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滑片泵进出口压力对其内流特性影响的数值模拟

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兵工学报 2014年第8期35卷 1223-1229页

作者：张群峰闫盼盼单建平何万发北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 中航工业哈尔滨东安发动机集团有限公司黑龙江哈尔滨150066

为了研究滑片泵进、出口压力对其内流特性的影响,采用计算流体力学软件Star-cd对某一航空发动机的滑油泵内部流场进行了数值模拟,利用Star-cd用户子程序功能调用自编程序,实现滑片泵运动区域的网格重构和叶片与定子间隙的网格生成,空化... 详细信息

为了研究滑片泵进、出口压力对其内流特性的影响,采用计算流体力学软件Star-cd对某一航空发动机的滑油泵内部流场进行了数值模拟,利用Star-cd用户子程序功能调用自编程序,实现滑片泵运动区域的网格重构和叶片与定子间隙的网格生成,空化模型选择Rayleigh模型,湍流模型选择Menter SST k-ω模型,计算得到了滑片泵在不同进、出口压力状态下的流量。对计算结果分析表明:滑片泵在工作过程中,瞬态进口流量波动较小,而出口流量有较大的波动;进口压力增加,空化区域减小,流量明显增加;出口压力增加,从压油区回流到封油区的流量增加,空化的溃灭速率增大,使得流量减少,但减小幅度不大。计算结果为滑片泵的优化设计提供了参考依据。

关键词：流体力学滑片泵数值模拟流体体积方法空化模型湍流模型

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水滴在气流中变形破碎过程的数值模拟研究

上海交通大学学报 2024年第4期58卷 419-427页

作者：桑旭金哲岩杨志刚余放同济大学航空航天与力学学院上海200092 上海市地面交通工具空气动力学与热环境模拟重点实验室上海201804 同济大学机械与能源工程学院上海201804 中国航发商用航空发动机有限责任公司上海201108

针对水滴在结冰风洞实验中加速过程内易发生破碎而导致试验段内水滴粒径分布难以符合结冰气象条件的问题,利用流体体积(VOF)方法,模拟了直径为100、200、400、600、800、1000μm以及1200μm的水滴在不同气流速度作用下(20、50、80 m/s)... 详细信息

针对水滴在结冰风洞实验中加速过程内易发生破碎而导致试验段内水滴粒径分布难以符合结冰气象条件的问题,利用流体体积(VOF)方法,模拟了直径为100、200、400、600、800、1000μm以及1200μm的水滴在不同气流速度作用下(20、50、80 m/s)的变形破碎情况.结果表明:在20 m/s气流作用下,直径为600μm的水滴不发生破碎;当风速为50 m/s时,直径为100μm的水滴不发生破碎;随着韦伯数增加,最大不稳定波波长也随之增大,水滴的破碎模式从袋状破碎变为包-蕊状破碎,随后转变为蕊-层状破碎,进一步转变为剪切破碎.水滴的破碎形式包括袋状破碎、包-蕊状破碎、蕊-层状破碎及剪切破碎,会对面积最大的液滴与初始液滴面积之比有较大影响.在初始水滴直径相同的条件下,入口速度越大,破碎后的面积比越大.

关键词：过冷大水滴变形破碎气液两相流流体体积方法

基于VOF方法的可调参数对气泡聚并过程计算精度与成本的影响

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中南大学学报（自然科学版） 2023年第7期54卷 2867-2877页

作者：周萍蒋怡廖义香李家栋中南大学能源科学与工程学院湖南长沙410083 亥姆霍茨德累斯顿−罗森多夫研究中心德国德累斯顿01328

气泡聚并通过改变气液两相间界面面积,影响相间的传热和传质,而聚并时间和液膜厚度是描述2个气泡聚并过程的重要物理参数。采用流体体积(VOF)方法对气泡聚并过程进行数值模拟时,合理设置计算流程中可调参数(例如网格尺寸、最大库朗数以... 详细信息

气泡聚并通过改变气液两相间界面面积,影响相间的传热和传质,而聚并时间和液膜厚度是描述2个气泡聚并过程的重要物理参数。采用流体体积(VOF)方法对气泡聚并过程进行数值模拟时,合理设置计算流程中可调参数(例如网格尺寸、最大库朗数以及方程循环次数等),有助于提高求解过程的收敛性、节省计算时间。因此,本文基于OpenFOAM开源软件,采用VOF方法与自适应网格相结合的方法,以同轴两气泡聚并过程为例,探究最大库朗数Co_(max)、相方程循环次数nα和控制方程循环次数n_(pimple)这3个参数对气泡聚并过程数值模拟的计算量与计算精度的影响,同时,得到气泡间液膜厚度在可调参数不同取值时随时间的变化规律。研究结果表明:气泡间液膜的变薄速度与最大库朗数Co_(max)成反比,与相方程循环次数nα和控制方程循环次数n_(pimple)成正比,这主要是由于减小最大库朗数Co_(max)以及增大相方程循环次数nα和控制方程循环次数n_(pimple)提高了计算精度,改善了流体在网格单元上移动滞后的现象,加快了两气泡聚并以及液膜减薄过程;综合考虑计算精度与计算成本,得到了基于VOF方法的气泡聚并数值模拟较优的可调参数组合,即(Co_(max),nα,n_(pimple))=(0.05,3,8)。

关键词： OpenFOAM 气泡聚并流体体积方法自适应网格可调参数计算精度计算成本

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自由界面问题的拉格朗日粒子和流体体积耦合算法

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东北大学学报（自然科学版） 2021年第9期42卷 1254-1260页

作者：高普阳长安大学理学院陕西西安710064

针对自由界面问题,构建了拉格朗日粒子和流体体积(volume of fluid,VOF)耦合算法.拉格朗日粒子方法可以准确追踪运动界面,但是一般很难保证流体的质量守恒性.VOF方法可以保证很好的质量守恒性,但是不容易计算界面的几何信息.因此,本文... 详细信息

针对自由界面问题,构建了拉格朗日粒子和流体体积(volume of fluid,VOF)耦合算法.拉格朗日粒子方法可以准确追踪运动界面,但是一般很难保证流体的质量守恒性.VOF方法可以保证很好的质量守恒性,但是不容易计算界面的几何信息.因此,本文构造了一种耦合算法,吸收两种方法的优点.耦合算法中还引入了四叉树自适应网格技术,可以在大变形区域提高界面的分辨率,并能减少计算量.利用耦合算法模拟经典的Zalesak旋转盘问题和单涡剪切流动,数值结果和文献已有结果吻合较好,验证了耦合算法的稳定性、有效性和准确性.

关键词：拉格朗日粒子方法流体体积方法自由界面问题四叉树自适应网格 Zalesak旋转盘单涡剪切流

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柴油机喷油器喷孔积碳对喷雾影响研究

兵工学报 2017年第2期38卷 218-226页

作者：王宪成赵文柱和穆杨绍卿徐冬冬装甲兵工程学院机械工程系北京100072

在定容弹中进行了柴油机喷油器冷态喷雾特性试验,对比分析了积碳喷油器和新喷油器在不同喷射条件下的喷雾贯穿距和喷雾锥角。试验结果表明:喷油器喷孔积碳后,喷雾贯穿距和喷雾锥角减小,喷射初期差距较大,喷射后期差距缩小;喷射压力越大... 详细信息

在定容弹中进行了柴油机喷油器冷态喷雾特性试验,对比分析了积碳喷油器和新喷油器在不同喷射条件下的喷雾贯穿距和喷雾锥角。试验结果表明:喷油器喷孔积碳后,喷雾贯穿距和喷雾锥角减小,喷射初期差距较大,喷射后期差距缩小;喷射压力越大,喷雾贯穿距和喷雾锥角下降越明显。利用光学显微镜观察喷孔出口积碳发现,喷孔出口积碳分布在喷孔外沿,改变了原有的出口结构。利用流体体积方法,对喷孔内部流动进行数值仿真计算,分析了孔内积碳、出口积碳以及喷孔增长对喷孔内部流动的影响。计算结果表明:孔内积碳、出口积碳、喷孔增长导致喷孔内部空化效应减弱,出口质量流量、速度、湍动能下降,油束雾化质量变差,出口积碳影响作用更大。

关键词：动力机械工程喷孔积碳喷雾特性内部流动流体体积方法

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隧道降水施工地表沉降的渗流-应力耦合分析

岩石力学与工程学报 2006年第Z1期25卷 2979-2984页

作者：吴波刘维宁索晓明中铁四局集团有限公司技术中心安徽合肥230023 北京交通大学土建学院北京100044

根据有效应力分析方法,建立了弹塑性渗流–应力耦合分析理论模型;采用流体体积方法方法来跟踪非稳定渗流场的动态自由水面,开发相应的数值模拟分析程序;并对某地铁隧道工程的动态降水过程和开挖过程进行仿真模拟,对降水和开挖过程中的... 详细信息

根据有效应力分析方法,建立了弹塑性渗流–应力耦合分析理论模型;采用流体体积方法方法来跟踪非稳定渗流场的动态自由水面,开发相应的数值模拟分析程序;并对某地铁隧道工程的动态降水过程和开挖过程进行仿真模拟,对降水和开挖过程中的地表沉降进行重点分析,得出动态变化的地表沉降曲线,通过将地表沉降计算值与现场量测值比较分析,两者数据吻合较好。研究结果表明,降水的影响半径约为30m,降水所引起的地表最大沉降值约为23mm,左右隧道施工完时地表最大沉降值约为43mm,施工期间周围建筑物和地下管线均无安全隐患。而通常采用30mm的控制标准,说明城市地铁工程的沉降控制基准要视具体的工程环境条件而定,这为该工程和类似工程施工提供了依据和参考作用。

关键词：隧道工程渗流-应力耦合分析降水浅埋暗挖地铁隧道地表沉降数值模拟流体体积方法

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用不同辐射模型研究下降管内传热传质特性

中国电机工程学报 2007年第2期27卷 92-98页

作者：李铁李伟力袁竹林东南大学洁净煤发电及燃烧技术教育部重点实验室江苏省南京市210096

分别采用离散传播辐射模型(DTRM)、基于球形谐波法的P1模型和罗斯兰德(Rosseland)模型对Texaco水煤浆气化炉激冷室下降管内的辐射换热进行数值模拟。探讨了合成气衰减系数在0．4～4范围内变化时,合成气与下降管内壁水膜的热质交换特性... 详细信息

分别采用离散传播辐射模型(DTRM)、基于球形谐波法的P1模型和罗斯兰德(Rosseland)模型对Texaco水煤浆气化炉激冷室下降管内的辐射换热进行数值模拟。探讨了合成气衰减系数在0．4～4范围内变化时,合成气与下降管内壁水膜的热质交换特性以及下降管内多相介质的轴向温度分布规律。将模拟结果与工业运行和实验结果进行比较,研究发现Rosseland模型模拟结果与实际吻合较好,下降管出口水温在500～600K,并且高温合成气温度降主要集中于下降管上半部分。应用Rosseland模型模拟下降管内的辐射换热过程具有一定的可靠性。

关键词：激冷室下降管辐射换热流体体积方法数值模拟

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求解两相蒸发和冷凝问题的气液相变模型

西安交通大学学报 2012年第7期46卷 7-11页

作者：孙东亮徐进良王丽华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206 华北电力大学低品位能源多相流与传热北京市重点实验室北京102206

为了更精确简单地求解两相流中的蒸发和冷凝问题,基于FLUENT中的流体体积(VOF)方法提出了一种气液相变模型,该模型适应于两相中一相为非饱和相,即处于过热或过冷状态,另一相为饱和相,即处于饱和状态.该气液相变模型中:非饱和相导热系数... 详细信息

为了更精确简单地求解两相流中的蒸发和冷凝问题,基于FLUENT中的流体体积(VOF)方法提出了一种气液相变模型,该模型适应于两相中一相为非饱和相,即处于过热或过冷状态,另一相为饱和相,即处于饱和状态.该气液相变模型中:非饱和相导热系数和比热容为真实的物性参数;假设饱和相导热系数等于0,饱和相比热容等于非饱和相比热容;界面处相变率仅由非饱和相决定.最后,通过一维Stefan问题相界面位置的分析解和二维膜态沸腾气相体积比的精确解,验证了该相变模型的精确性和可行性.文中工作为该相变模型的推广应用奠定了基础.

关键词：两相流气液相变模型流体体积方法

不同驱动力对熔池表面变形行为影响的数值模拟

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焊接学报 2016年第8期37卷 45-49,131页

作者：黄勇李慧王新鑫姚宇航兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室兰州730050

基于流体动力学方程,采用焓-孔隙度法来处理液-固相变,采用VOF方法追踪熔池自由表面变形,建立了固定电弧下的三维瞬态TIG焊熔池数学模型,求解获得了在浮力、Marangoni力、电磁力和电弧压力单独作用时的熔池表面变形行为及其温度场与速... 详细信息

基于流体动力学方程,采用焓-孔隙度法来处理液-固相变,采用VOF方法追踪熔池自由表面变形,建立了固定电弧下的三维瞬态TIG焊熔池数学模型,求解获得了在浮力、Marangoni力、电磁力和电弧压力单独作用时的熔池表面变形行为及其温度场与速度场的分布.模拟结果表明,在大电流(I≥250 A)时,在浮力、表面张力温度系数为正时的Marangoni力、电磁力单独作用于熔池上表面将会产生凸起变形,在电弧压力、表面张力温度系数为负时的Marangoni力单独作用下,熔池上表面将会产生凹陷变形.在大电流下,TIG焊和活性TIG焊熔池均产生凹陷变形.TIG焊熔池的中心区域形成向内的涡流,边缘部位形成向外的涡流,而活性TIG熔池在熔池中心和熔池边缘则分别形成两种成因不同的内向涡流.熔池表面变形量并不是各个驱动力作用的简单叠加.

关键词：流体体积方法驱动力表面变形熔池