)对广泛应用于我国油田驱油用的聚合物溶液搅拌流场进行了测试。研究过程发现,由于聚合物溶液具有黏弹特征、透明度较差、其它透明物系又无法替代的特点,采用较大颗粒的示踪粒子、激光光强为400 mJ时,PIV仪器相... 详细信息

采用粒子图像成像仪(PIV)对广泛应用于我国油田驱油用的聚合物溶液搅拌流场进行了测试。研究过程发现,由于聚合物溶液具有黏弹特征、透明度较差、其它透明物系又无法替代的特点,采用较大颗粒的示踪粒子、激光光强为400 mJ时,PIV仪器相机仍不能拍摄到浓度高于1000 mg/L聚合物溶液中示踪粒子的清晰图像;双螺带螺杆搅拌桨在浓度为1000 mg/L和500 mg/L聚合物溶液中的搅拌流场并没有像圆盘和圆球一样出现反向二次流现象,而是呈轴向大循环特征;在层流区域内,搅拌转速以及溶液浓度对搅拌槽内整体大循环特征影响不大;研究表明双螺带螺杆搅拌桨应用于聚合物溶液的搅拌混合是合适的。

关键词：粒子图像成像仪聚合物溶液黏弹特征示踪粒子双螺带螺杆桨

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波纹板填料的流体力学性能

化工进展 2012年第11期31卷 2411-2414,2441页

作者：张敏革王雷聂凡崔岳峰李鑫钢沈阳理工大学环境与化学工程学院辽宁沈阳110159 天津大学化工学院精馏技术国家工程研究中心天津300072 中国科学院沈阳自动化研究所辽宁沈阳110016

应用商用Fluent软件,采用RNG k-湍流模型,对波纹板填料内三维气相流场进行了数值模拟研究。结果发现,气体从填料底部进入后,大部分气体流入波纹板波谷,并沿波纹板倾角方向流动,此时气体流速较大,压降较小;小部分气体在波纹板波锋区域流... 详细信息

应用商用Fluent软件,采用RNG k-湍流模型,对波纹板填料内三维气相流场进行了数值模拟研究。结果发现,气体从填料底部进入后,大部分气体流入波纹板波谷,并沿波纹板倾角方向流动,此时气体流速较大,压降较小;小部分气体在波纹板波锋区域流动,方向曲折向上,气体流速较小,压降也较大;不同气体动能因子下填料的干板压降模拟值与Billet模型预测值、文献实验数据吻合较好;在理想波纹板填料模型中,气体沿波纹板倾角方向流动碰到塔壁时,转向相邻板片波纹倾角的方向流动,实际应用中容易出现壁流现象。本研究对波纹板填料结构改型及应用具有重要指导意义。

关键词：波纹板填料三维流场数值模拟压降壁流

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非牛顿流体搅拌流场的数值模拟研究进展

化工进展 2009年第8期28卷 1296-1301页

作者：张敏革张吕鸿姜斌李鑫钢天津大学化工学院天津300072 精馏技术国家工程研究中心天津300072

对非牛顿流体搅拌流场数值模拟过程中的控制方程、旋转桨叶的处理以及数值计算方法三个方面进行了综合论述。阐述了广义牛顿流体模型形式简单、计算量低,在非牛顿流体搅拌流场数值模拟过程中应用广泛;黏弹性流体本构方程具有高度的非线... 详细信息

对非牛顿流体搅拌流场数值模拟过程中的控制方程、旋转桨叶的处理以及数值计算方法三个方面进行了综合论述。阐述了广义牛顿流体模型形式简单、计算量低,在非牛顿流体搅拌流场数值模拟过程中应用广泛;黏弹性流体本构方程具有高度的非线性,采用计算流体力学(CFD)方法对其搅拌流场进行数值模拟难度较高,目前仍处于起步阶段;通过合理简化黏弹性流体本构方程以及采用恰当的数值离散方法,有助于在黏弹性流体的搅拌流场数值模拟中取得进展。

关键词：非牛顿流体搅拌流场广义牛顿流体模型黏弹性流体

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空化射流流场数值模拟的研究进展

化工进展 2015年第4期34卷 921-929页

作者：林兴华张敏革秦青党明岩沈阳理工大学环境与化学工程学院辽宁沈阳110159 天津科技大学机械工程学院天津300222

空化射流因具有高效能、无污染等优点而被广泛应用,但是由于其流场结构和水动力学性能过于复杂,使得对其的应用受到限制,为进一步认识和研究空化射流流场特性,对空化射流数值模拟过程中的空化模型、数值计算方法和流场特性影响因素的研... 详细信息

空化射流因具有高效能、无污染等优点而被广泛应用,但是由于其流场结构和水动力学性能过于复杂,使得对其的应用受到限制,为进一步认识和研究空化射流流场特性,对空化射流数值模拟过程中的空化模型、数值计算方法和流场特性影响因素的研究进行了综合论述。阐述了数值模型中不同的空化模型、湍流模型和多相流模型各自的特点、适用条件及存在的问题;对比分析了拉格朗日和欧拉数值计算方法在空化射流模拟中的应用,以及空化射流自身特点对计算方法的要求;对空化射流流场特性的影响因素研究情况进行了综合概述,使复杂的空化射流流场结构有更加清晰的表现,为以后的研究与应用提供了依据。通过以上论述,对目前空化射流数值模拟研究进展中存在的问题进行了分析,并根据所提出的问题,对以后的研究方向提出展望,有助于以后在空化射流流场的数值模拟研究中取得进展。

关键词：空化气液两相流计算流体力学数值模拟