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基于表面波线性不稳定性理论建立了荷电液体射流色散方程并进行数值计算,应用高速摄影技术测量荷电液体射流破碎长度,对理论分析结果进行实验验证.在讨论的射流速度、荷电电压范围内,随着射流速度或荷电电压的增加,0阶、1阶表面波最大增长率不断提高,但0阶表面波最大增长率始终大于1阶表面波,主导射流破碎过程;提高射流速度,射流破碎长度先增加至一个极值之后逐渐减小,荷电电压总是促进射流破碎,减小射流破碎长度;提高液体电导率,射流破碎长度增大.实验结果表明,线性不稳定性理论能很好地解释射流速度、荷电电压和液体电导率对射流破碎长度的影响,但在预测射流破碎长度极值对应的临界射流速度时存在一定的偏差. 相似文献
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现有的射流阀均未对水力空化进行合理规划、有效控制和高效利用,存在破碎能量级低、能量构成欠合理、能量分散、能效低、废能占比高、对硬韧性物料破碎能力差等问题。为了提升高压射流破碎中的破碎能量级和密度,减少无效能产出,提出了一种短程射流共点交汇对撞阀结构方案及其水力空化效应机制。利用CFD进行了流场模拟,依据模拟结果配置了短程射流共点交汇对撞阀的几何和运行参数,通过捕集羟自由基和电镜成像检测了水力空化强化效果和对微晶纤维素的破碎效果,检测结果表明：与直孔阀相比,短程射流共点交汇对撞阀的羟自由基捕获量提高41%,无效动能减少60%～80%,可使微晶纤维壳层破碎并能剥离出直径约15nm的微原纤。短程射流共点交汇对撞破碎明显提升了溃灭冲击能,可作为硬韧性生物材料超微细化的有效方法。 相似文献
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针对柴油机燃油射流初始段破碎过程试验观测上的困难,基于大涡模拟(Large Eddy Simulation, LES)和VOF多相流模型,对燃油高压射流流动特性及其近嘴区射流初始雾化过程进行数值研究。根据喷孔内空化、湍流以及环境气体和射流之间相互作用,建立单喷孔计算模型,并采用了Sou试验结果对所建模型的合理性进行验证。结果表明:喷嘴内空化、湍流,以及环境气体和射流的相互作用是燃油近嘴区初始射流破碎的主要原因。孔内湍流和空化相互促进,空化泡溃灭使射流产生扰动促进射流表面波增长以及射流初次破碎,射流与环境气体的空气动力学效应进一步加速射流破碎效果,随着空化效应的增强,射流与环境气体相互作用区域湍动能和亚网格涡黏度也增强,燃油雾化质量也得到提高。计算结果为柴油机利用其孔内流动特性来增强燃油雾化效果提供理论依据。 相似文献
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基于VOF方法并考虑界面张力影响与界面重构,分别建立不同喷射流率下的非相溶两相流界面追踪模型,追踪液-液分散雾化过程中油-水两相界面变化,模拟了射流破碎和液滴形成、生长与破碎等微观特征,分析了准则数对射流破碎与液滴形成的影响机理。结果表明:所建立的界面追踪模型能模拟不同喷射流率下液-液分散雾化形成液滴过程,但高喷射速率时捕捉流场中小尺度涡破碎过程的能力仍有不足;在不同的液滴形成模式下,射流液体的破碎均具有随机性,并随喷射流率的增大而增强,射流破碎依靠两相界面的波动和失稳形成体积较小的液滴;Re、Ca和Bo准则数对滴流和层流射流时形成的液滴与射流表面及其破碎处的形状的影响比较大,而对于湍动射流而言,则主要影响射流破碎程度和形成液滴的粒径。 相似文献
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荷电黏性液体射流线性不稳定性分析 总被引：1，自引：0，他引：1
根据线性不稳定性理论分析了扰动压强场和扰动电场,对荷电液体射流受力特性进行分析,建立了荷电黏性液体射流色散方程,通过数值计算分析了射流速度、荷电电压及黏度对荷电液体射流不稳定性的影响．研究结果表明：增加射流速度或荷电电压均能使射流不稳定性增加,表面波最大增长率及其对应的最优波数、最大波数均增大,射流破碎形成的液滴特征尺寸减小．黏度的提高使射流趋于稳定不易破碎,表面波最大增长率及其对应的最优波数减小,射流破碎形成的液滴特征尺寸增大,而最大波数保持不变．射流速度在0—1m/s范围内,非荷电与荷电情况下0阶表面波始终存在;非荷电时,只有当射流速度达到一定数值时1阶表面波才出现,荷电后,1阶表面波在更小的射流速度时即可出现;0阶表面波最大增长率大于1阶表面波最大增长率,在液体射流破碎过程中占据主导地位． 相似文献
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从理论上论述了非定常水射流的调制原理，特别是对射流的液珠化过程以及调制后射流与靶体的碰撞作了较详细的分析。简要概括了形成非定常水射流的各种外间断法和内调制法，并分析了各种方法的优缺点。通过对这些方法进行比较，得出激振荡射流和混沌调制冲击射流是比较有发展前途的水射流技术。 相似文献
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针对目前水射流破土研究中缺少对非淹没与淹没条件下整体冲击、破坏过程差异分析的问题,采用ALE算法对水射流破土进行流固耦合数值计算建模并分析淹没条件及非淹没条件下冲坑演化差异。通过ANSYS/LS-DYNA有限元数值模拟与联合PFV软件的高速摄像机试验进行对比验证仿真模型的有效性,探究淹没条件及非淹没两种射流状态破土成坑过程差异及土体内部应力分布瞬时信息。研究结果表明:冲蚀体积相同时,淹没条件下射流对靶目标刺激更小;相同工况、淹没射流破土到达稳定坑形时,淹没射流冲坑深度为非淹没射流冲坑深度的33.8%,淹没射流冲坑径宽为非淹没射流径宽的71.4%。研究结果可为水射流破土冲挖现场应用提供参考依据。 相似文献
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研究了冬枣片在各种干燥温度、风速和转速条件下的气体射流冲击干燥特性,并进行了方差分析,建立了冬枣片气体射流冲击干燥的数学模型,且对实验数据进行了拟合与验证。实验结果表明:冬枣片的整个干燥过程属于降速干燥。采用Modified Page等5种薄层经典干燥模型对干燥过程进行拟合,通过决定系数R2、均方误差根(RMSE)和误差平方和(SSE)等拟合优度评价指标对几种经典干燥模型的拟合进行评价,结果表明:冬枣片气体射流冲击干燥过程与Modified Page经典干燥模型较为吻合。 相似文献
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针对目前台风作用甘蔗动力学仿真研究中,风作用甘蔗的动力学仿真研究匮乏的问题,对甘蔗进行简化研究,利用测定的几何参数和CREO三维软件建立甘蔗几何模型,测定甘蔗物理力学特性参数,并建立了甘蔗材料模型。同时,建立了流场几何模型和材料模型,采用Hyper Mesh和LS-PrePost软件分别对甘蔗和流场模型进行网格划分,并定义边界条件和流固耦合控制参数;最后,利用LS-DYNA不可压缩流ICFD求解器和强耦合计算方法,考虑大涡模拟湍流模型,实现风与甘蔗的双向流固耦合作用,并对仿真模型精度进行物理验证。结果表明:该仿真模型的构建方法合理,可用于模拟风作用甘蔗的动力学过程,为台风-甘蔗和自然风-作物流固耦合系统动力学仿真建模提供依据。 相似文献
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为研究水轮机导叶运动对水轮机暂态过程中叶栅流场的流固耦合动态特性影响,基于二维时均瞬态N-S方程和标准k-ε湍流模型,分别应用ANSYS FLUENT软件中的重叠网格方法和动网格方法,对高雷诺数下槽道内水轮机单个导叶在均匀来流条件下模拟水流绕流翼型叶片的导叶匀速关闭运动过程.结果表明:2种方法得到的关闭过程中叶后不均匀流场动态水力特性呈现出强非线性,导叶的升力系数、阻力系数随时间的变化规律较为吻合,槽道内各典型时刻的流场压力、尾涡结构、湍流强度分布特征也基本一致.但重叠网格方法的网格数量约为动网格方法的1/3,计算耗时约为动网格方法的1/4,说明重叠网格方法在计算效率方面具有比动网格方法更好的优越性.研究表明2种方法都可较好地模拟导叶动态绕流问题,但对某些复杂非线性动边界流固耦合问题进行非定常流模拟时可以优先选择重叠网格方法,2种方法都具有较高工程应用价值. 相似文献
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带预应力的高速离心泵转子模态分析 总被引：1，自引：0，他引：1
高速离心泵被广泛应用于炼油、石油化工和航天技术等领域.但随着转速的提高，对高速离心泵的运行稳定性和可靠性要求越来越高。因此，通过CFX对高速离心泵进行定常流场分析，将分析结果通过相应的接口导入ANSYSWORKBENCH中进行单向流固耦合分析，计算出高速离心泵转子在空气中、水中受流固耦合作用力时的临界转速和振型，对高速离心泵的优化设计、稳定运行和防止事故发生具有重要意义。结果表明：高速离心泵正常运行时的转速小于其临界转速，因此不会发生共振。在叶片中最大等效应力出现在叶片的出口处，流固耦合作用力降低了高速离心泵转子的一二界固有频率。重力和离心力在一定程度上降低了高速离心泵的临界转速，但影响很小。 相似文献
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垂直摇臂式喷头导流器的流固耦合分析 总被引：2，自引：0，他引：2
以垂直摇臂式喷头的导流器为研究对象,对导流器从水射流中获取的驱动力进行理论分析和试验测量.基于流固耦合原理,初步建立了垂直摇臂式喷头导流器驱动力数值模拟计算模型,并通过试验结果验证数值模拟结果的准确性.将流场计算结果加载到导流器固体域上,对导流器进行了力学分析和模态分析.结果表明:模拟得到的导流器从水射流中获取的驱动力值与试验值的最大偏差为15.98%,但随着压力的升高,偏差值逐渐降低;通过力学分析得到导流器在受水射流冲击时的变形主要分布在弯曲叶片部分;通过有限元模态分析,得到导流器前6阶模态的固有频率和振形,当导流器的工作频率小于122.6 Hz时,其振动以一阶振形为主.为了提高导流器的工作稳定性与可靠性,可以通过改进局部结构或提高材料的力学性能实现. 相似文献
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《排灌机械工程学报》2016,(6)
In consideration of the problem that the effect of conduit structure on water hammer has been ignored in the classical theory,the Poisson coupling between the fluid and the pipeline was studied and a fourteen-equation mathematical model of fluid-structure interaction(FSI)was developed.Then,the transfer matrix method(TMM)was used to calculate the modal frequency,modal shape and frequency response.The results were compared with that in experiment to verify the correctness of the TMM and the results show that the fluid-structure coupling has a greater impact on the modal frequencies than the modal shape.Finally,the influence on the response spectrum of different damping ratios was studied and the results show that the natural frequency under different damping ratios has changed little but there is a big difference for the pressure spectrum.With the decreasing of damping ratio,the damping of the system on frequency spectrum is more and more significant and the dispersion and dissipation is more and more apparent.Therefore the appropriate damping ratio should be selected to minimize the effects of the vibration of the FSI.The results provide references for the theory research of FSI in the transient process. 相似文献
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为实现同时提高双流道泵水力性能和结构性能的研究目标,采用均匀试验设计、高精度流固耦合计算、人工神经网络建模以及多目标遗传寻优相结合的方法,选取蜗壳的进口直径、进口宽度、隔舌安放角和扩散段长度为优化变量,利用均匀试验设计方法设计了50组试验,通过流固耦合计算方法得到双流道泵设计工况点的效率以及蜗壳段的最大应力,并以此为优化目标,通过BP人工神经网络训练建立近似函数,设计了离心泵专用的多目标多学科遗传寻优策略对目标函数进行寻优,得到了蜗壳几何参数组合的Pareto前沿。结果表明:相对于原始方案,优化方案的扩压效果明显改善,并且减少了隔舌处及扩散段的回流现象;优化方案的效率得到提升;优化方案的最大应力和最大应力点的平均振动速度显著降低。 相似文献
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基于流固耦合的轴流泵叶片应力特性 总被引：2，自引：0，他引：2
施卫东;王国涛;张德胜;蒋小平;徐燕 《排灌机械》2013,(9):737-740,757
为计算轴流泵叶片的应力及变形情况,在Workbench平台上,采用Ansys和CFX软件对轴流泵内部流场和叶轮结构响应进行双向顺序流固耦合联合求解,其中流场计算基于RANS方程,采用RNG k-ε双方程湍流模型,结构计算采用弹性体结构动力学方程.对叶轮叶片在流固耦合作用下的变形和应力分布进行了计算,分析了流固耦合作用对轴流泵扬程和效率的影响.计算结果表明:在流固耦合作用下轴流泵叶片的最大位移发生在叶片进水边轮缘处,叶片出水边及根部位移较小;叶片根部与轮毂接触处靠近进水边一侧存在明显的应力集中现象;叶片的应力和变形均随轴流泵流量的增大而逐渐减小;与不考虑流固耦合作用相比,考虑流固耦合作用的数值计算得到的轴流泵扬程和效率均有所下降,但下降幅度较小. 相似文献
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基于流固耦合的除杂风机应力应变及模态研究 总被引：1，自引：0，他引：1
叶轮是除杂风机的重要部件之一,叶轮在运行中的应力应变对除杂风机的安全运行有着重要的影响,而叶轮振动是风机的常见故障,所以流固耦合条件下的除杂风机叶轮变形及振动分析对甘蔗收获机除杂风机的安全有着重要的意义。为此,采用有限元分析软件Ansys Workbench对除杂风机叶轮进行了单向流固耦合计算分析,结果表明:叶轮在流固耦合作用下会发生弯曲扭振变形,最大应力分布在叶片与轮毂的交界处,最大应变分布在叶片外缘处;所设计的叶轮最大应力为21.48MPa,小于材料极限应力,而工作转速也远离振动转速,均满足工作要求。该研究为甘蔗收获机的除杂风机设计提供了参考。 相似文献
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为了研究混流式水轮机转轮应力及变形情况,基于单向流固耦合理论,利用Workbench平台对其进行数值模拟.在模拟过程中首先利用ANSYS CFX软件,采用标准k-ε湍流模型对水轮机三维流态进行计算,其次通过Static Structural将流场水压力传递到转轮表面,进而进行耦合计算并得到了转轮应力和变形分布规律,最后通过试验结果对数值计算结果进行验证.研究表明:在100%开度下,从最低水头到额定水头、从额定水头到最高水头,转轮最大主应力与等效应力分别增大了9.8%,15.9%.另外在不同导叶开度下,水轮机转轮叶片瞬态较大变形、最大主应力以及最大等效应力均主要集中在叶片出水边与泄水锥交界处和叶片出水边靠近下环处,且随着导叶开度增大这些值均逐渐增大,特别在叶片出水边靠近下环处,由于该位置较薄,且在交变应力的反复作用下,该位置易发生疲劳破坏,因此更易出现裂纹和断裂. 相似文献
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冲压焊接离心泵叶轮有限元计算 总被引：4，自引：0，他引：4
为计算叶轮的应力及变形情况,在ANSYS软件中采用流固耦合方法将流场计算得到的分布压力施加到叶轮结构上,对冲压焊接离心泵叶轮进行有限元分析.首先对不同网格密度的叶轮模型进行计算,在此基础上,分别计算了设计工况下叶轮在离心载荷、流场压力载荷及两者共同作用下的等效应力及变形情况,并分析了叶轮最大应力及最大总变形随流量的变化情况.结果表明：离心载荷引起的应力及变形明显小于流场压力载荷引起的应力及变形.叶轮在流场中的应力及变形主要由流场压力载荷引起,但在考虑离心载荷后叶轮的最大应力和变形均略有增大.各种载荷作用下叶轮的等效应力在小流量工况下最大,随流量的增大不断减小.叶轮的最大总变形在小流量工况下最大,随流量的增大先减小后增大,在最高效率工况下出现最小值. 相似文献