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多相介质诱发柱塞泵内部磨损

科技导报 2012年第6期30卷 44-48页

作者：张强付云飞袁智宋振铎辽宁工程技术大学机械工程学院．辽宁阜新123000 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116023 中国煤矿机械装备有限责任公司北京100011

为了突破油水煤浆作为替代燃料发展的瓶颈,解决油水煤浆替代柴油应用于柴油机和固体煤颗粒的存在加剧柱塞泵磨损问题,通过数值模拟和实验测试方法找出多相介质下诱发柱塞泵内部磨损的机制。采用vof多相流动模型,对颗粒运动轨迹、颗粒与... 详细信息

为了突破油水煤浆作为替代燃料发展的瓶颈,解决油水煤浆替代柴油应用于柴油机和固体煤颗粒的存在加剧柱塞泵磨损问题,通过数值模拟和实验测试方法找出多相介质下诱发柱塞泵内部磨损的机制。采用vof多相流动模型,对颗粒运动轨迹、颗粒与过流表面的相互碰撞过程、固液(煤、油)磨损进行了数值模拟,并试验测试分析。研究结果表明:离散相颗粒的性质(密度、粒径)、混合比例及柱塞运动速度对颗粒运动轨迹及壁面碰撞过程有重要的影响;大粒径、大密度的颗粒运动轨迹向柱塞泵壳体内侧偏移,与其撞击并反弹,易发生多次撞击,对柱塞泵壳体内侧磨损程度大;小颗粒易与柱塞偶件发生撞击,因柱塞偶件表面油膜颗粒一般与其发生一次撞击,冲蚀磨损相对弱些;凸轮速度直接影响柱塞运动速度,速度加剧内部磨损;混合燃料中固体颗粒的体积比增大,对柱塞偶件的磨损加剧,模拟结果与试验结果吻合。

关键词：柱塞泵 vof多相流模型油水煤浆磨损

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两级液环真空泵的数值模拟研究

两级液环真空泵的数值模拟研究

作者：黄广平华中科技大学

学位级别：硕士

液环泵具有泵内没有金属摩擦表面,无须对泵内进行润滑;零件精度要求不高,结构简单,制造容易,成本低,工作可靠,不易发生故障,维修简便;泵内一般用水密封和作液环,适宜抽吸有毒、有害气体;压缩气体是等温的,即气体在压缩过程中温度变化很... 详细信息

液环泵具有泵内没有金属摩擦表面,无须对泵内进行润滑;零件精度要求不高,结构简单,制造容易,成本低,工作可靠,不易发生故障,维修简便;泵内一般用水密封和作液环,适宜抽吸有毒、有害气体;压缩气体是等温的,即气体在压缩过程中温度变化很小等特点。因此特别适用抽吸和压缩易燃易爆、含粉尘、水蒸汽的气体,在石化、冶金、电力、轻工、食品等行业有着广泛且不可代替的应用。两级液环泵相比于单级液环泵具有效率高、真空度高、气量平稳和降低汽蚀等优点,但是相关的研究并不多。本文通过对设计方法和模拟手段的分析,对两级液环真空泵进行了数值模拟研究。分析泵内流动规律,包括两相分布、静压力分布、动压分布、总压分布、速度分布和温度分布等。对这些云图和曲线进行分析,可得出结论:(1)数值模拟在叶片把机械能转化为泵内流体的动能和内能的预测中符合理论和实际。因此该方法在分析两级液环泵内三维流场的分布时,有较高的可信度,可以进行压力场,速度场,两相分布等的分析。(2)vof模型在两相流的模拟中,对气液交界面的预测较为准确,但是具体到两级液环真空泵的模拟中,还有问题需要解决。(3)对于稳定的工况,进出口对两级液环真空泵的气液交界面的影响并不明显,而数值模拟的计算时间是影响计算结果的一个重要因素。本文是对两级液环真空泵的数值模拟进行开创性的探索,得出的结论对后续的研究和两级液环真空泵的设计具有参考价值。

关键词：两级液环真空泵数值模拟 vof多相流模型

长水口结构及电磁作用对中间包冲击区钢液流动的影响研究

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长水口结构及电磁作用对中间包冲击区钢液流动的影响研究

作者：邓诗云武汉科技大学

学位级别：硕士

连铸过程中,钢包的钢液由长水口进入中间包,对中间包冲击区钢液冲击强烈,尤其是换钢包过程中,液面波动大,极易引起钢液卷渣和钢液面裸露,造成钢液二次氧化和卷入夹渣,降低钢液纯净度,影响铸坯内部质量。如何抑制浇铸过程中中间包冲击区... 详细信息

连铸过程中,钢包的钢液由长水口进入中间包,对中间包冲击区钢液冲击强烈,尤其是换钢包过程中,液面波动大,极易引起钢液卷渣和钢液面裸露,造成钢液二次氧化和卷入夹渣,降低钢液纯净度,影响铸坯内部质量。如何抑制浇铸过程中中间包冲击区钢液湍流成为国内外研究的热点。本文提出采用结构简易扩张型长水口和电磁旋流技术,控制浇铸过程中中间包冲击区钢液湍流。首先,建立中间包浇铸过程钢-渣-气vof多相流数学模型,并采用水力学物理模拟验证,研究长水口结构对中间包冲击区钢液流动行为的影响,并重点针对换钢包非稳态浇铸过程进行研究。再者,基于以上模型,使用UDF将电磁力加载到长水口,研究长水口电磁旋流作用对中间包冲击区钢-渣-气三相流动行为的影响。研究结果表明:（1）稳态浇注时,采用扩张型长水口,能对钢包高速注流产生较大缓冲作用,抑制其对中间包钢液流动的冲击,显著降低中间包冲击区的湍流程度和液面流速,降低钢液面裸露和钢渣卷混的倾向。换钢包非稳态浇注时,随着长水口内径扩张增大,钢液裸露面积的最大值和裸露时间逐渐减小,但长水口内径扩张到2倍时,会由于需排除长水口内大量的气体,造成钢液持续约25s的裸露。最佳长水口结构为内径扩张1.5倍的长水口。（2）扩张型长水口和湍流控制器两种控流装置均能降低中间包冲击区钢液面湍动能和钢液速度大小。两种控流装置组合使用使中间包冲击区钢液面湍动能下降了71%,钢液速度大小下降了65%。扩张型长水口+湍流控制器组合使用冶金效果更佳。（3）在旋转磁场作用下,中间包长水口的钢液产生明显旋转,并在长水口出口上下附近处都产生旋流,冲击区钢液的循环回流范围变大,路径变长。但由于长水口出口到中间包底部的距离短,且流速高,旋流来不及扩散且受钢液回流影响,最终电磁旋流技术对中间包冲击区的优化效果并不明显。

关键词：中间包冲击区长水口电磁旋流非稳态 vof多相流模型

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润滑系统开式油箱内滤网除气泡的研究

润滑系统开式油箱内滤网除气泡的研究

作者：许琴兰州理工大学

学位级别：硕士

润滑系统将清洁的润滑油输送到作相对运动的零件表面,减小系统内的摩擦阻力,减少机件磨损,因此加强机械设备的润滑性能对提高机械设备的可靠性、延长关键零部件的使用寿命、减少机械设备故障等意义重大。润滑系统在工作过程中混入空气... 详细信息

润滑系统将清洁的润滑油输送到作相对运动的零件表面,减小系统内的摩擦阻力,减少机件磨损,因此加强机械设备的润滑性能对提高机械设备的可靠性、延长关键零部件的使用寿命、减少机械设备故障等意义重大。润滑系统在工作过程中混入空气会使原来理想的单相流动变为气液混合相流动,其流动性质发生很大变化,严重影响润滑系统工作的稳定性。本文针对润滑系统中气泡的产生和去除,先设计了润滑油空气分离压测量桶装置,对润滑油在不同温度下的空气分离压进行了测量,再根据某船用润滑系统油箱实际工况进行了滤网除气泡效果可视化实验研究和流场数值模拟。研究结果对油箱内油液除气泡设计具有指导意义。本论文的主要研究内容如下:针对润滑油中气泡的初生,设计了可视化的润滑油空气分离压测量桶装置,测量了L-HM46液压油和68号汽轮机油在不同温度下的空气分离压,并观察气核成泡过程。实验结果表明:对于同一种润滑介质,空气分离压值与油液温度呈线性关系;观察到气泡普遍在测量桶非光滑表面或油液中微小杂质表面产生,为验证粗糙面更容易吸附气核的猜想,在桶内放置粗糙面和光滑面对照块,发现气泡总是在粗糙表面或者微细颗粒物的表面处先发生。因此,在实际工况中应尽量减少粗糙表面和杂质及其附着的气核。针对某船舶用润滑系统工作时油箱中出现大量气泡的现象,设计了开式油箱滤网除气泡可视化系统,对孔径0.15mm的两道滤网除气效果进行实验测量和流场数值模拟。通过加气装置为润滑系统通入一定量空气,采用取样静置法测量滤网前后油液气泡含量,发现第一道滤网竖直放置时的除气率为33.2%,倾斜放置时除气率为51.94%,故滤网倾斜放置的除气效果更好;流量相同时,滤网倾斜放置所引起的液位差小,故滤网倾斜放置对于泵的吸油影响更小。最后,采用FLUENT软件vof多相流模型和多孔介质模型,并运用流场相似性原理,克服多相流和跨尺度计算难点,获得缩比三维流场及二维流场数值结果,与可视化实验总体吻合良好。

关键词：润滑系统开式油箱空气分离压滤网除气泡 vof多相流模型多孔介质模型数值模拟

70t钢包底吹氩工艺优化及钢—渣界面行为研究

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70t钢包底吹氩工艺优化及钢—渣界面行为研究

作者：蒋星亮武汉科技大学

学位级别：硕士

某钢厂70t钢包底吹氩精炼过程中，钢液温度和合金成分均匀效率偏低，易发生卷渣、溢渣现象。本文建立了70t钢包底吹氩过程的数学模型，研究透气砖的布置方式、吹氩量对钢包底吹氩冶金效果的影响，优化了底吹氩工艺参数，并采用水力学物... 详细信息

某钢厂70t钢包底吹氩精炼过程中，钢液温度和合金成分均匀效率偏低，易发生卷渣、溢渣现象。本文建立了70t钢包底吹氩过程的数学模型，研究透气砖的布置方式、吹氩量对钢包底吹氩冶金效果的影响，优化了底吹氩工艺参数，并采用水力学物理模拟进行验证。研究结果表明：（1）与单透气砖布置相比，双透气砖布置时，钢包内的速度场分布较均匀，流场到达稳定的时间较短。同时，由于在钢包内出现两个“气柱”，“气柱”之间的钢液流动并发生碰撞，造成湍动能的大量损失，易产生“死区”。（2）透气砖由包底0.4R向0.6R位置移动时，钢液的水平流动与钢包壁相撞时的夹角减小，这使得钢液与钢包壁相撞而损失的湍动能减少，钢液沿钢包壁面运动的速度增加。（3）70t钢包底吹氩的优化方案为：采用单透气砖钢包底部0.5R布置，吹氩量200NL/min，与原工艺相比，钢包的混匀时间减少50.9%，“死区”比例减小8.31%。此外，针对钢包底吹氩过程中的钢-渣-气三相界面行为，采用vof多相流模型进行数值模拟研究，研究结果表明：（1）吹氩量增加或透气砖向钢包壁方向移动时，钢液面的流动速度提高，渣层的裸露面积增大。（2）在相同的吹氩量的条件下，与标准大气压条件相比，钢包置于真空度为67Pa环境下，氩气的速度增加，氩气的搅拌能力增强。同时，氩气在渣层的积累量减少，故钢液的裸露面积减小。

关键词：钢包底吹氩混匀时间 “死区” 数值模拟 vof多相流模型

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物体入水的自由面效应研究

物体入水的自由面效应研究

作者：黄清源哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

物体入水问题是一类十分复杂的强非线性冲击动力学问题。它具有广泛的研究背景和深刻的研究意义。深入研究物体入水问题,发现物体入水过程中各个物理量的变化规律,以此为基础去改进物体内部结构强度或者物体外表面型线,以减小入水过程... 详细信息

物体入水问题是一类十分复杂的强非线性冲击动力学问题。它具有广泛的研究背景和深刻的研究意义。深入研究物体入水问题,发现物体入水过程中各个物理量的变化规律,以此为基础去改进物体内部结构强度或者物体外表面型线,以减小入水过程中自由液面的影响,避免结构破坏、仪器失灵、弹道失控等事故的发生,是研究物体入水问题的最重要动机。本文通过试验结果和数值结果对比的方法验证了利用计算流体力学软件STAR-CCM+模拟物体入水问题的可行性和准确性。结果表明STAR-CCM+可以准确高效地模拟物体入水过程。接着对三维圆锥体的垂向自由入水过程和斜向自由入水过程进行了大量的模拟计算。着重考察垂向入水过程中圆锥体受到自由面的砰击载荷、加速度以及速度随时间的变化情况,以及斜向入水过程中圆锥体受到的转矩、角速度、横向物理分量和垂向物理分量各自的变化情况。结果表明圆锥体的密度、底升角、入水速度和入水角度对圆锥体的砰击载荷和加速度等物理量均有影响。在斜入水过程中圆锥体受到自由面的转矩作用,宏观表现为圆锥体在下落过程中将绕Y轴旋转。另外,在斜入水问题中,圆锥体的砰击载荷存在二次砰击现象,且随入水角度的增大该现象愈加明显。还对三维楔形体在斜向匀速入水过程中产生的空泡现象进行了模拟计算。着重探究楔形体周围自由面变化,背流区空泡发展程度,以及楔形体周围流场的压力分布情况。讨论了几何不对称程度和运动不对称程度对楔形体斜入水问题类型的影响。结果表明根据不对称程度的大小,楔形体的斜入水问题可以划分为第一类砰击问题和第二类砰击问题。两类砰击问题的自由面变化、空泡发展程度以及流场压力分布情况各不相同。

关键词：入水问题重叠网格数值模拟 vof多相流模型自由液面

钠水反应试验系统中小泄漏钠水反应氢气分布特性

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原子能科学技术 2020年第1期54卷 119-124页

作者：侯斌杨红义杜丽岩余华金中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究部

蒸汽发生器是钠冷快堆的关键设备之一,其传热管破裂引发的钠水反应会产生大量氢气及热量,危害钠冷快堆的安全运行。本文基于vof多相流模型,在钠水反应试验系统内开展中小泄漏钠水反应工况的数值分析,获得了高压反应釜内氢气在钠水反应... 详细信息

蒸汽发生器是钠冷快堆的关键设备之一,其传热管破裂引发的钠水反应会产生大量氢气及热量,危害钠冷快堆的安全运行。本文基于vof多相流模型,在钠水反应试验系统内开展中小泄漏钠水反应工况的数值分析,获得了高压反应釜内氢气在钠水反应下的三维空间分布特性和迁移特性。结果表明:高压反应釜内氢气的迁移特性受钠液流速影响,氢气在整个循环环路的迁移特性主要受水泄漏量控制。通过设置灵敏度为0.005 ppm的氢计,获得了环路不同区域检测到氢气的最快特征时间。

关键词：中小泄漏钠水反应 vof多相流模型数值模拟