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气动喷沙喷嘴装置的结构设计与流场特性分析

气动喷沙喷嘴装置的结构设计与流场特性分析

作者：李乾坤新疆大学

学位级别：硕士

传统的埋沙治疗在骨康复具有特殊的疗效和天然优势且绿色环保等优点,针灸按摩也可以通过精准穴位治疗促进骨康复。根据两者的特点,以传统埋沙治疗与中医针灸原理相结合,研究传统埋沙沙疗和中医针灸的耦合机理,提出具有埋沙治疗和温针灸... 详细信息

传统的埋沙治疗在骨康复具有特殊的疗效和天然优势且绿色环保等优点,针灸按摩也可以通过精准穴位治疗促进骨康复。根据两者的特点,以传统埋沙治疗与中医针灸原理相结合,研究传统埋沙沙疗和中医针灸的耦合机理,提出具有埋沙治疗和温针灸理论相结合的新型精准沙疗方法,建立精准式埋沙喷沙治疗系统。研制出一种不受时间和季节的限制、随时可进行精准式沙疗系统,提高疗效,达到节能、环保、高效、准确的理疗和康复目标;而且能够促进维医-中医的融合,丰富我国医工结合理论和临床应用。喷嘴作为气动喷沙的关键部件之一,对喷沙性能的影响不可忽视,喷嘴的作用可以改变气固两相流的运动特性以及整体喷沙系统的处理效果。基于CFD技术,研究气动喷沙在新型医疗设备研究应用过程中的机理。气动喷沙研究过程,对喷嘴内的气固两相流采用欧拉-拉格朗日方法建立离散化模型。运用Fluent软件,采用标准的模型对喷嘴内的流场进行模拟仿真,获得流场的压力和速度变化云图;在通过添加项加载粒子,得到粒子的运动轨迹、速度和流场的变化规律。研究表明:工作压力明显影响沙粒的运动情况以及出沙口粒子与空气的占比情况,低压时粒子堵塞运输管道,出口喷沙断续,沙粒速度小,冲击力度小;高压时固相粒子流与气相空气流占比低,出口沙粒含量低;因此合适的工作压力提供稳定的工作动力,粒子占比较高,降低物料和能源的损耗。粒子尺寸大小的选择会影响流场中涡流的位置和大小,不同直径的粒子在喷嘴中经过不同次数的反弹和碰撞,在喷嘴的滞留时间不同,堆积程度和数量也不同,不同的结构设计选择合适尺寸的粒子直径。在气动喷沙研究和模拟过程中,对喷嘴结构进行改进,改变传统的单一喷嘴为多喷嘴结构,外加多辅助气口均匀排布的设计方案,通过Fluent模拟分析,多喷嘴出口喷砂设计,增大了喷沙作用面积,其他参数设置不变,作用面积的集中力情况得以分散和降低,传统单一出口速度分区现象得到改进,多出口速度大小分布均匀。多辅助气口均匀排布有效的对喷嘴进行二次加压和控制整体流域,使得流场内粒子运动更为流畅,并且可以控制喷嘴混合域内的压力稳定,改善混合域内的流场涡流大小和位置,使喷嘴装置工作稳定,维持在最佳工作状态,进一步提升装置的性能。

关键词： CFD 气动喷沙喷嘴结构优化流场特性分析

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喷嘴参数对喷气涡流纺内流场特性的影响研究

丝绸 2022年第4期59卷 39-44页

作者：王青叶明露梁高翔盛晓超高帅西安工程大学机电工程学院西安710048

为明确喷气涡流纺纱的纺纱机理,研究喷嘴中喷孔数量、喷孔倾角和供气压力对喷气涡流纺内流场的影响情况,文章采用Fluent软件进行喷气涡流纺的内流场模拟分析。通过结果对比分析发现:喷孔数量和供气压力对喷嘴内流场的气流旋转运动影响... 详细信息

为明确喷气涡流纺纱的纺纱机理,研究喷嘴中喷孔数量、喷孔倾角和供气压力对喷气涡流纺内流场的影响情况,文章采用Fluent软件进行喷气涡流纺的内流场模拟分析。通过结果对比分析发现:喷孔数量和供气压力对喷嘴内流场的气流旋转运动影响较为显著,随着喷孔数量和供气压力的增加,喷嘴内气流的旋转运动显著增强,对纱线自由端纤维的加捻效果也增强;喷孔倾角大小对喷孔出口气流速度影响较小,但随着倾角增大,进入涡流管内的气流切向速度分量增大,对自由端纤维的加捻效果增强,纱线包缠越紧密,其强度也越高;喷孔数量、倾角和供气压力的变化都不会改变流场速度分布规律,只是改变了其值的大小,且随着气流的螺旋推进运动,气流速度不断衰减,说明气流在对纱线加捻的过程中要消耗大量的动能。

关键词：喷气涡流纺喷嘴参数数值模拟流场特性分析纺纱机理加捻效果

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礁坪地形上波浪传播与流场特性SPH分析

礁坪地形上波浪传播与流场特性SPH分析

作者：赵钦阳大连理工大学

学位级别：硕士

珊瑚礁海岸是天然的防波堤,可以有效的阻挡外海海浪及风暴潮对海岸的侵蚀。随着海洋工程建设的不断发展和拓深,国内外已有在珊瑚礁坪上修造建筑物的实例。然而珊瑚礁海岸的地形条件与普通的近岸地形条件不甚相同,其在水深急剧变化之后... 详细信息

珊瑚礁海岸是天然的防波堤,可以有效的阻挡外海海浪及风暴潮对海岸的侵蚀。随着海洋工程建设的不断发展和拓深,国内外已有在珊瑚礁坪上修造建筑物的实例。然而珊瑚礁海岸的地形条件与普通的近岸地形条件不甚相同,其在水深急剧变化之后存在一段长礁坪,礁坪上的水深较浅且变化不大,较小的波浪可以穿越礁坪而不发生破碎,较大的波浪则会发生变形破碎,因而能够穿越珊瑚礁顶的波浪的大小受到礁坪上水深的限制。穿过礁坪的波浪会与礁上建筑物相互作用,因而有必要深入了解波浪在礁坪地形上的传播规律和礁坪上水体的运动规律。本文基于光滑粒子动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,即SPH)方法,以N-S方程为水动力控制方程,建立了二维数值波浪水槽,对波浪在不同坡度的礁坪地形上的传播问题开展了数值模拟。同时,在大连理工大学海岸和近海工程的波浪水槽内,设计并完成了规则波在陡峭礁坪(坡度1：1)上传播变形的物理模型试验,测量和分析了不同位置处波面的变化情况,并对礁坪上水体的流动规律进行了观测和分析。基于对实验数据的分析,对有陡峭向海坡(坡度1：1)且后方坪顶有凹陷的礁坪地形上规则波的传播过程进行了数值模拟。波面和流速的数值计算结果与物理模型试验观测数据吻合较好,表明本文所建立的SPH数值波浪水槽可模拟深水波浪在陡峭礁坪地形上的传播变形问题。在对SPH数值波浪水槽充分验证的基础上,本文对波浪在不同坡度的珊瑚礁坪上的传播和流场特性进行了数值模拟,考虑了入射波浪周期、波高,礁前水深,礁坪坡度等对波浪和礁坪上流场属性的影响,分析了波面在礁坪地形上的变形规律以及礁坪上水体的运动规律。同时,结合对礁坪周围速度场的分析,探讨了波浪在礁坪地形上传播时的流场变化情况。

关键词： SPH方法数值水槽珊瑚礁斜坡平台流场特性分析

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地热能ORC膨胀机流场特性研究

地热能ORC膨胀机流场特性研究

作者：董西宝青岛科技大学

学位级别：硕士

随着化石能源的减少和需求的增加,开发地热能等可再生能源越来越受到人们的重视。我国地热能储量巨大,以中低温热源为主,这些低品位的热能很难推动水蒸汽朗肯循环发电。有机朗肯循环系统(ORC)可以利用低温地热能进行发电,在中低温热源... 详细信息

随着化石能源的减少和需求的增加,开发地热能等可再生能源越来越受到人们的重视。我国地热能储量巨大,以中低温热源为主,这些低品位的热能很难推动水蒸汽朗肯循环发电。有机朗肯循环系统(ORC)可以利用低温地热能进行发电,在中低温热源场合被看作有效的发电方式。涡轮膨胀机具有转速高,单级膨胀比高、运行范围宽的特点,常被用作小功率有机朗肯循环系统的热功转换设备。本文针对90℃的低温地热能,选择R245fa作为有机工质,对有机朗肯循环系统进行热力学分析,然后对其循环参数展开优化研究。结果表明,冷凝温度的增加使得系统的?效率和膨胀机输出功率减小,增大了冷凝器内的?损失,同时使系统的经济性能变弱,因此低的冷温度会提高系统的效率和经济性能。过冷温度的增加不会影响膨胀机的输出功率,但会降低系统的?效率,增加蒸发器的?损失。较高的热源温度可以减小蒸发器的换热面积,提高系统的经济性。对200kW涡轮膨胀机进行一维热力设计,以及蜗壳、导叶和动叶的三维造型,然后通过Turbogrid进行网格划分,利用CFX进行数值模拟,最后对涡轮膨胀机进行了流场特性分析。结果表明,工质在蜗壳内分布均匀,没有出现明显的漩祸流动或者二次流,压力和温度在蜗壳内靠外侧较高,靠内侧出口处较低,呈层状分布。由于导叶结构在叶高方向不变,流场特性随着叶高方向的变化不大。在导叶内,前30%相对弦长处工质压力变化不大,在导叶尾缘出口处,由于气体在斜切部分膨胀,使得工质压力下降明显。动叶内的压力等值线在前缘附近比较稀疏,在尾缘附近比较密集,表明有机工质在动叶中的膨胀主要发生在后半段,动叶前缘处由于冲角的原因存在激波,在动叶尾缘处由于叶轮的弯曲,气体膨胀速度加快。叶顶间隙使流体在压力面和吸力面之间形成泄漏流动,对主流形成干扰,使得膨胀机的效率降低。由叶顶间隙引起的涡流随着叶顶间隙的增加而增大,并且涡流贯穿整个叶轮流场通道。对变工况的研究表明,在一定范围内,随着转速的增加膨胀机的效率先增大后减小,存在一个峰值,说明膨胀机在运转时如果转速超出额定转速,膨胀机的效率会下降,因此在实际运行时,应当防止膨胀机过度超速。

关键词：低温地热能 ORC 涡轮膨胀机数值模拟流场特性分析

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抽油机井气液分离器结构优化设计及流场分析

抽油机井气液分离器结构优化设计及流场分析

作者：陈福禄东北石油大学

学位级别：硕士

油田采油过程中,井筒内待举升的液体往往含有大量的伴生气,这使得举升泵泵效降低,使用寿命缩短。严重情况下,举升泵产生“气锁”现象,根本无法完成举升工艺。本文针对这一现象,开展抽油机井井下气液分离器研究,对分离器结构进行了相应... 详细信息

油田采油过程中,井筒内待举升的液体往往含有大量的伴生气,这使得举升泵泵效降低,使用寿命缩短。严重情况下,举升泵产生“气锁”现象,根本无法完成举升工艺。本文针对这一现象,开展抽油机井井下气液分离器研究,对分离器结构进行了相应优化。同时,在不同操作参数下对优化后的新型分离器进行了分离性能研究。该研究对于延长抽油泵使用寿命,提高抽油泵泵效,节约采油成本等多方面具有重要意义。首先,针对井下不同气体含量对油水分离的影响开展研究。运用计算流体动力学软件FLUENT和计算流体动力学分析方法(Computational Fluid Dynamics,CFD)开展不同含气量对油水旋流器分离性能影响研究;其次,通过分析不同含气量对旋流器内部速度场、浓度场以及分离性能的影响,掌握旋流器油水两相分离性能随不同含气量变化规律;然后,针对油水分离含气条件分离后的采液工作,提出一种新型适用于抽油机井的气液分离器,同时利用响应曲面设计方法(Response Surface Methodology,RSM)完成气液分离器结构参数优化;最后,使得优化后的气液分离器能在不同井况下保证气液两相的高效分离,从而减少气相对泵采结构产生的消极影响。针对结构优化后的气液分离器开展分析,探究一定入口压力下,分离器分离效果在进液量和含气体积分数一定范围内变化时受到的影响,得出在该范围内分离器的适用性。结果显示:当压力一定时,气液分离器的分离效率在一定范围内,随着进液量的增多而逐渐升高、随着含气体积分数的升高呈现出先增大后减小的趋势;同时,在室内搭建了气液分离器实验系统,在一定入口压力,一定范围内不同进液量和含气体积分数下对新型气液分离器进行实验,统计实验数据并对照数值模拟参数下的分离器的分离效果。结果表明:本文所描述的新型分离器可满足多数工况应用条件。

关键词：气液分离器响应面优化数值模拟流场特性分析

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井下双螺杆泵转子型线的优化设计及性能分析

井下双螺杆泵转子型线的优化设计及性能分析

作者：孟凡璐沈阳工业大学

学位级别：硕士

双螺杆泵由于其效率高,适应性强等因素广泛应用于国内外采油行业中,为了进一步提高螺杆泵的性能,使之更适应于我国的采油环境,需要继续对双螺杆泵进行研究设计,但我国目前对于双螺杆泵应用于采油行业的研究不是很多,研究还不够深入。因... 详细信息

双螺杆泵由于其效率高,适应性强等因素广泛应用于国内外采油行业中,为了进一步提高螺杆泵的性能,使之更适应于我国的采油环境,需要继续对双螺杆泵进行研究设计,但我国目前对于双螺杆泵应用于采油行业的研究不是很多,研究还不够深入。因此本文以双螺杆泵为研究对象,通过优化设计转子型线来提升螺杆泵的性能,利用有限元的方法对螺杆泵的流场特性进行分析,研究泵内流场的运动规律。双螺杆泵转子是整个系统中的重要组成部分,而转子型线是形成转子的关键,其可直接影响螺杆泵的工作性能。本文首先在分析现有转子型线的基础上,建立出转子型线的数学模型。分析两转子啮合状况,并通过B样条曲线拟合和粒子群算法优化型线并与现有型线进行比较分析,分析转子的相关几何特性。其次,根据双螺杆泵的运动原理,利用优化完成后的转子型线进行双螺杆泵转子的三维实体建模,并完成转子模型的装配分析,进行运动仿真分析,然后检查双螺杆泵在运动过程中的干涉问题和运动状态,对其运动规律进行分析并与现有螺杆转子进行对比分析。最后,根据计算流体动力学理论,应用数值计算和软件仿真的方法对双螺杆泵的流体特性进行模拟和分析,建立泵的流道模型,进行流体仿真分析,分析泵内流场的运动特性,对流场的压力、速度分布情况进行分析,得到内部流体对螺杆转子的影响和整个泵的工作效率。本研究旨在通过对双螺杆泵转子型线的优化设计,降低泵工作过程中的泄漏,提高泵的工作性能,使其能更好的应用于井下开采石油的工作中。

关键词：双螺杆泵型线优化设计运动仿真流场特性分析