不同湍流模型对海水淡化用提升泵模拟精度的影响

针对反渗透海水淡化提升泵效率的问题,在已有水力模型基础上,设计出3种水力模型方案。运用fluent软件,采用多参考坐标系,基于雷诺时均的n-s方程和标准k–ε湍流模型,对3种水力模型的内部流场进行数值模拟与性能预测;基于预测的结果,选取一组性能符合要求,效率最高的模型方案制作成模型泵,并进行试验研究。性能预测和模型试验结果表明:预测值与试验值总体吻合较好,其中预测扬程与试验扬程在设计工况点比较接近,偏离设计工况点存在一定误差;通过理论计算优选后得到的水力模型实际泵效率为81.3%,达到了海水淡化泵的效率要求。

为提高反渗透海水淡化高压泵轴向力计算的准确性,应用cfd技术对模型泵内部的流动进行数值模拟,得到不同流量下前后泵腔的静压分布。并对模型泵样机进行试验研究,实测出不同流量下前后泵腔在不同半径处的静压值。应用多项式拟合分别绘制出两种方法下的压力分布曲线,对盖板进行面积分,计算轴向力大小。与通过试验数据计算出的结果相比,数值模拟计算出来的轴向力相对误差在9%以内,而经验公式计算的轴向力相对误差为14%,采用数值模拟方法计算轴向力具有更高的精度,对多级离心泵轴向力平衡的研究具有指导意义。

针对反渗透海水淡化提升泵的入口压力高,存在较大的轴头力的情况,通过分析提升泵中轴向力与径向力产生的原因,提出了针对不同规模的反渗透海水淡化用提升泵轴向力的平衡方法。对于2500t/d反渗透海水淡化的提升泵,采用调整叶轮口环直径,叶轮前盖板加副叶片的方法可以增加前后盖板的作用力以平衡轴向力,而通过降低转速增加叶轮尺寸的方法来平衡轴向力则可使结构更趋合理;采用双蜗壳结构平衡径向力。通过轴承寿命的计算得出其寿命均大于25000h,从理论上证明了该方法的可行性。

龙源期刊网http://www.***.*** 深海采矿提升泵的数值模拟分析 作者：邹伟生卢勇李哲奂 来源：《湖南大学学报·自然科学版》2013年第06期 摘要：针对深海底矿物粗颗粒浆体在提升泵内的流动问题，提出了一种新型粗颗粒均质浆 体两相流动模型.采用流体动力学软件cfx对两级提升泵内的粗颗粒固液两相湍流进行了数值 模拟.计算获得了粗颗粒在提升泵内的流动特征及其泵工作特性的仿真结果，并与两级提升泵 的性能试验结果进行对比，两者能较好地吻合，从而验证了该两相流动模型和数值模拟的有效 性和准确性. 关键词：提升泵；两相流；数值模拟；性能预测 中图分类号：th313文献标识码：a 矿产资源是人类赖以生存和发展的物质基础.人类对矿产资源的需求量与日增加，开发海 洋矿产资源具有十分重要的意义.以提升泵为关键装备的深海底矿物粗颗粒固液两相流体水

风洞试验是获取空气动力相关参数的手段之一，而风机是风洞中产生均匀流场的风源，对试验结果有重要影响。以计算流体力学软件star—ccm＋为工具，以重庆某公司生产的一体化风洞风机为原型，运用数值模拟的方法，对该一体化风洞风机流场进行了仿真，并通过k—ε．k-ω2种湍流模型的对比分析，得出最适合的模拟方法，验证了设计的合理性。

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车身等复杂焊接结构中大量焊点的建模方法对其刚度和固有振动频率(亦即动刚度)的有限元分析精度具有较大影响。基于两个解析分析模型,对不同焊点连接模型及其网格相关性对焊接结构刚度和动态特性有限元模拟精度的影响及其原因进行了分析。分析表明,采用不同焊点连接模型得到的焊点附近局部结构的模拟刚度差异,主要是由于焊点所传递的载荷的分布区域大小不同引起的。焊点附近网格单元尺寸变大时,采用直接连接模型得到的焊点附近局部结构的模拟刚度会相应增加;但是采用rbe3单元连接模型时,也可能会由于受到焊点中心与网格之间的相对位置等因素的影响而出现相反的情况。焊点直径变大时,采用rbe3单元连接模型得到的焊点附近局部结构的模拟刚度也会相应增加,但是通过适当调整被焊接结构的有限元网格划分,可以使得该模拟刚度随焊点直径变化的灵敏度最小。通过对一个双帽形焊接薄壁梁结构的几种不同有限元建模方式及相应的刚度和固有振动频率分析结果讨论,验证了给出的解析分析方法的有效性及结论的正确性。

采用直接数值模拟方法对绕截面中心轴旋转的方通道内的充分发展湍流进行了数值模拟,湍流雷诺数和普朗特数分别为400和0.71.为了分析浮升力对流体运动的影响,给出了不同格拉晓芙数gr下的主流平均速度场、温度场、二次流、湍流强度、雷诺应力等湍流统计量的分布情况,并对旋转效应的稳定与否以及由此对湍流统计量的影响进行了分析.结果表明:旋转效应稳定的区域湍流受到抑制,旋转效应不稳定的区域湍流增强,随gr的增加旋转效应稳定性变得更加复杂;浮升力对流场和温度场有明显的影响,随gr的增加影响更加明显.

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海水淡化技术已成为解决淡水资源紧缺的有效途径之一。将贯通型(otmsf)、带有盐水循环器(mmsf)和带有排热段(cmsf)的3种不同结构的多级闪蒸(multi-stageflash,msf)海水淡化装置分别与水电联产进行集成,并建立集成系统的数学模型,以最大经济效益为优化目标,探讨各操作参数和结构参数对集成系统性能的影响。结果表明,产水量一定时,3种集成系统的经济效益均随闪蒸级数的增大呈现出先增大后减小的变化趋势,而发电量则均出现下降的趋势。产水量md增大时,cmsf和otmsf系统的总经济效益均增大,且otmsf的总经济效益高于cmsf;mmsf的经济效益明显低于前两种,其变化趋势是先升高后下降。

以双吸离心泵为研究对象,在fluent软件中采用标准k-ε模型、rngk-ε模型、realizablek-ε模型和雷诺应力模型4种湍流模型在相同网格条件下进行三维、稳态数值模拟,计算其在不同工况下的扬程及水力效率;然后以rngk-ε模型计算结果作为初值,用大涡模拟方法进行三维、非稳态数值模拟,计算叶轮旋转一周的平均扬程及平均水力效率,与真机数据进行对比分析。计算结果表明:fluent软件在稳态计算的情况下,所采用4种模型均能够对双吸离心泵进行稳态数值模拟,且模拟的精度有差别,但总体与模型试验结果误差较大。使用稳态计算结果作为初值,用大涡模拟方法进行非稳态数值模拟可以得到更为精确的结果,但大大增加了计算工作量。

旋流自吸泵蜗壳结构不同于普通泵,具有特殊的流场结构。采用大涡模拟方法和滑移网格技术,通过对设计工况下旋流自吸泵三维非定常湍流场的数值计算,捕捉到泵叶轮和蜗壳内的压力分布、速度分布和尾迹区内旋涡的结构与演化特征等重要流动信息,结果表明叶轮内部静压具有一定的非对称性。分析了分离室内漩涡形成的原因。对含气率分布的分析表明,叶轮中气相主要集中于叶片的吸力面区域。对旋流自吸泵的性能进行预测,得到了预测性能曲线,并将预测结果与性能试验结果作了对比,证明了大涡模拟法能够较准确地预测旋流自吸泵内部流动特性和性能。

介绍了海水淡化的主要工艺方法。根据不同的淡化工艺及其系统对阀门的特殊要求,给出了低温多效蒸馏法(med)淡化工艺用蝶阀的结构形式和蝶板材料的选择方法。

为满足南水北调东线工程对大量优秀的高比转速轴流泵的需求,采用不同于传统升力法和圆弧法的流线法设计了系列轴流泵水力模型,提出了从轮缘到轮毂线性修正的叶轮叶片环量分布规律,冲角按轮毂到轮缘增加的方式选择,取值范围为0°~3°,比转速越大,冲角取值越小.采用标准k-ε紊流模型和simplec算法计算了轴流泵水力模型三维定常流场,数值计算结果表明,数值模拟的性能曲线与同台测试的性能曲线基本吻合,叶轮轮缘的参数是水力模型高效率的关键,该系列模型实现了更高的效率和更宽的高效区特性,在南水北调东线一期工程4座泵站中得到应用。

针对同一叶轮配不同导流器,通过试验分析,探索提高潜水泵效率的途径。以250qj125型潜水泵配两种导流器为例,通过cfd数值计算,预测出潜水泵的性能,将解析法求得的潜水泵最佳工况点与模拟试验结果进行了比较,其结果较为吻合。经对两种导流器内部的速度场和压力场分析,提出了增加导流器长度、增大导叶片进口冲角和壁角等方法可提高潜水泵的效率。

一、应用背景膜法反渗透海水淡化高压泵是反渗透海水淡化工程中的关键设备,目前主要依赖进口。要实现海水淡化的产业化,其关键设备的国产化是急需解决的问题。实现反渗透海水淡化高压泵的国产化,可达到提高反渗透海水淡化工程性能、降低造价和节约能耗的目标。合肥华升泵阀有限责任公司一直致力于进口泵设备国产化技术的消化吸收和再创新。

本文假设对于近似均匀的高雷诺数流动风，雷诺应力仅与平均速度梯度及两个独立的紊流尺度参量κ、ε有关，运用量纲分析和张量的ｃａｙｌｅｙ－ｈａｍｉｌｔｏｎ定理，发展了一种新的紊流封闭模型；扩展κ－ε模型。利用充风洞试验数据确定了该模型的系数，并在组成以及对雷诺正应力的预测上与标准κ－ε模型作了比较。采用该新的模型对一正方形截面高层建筑周围的流动风进行了数值模拟，结果表明扩展κ－ε模型改善了对建筑物的周围

为研究湍流积分尺度对高层建筑风荷载大小和分布的影响,研究其合理取值,基于大涡模拟开展了b类地貌不同湍流积分尺度下caarc(commonwealthadvisoryaeronauticalresearchcouncil)标准高层建筑模型绕流模拟,并将模拟结果与风洞试验进行了比较.研究结果表明:大涡模拟能较好地反映高层建筑周围风场绕流特性和表面风压分布.随着湍流积分尺度的增大,平均运动的变形率向湍流脉动输入能量,以致平均风速降低、湍流强度增大；侧面风压脉动性降低15%、分离流附着提前出现；基底扭矩谱和弯矩谱的峰值及高频段幅值均减小；层斯托罗哈数在0.4倍建筑高度以下基本相同,随高度的增加其值下降20%~30%；层平均阻力系数下降5%~10%；迎风面风压系数平均值下降2%~5%,侧面和背面下降12%~17%.湍流积分尺度对迎风面和侧面上风向的风压水平相关性、层升力和0.8倍建筑高度以下的层阻力相关性的影响可以忽略.随湍流积分尺度的增大,风压水平相关系数增大,背风面增大5%~10%,侧面下风向增大15%~25%,0.8倍建筑高度以上层阻力相关性系数增大25%~50%.b类地貌湍流积分尺度的调整系数为0.4时,计算得到的风荷载与试验结果趋于一致.

对日本建筑学会提供的室外无污染物扩散和有污染物扩散的建筑风洞实验模型,采用15种湍流模型分别求解其室外流场,通过模拟结果与风洞实验结果的对比分析,确定建筑室外风环境数值模拟所用的最优湍流模型.结果表明,suga三次式高rek-ε模型对风场和浓度场的求解具有很高的精度,是最优的模拟室外风环境的湍流模型,不足之处是该模型的计算时间比标准k-ε模型长.因此,对建筑室外风环境进行cfd数值模拟时,在时间允许的情况下可采用suga三次式高rek-ε模型,在计算精度要求不高及计算时间有限的情况下,可采用标准k-ε模型.

宝钢股份有限公司特钢事业部日前与上海电气集团股份有限公司签署海水淡化及冷轧带材战略合作框架协议。根据协议．双方将共同致力于海水淡化及沿海核用钢材的研发。

基于大涡模拟方法,设定适当的边界条件,利用三维非结构四面体网格进行网格划分,采用有限体积法对控制方程进行离散,应用cfd软件fluent对旋流自吸泵的内部三维湍流流场进行数值计算,得到泵内部流场的分布情况以及突台附近区域的流动情况.为了研究突台结构对性能的影响,对应不同突台结构,分别计算了不同工况下的流动情况,预测旋流自吸泵的宏观性能并绘制了性能曲线.通过对数值模拟结果的分析和对比,在获得旋流自吸泵宏观性能曲线的基础上,分析突台附近区域的内部微观流场与宏观外部特性之间的关系.结果表明,突台结构对扬程、效率影响较大,而对于功率影响较小.基于cfd辅助设计,通过对突台尺寸参数不同方案的性能的对比分析,获得突台尺寸参数的最佳值,从而为泵的改进设计提供参考.