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《柱塞泵配流副瞬态流场数值模拟与可视化试验研究》篇一一、引言柱塞泵作为一种广泛应用于流体控制与能量传输的重要设备，其配流副的瞬态流场特性对泵的性能及稳定性具有决定性影响。
随着计算流体动力学（CFD）技术的快速发展，以及可视化试验技术的不断进步，对柱塞泵配流副瞬态流场的数值模拟与可视化研究已成为当前研究的热点。
本文旨在通过数值模拟与可视化试验相结合的方法，深入研究柱塞泵配流副的瞬态流场特性，以期为柱塞泵的设计与优化提供理论依据。
二、柱塞泵配流副瞬态流场数值模拟1. 模型建立与网格划分基于柱塞泵的实际结构，建立配流副的三维模型。
为保证计算的准确性，对模型进行合理的网格划分，包括对关键区域的网格加密处理。
2. 数值方法与边界条件采用计算流体动力学（CFD）方法，选择合适的湍流模型。
设定合理的边界条件，包括入口流速、出口压力等。
同时，考虑到柱塞泵的动态特性，设置随时间变化的边界条件。
3. 数值模拟过程根据建立的模型、选择的湍流模型及边界条件，进行瞬态流场的数值模拟。
通过迭代计算，得到配流副各时刻的流场分布。
三、可视化试验研究1. 试验装置与流程设计并搭建可视化试验平台，包括柱塞泵、数据采集系统、图像处理系统等。
通过改变泵的工作参数，如转速、流量等，观察并记录配流副的瞬态流场变化。
2. 图像处理与分析利用高速摄像机等设备，捕捉配流副的瞬态流场图像。
通过图像处理技术，提取流场的关键信息，如速度分布、压力分布等。
对提取的数据进行分析，得到配流副的瞬态流场特性。
四、结果与讨论1. 数值模拟结果通过数值模拟，得到配流副各时刻的流场分布。
分析流场的变化规律，了解泵的流动特性及能量传输过程。
2. 可视化试验结果通过可视化试验，观察到配流副的瞬态流场变化。
将试验结果与数值模拟结果进行对比，验证数值模拟的准确性。
同时，分析试验结果中的异常现象，探讨其产生原因及影响因素。
3. 结果讨论结合数值模拟与可视化试验结果，深入讨论柱塞泵配流副的瞬态流场特性。
RH循环流量水模实验研究李德军;于赋志;许孟春【摘要】通过物理实验模拟考察了RH精炼过程中吹气量、吹气方式、真空度、气体行程等参数对循环流量的影响，并对实验结果进行了分析和论述，得出结论，吹气量低于120 m3/h时，循环流量随吹气量的增大而提高，多孔吹气、真空度升高及增加气体行程均有利于循环流量的提高。
%The influence of these parameters such as blowing rate, blowing means, vacuum degree and air stroke on the circulation flow rate during RH refining was simulatively investigated based on the physical experiment. And then experimental results were analyzed and discussed. After that it is concluded that the circulation flow rate increases with increasing the blowing rate when the blowing rate is lower than 120 m3/h and blowing air through multihole supply, improv-ing the vacuum degree and lengthening the air stroke are beneficial for increasing the circulation flow rate.【期刊名称】《鞍钢技术》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】4页(P17-19,40)【关键词】精炼;RH;循环流量;水模实验【作者】李德军;于赋志;许孟春【作者单位】鞍钢集团钢铁研究院，辽宁鞍山114009;鞍钢集团钢铁研究院，辽宁鞍山114009;鞍钢集团钢铁研究院，辽宁鞍山114009【正文语种】中文【中图分类】TF769RH精炼炉是德国鲁尔公司和海拉斯公司共同设计的真空精炼设备，有脱气、脱氧、脱碳、成分调整等多项功能。
高超音速流场模拟与优化研究在现代航空、航天技术领域中，高超音速技术是一个备受关注的研究方向。
高超音速飞行器以其超越音速的速度和高度，具有高效加速、空气动力学可控性强、高温高压环境下的良好表现等特点。
然而，由于高超音速飞行器的极高运动速度和在高温高压环境下车体表面的状况，以及相对来说较为复杂的流场现象，高超音速流场模拟与优化研究成为了实现高超音速技术的一项关键技术。
高超音速流场的主要特征是流速高、流体压力低以及流场结构复杂，具有高介质密度、高温度和强离子化状态等性质。
这些特征造成了高超音速飞行器面临的各种挑战。
为了解决这些技术问题，高超音速流场模拟与优化成为了一种非常有效的研究手段。
高超音速流场模拟是利用计算机仿真技术对高超音速飞行器流场的运动学、力学、传热和化学过程等进行全面模拟和分析。
这是一项非常复杂的计算工作，需要对流场中各种流体参量进行精确计算、分析和预测。
其中包括的流场物理学、化学物理学、热物理学和材料科学等多种学科知识。
同时，还需要考虑流体的不可压缩性、黏性、热传导、传热和化学反应等影响流动特性的因素。
在高超音速流场模拟中，最常用的数值计算方法是计算流体力学方法（CFD）。
CFD是一种用数学模型、数值方法和计算机技术求解流体运动问题的方法。
基于CFD的模拟过程中，根据流场中各种物理量的变化和相互关系，采用数学模型和方法对问题进行建模和求解，获得精确的流场参数。
此外，CFD还可以对流体的传热、化学反应等进行模拟，从而对高超音速飞行器的结构设计、燃烧室选择、热保护设计等方面提供可靠的指导。
同时，高超音速流场模拟的过程还受到物理模型、计算网格以及数值边界条件等重要因素的影响。
物理模型是指模拟过程中使用的数学公式、方程式和数值方法等。
计算网格是将空间分割成有限大小的模块，是进行计算流体力学模拟的基础。
数值边界条件则是限定流场的几何形状和计算条件，从而使流场模拟更加真实、准确。
随着计算机硬件和算法的不断升级，高超音速流场模拟技术已经取得了重大突破。
《柱塞泵配流副瞬态流场数值模拟与可视化试验研究》篇一一、引言柱塞泵作为液压传动系统中的关键元件，其性能的优劣直接影响到整个系统的运行效率和稳定性。
配流副作为柱塞泵的核心部分，其瞬态流场的特性对泵的性能具有重要影响。
因此，对柱塞泵配流副瞬态流场进行数值模拟与可视化试验研究，有助于深入理解其流动特性，为优化柱塞泵的设计和提升其性能提供理论依据。
二、流场数值模拟方法在柱塞泵配流副瞬态流场的数值模拟中，我们采用了计算流体动力学（CFD）方法。
CFD是一种通过计算机求解流体控制方程来模拟和分析流体流动的技术。
通过建立配流副的三维模型，并设定合理的边界条件和初始条件，我们可以得到流场的瞬态变化情况。
在模拟过程中，我们采用了高精度的数值计算方法，如有限体积法或有限元法，对流场进行离散化处理。
通过求解离散化后的控制方程，我们可以得到流场中各个位置的流速、压力等参数的变化情况。
此外，我们还考虑了流体的物理性质，如密度、粘性等，以及流体与固体壁面的相互作用等因素，以更准确地模拟实际流场情况。
三、可视化试验研究为了验证数值模拟结果的准确性，我们进行了可视化试验研究。
通过高速摄像技术，我们可以实时观察配流副内部流场的动态变化情况。
同时，我们还采用了粒子图像测速（PIV）技术，通过在流场中加入示踪粒子并利用激光照射和图像处理技术，可以得到流场中各个位置的流速和流向信息。
在试验过程中，我们通过改变柱塞泵的工作条件（如转速、压力等），观察配流副内部流场的变化情况。
通过对比不同条件下的流场图像和数值模拟结果，我们可以验证数值模拟的准确性，并进一步分析配流副的流动特性。
四、结果与讨论通过对柱塞泵配流副瞬态流场的数值模拟与可视化试验研究，我们得到了以下结果：1. 配流副内部流场的瞬态变化情况。
我们观察到在柱塞泵的工作过程中，配流副内部流场呈现出复杂的流动特性，包括涡旋、流动分离等现象。
2. 数值模拟结果与可视化试验结果的对比。
我们发现数值模拟结果与试验结果在整体趋势上一致，但在某些细节上存在一定差异。
防城港码头工程前后潮流场的数值模拟
方建章;曾小辉
【期刊名称】《水道港口》
【年(卷),期】2007(028)005
【摘要】基于双时间层的有限差分方法(ADI),建立了水深平均二维浅水潮流数学模型,采用逆风格式和追赶法求解二维浅水方程,在对模型进行潮位验证和潮流验证的基础上,对防城港码头工程实施前后的潮流场进行了数值模拟研究.研究表明:该工程建设不会减少湾内纳潮量,不会对海域水动力学条件产生较大影响,只会对码头附近产生较小影响.
【总页数】6页(P331-336)
【作者】方建章;曾小辉
【作者单位】中交第二航务工程勘察设计院有限公司,武汉,430071;中交第二航务工程勘察设计院有限公司,武汉,430071
【正文语种】中文
【中图分类】P731.23;O242.1
【相关文献】
1.平面形状不规则高桩码头对河道流场影响的数值模拟研究 [J], 刘立霞;周柏奎
2.高桩码头对河道流场影响数值模拟方法研究现状与展望 [J], 吕宏;吴飞
3.高桩码头对河道流场影响的数值模拟 [J], 李光炽;周晶晏;张贵寿
4.渤海湾半日潮平均大潮（m2＋s2）潮流场数值模拟研究 [J], 韩天
5.高桩码头桩群对河道流场影响的数值模拟 [J], 吴飞
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整装油藏流场重整提高采收率的数值模拟研究的开题报告题目：整装油藏流场重整提高采收率的数值模拟研究一、研究背景随着我国油气资源逐渐的枯竭，开采难度也在逐年增加，因此开采更多的油气资源成为了当前亟待解决的问题。
然而，传统的油气开采方法存在一些限制，如采收率低、技术难度大等问题。
整装油藏不仅可有效避免渗透压对油藏产生的影响，还可以利用采油技术进行高效的开采，因此备受研究者的关注。
二、研究内容和目的本次研究以整装油藏为研究对象，主要考虑整装油藏内部的流场重整对采油过程中采收率的影响。
具体研究内容包括：1. 基于物理模型建立数值计算模型来模拟整装油藏内部的流场分布；2. 通过数值模拟研究整装油藏内部流场重整对采收率的影响；3. 分析整装油藏内部的物理参数，探讨基于流场重整技术提高采收率的可能性。
本次研究旨在深入研究整装油藏的开采特点，揭示整装油藏内部流场重整对采收率的潜在影响，为探索高效的油气开采方法提供理论支持。
三、研究方法本次研究主要采用数值模拟方法，通过建立物理模型并利用计算机模拟其流场分布，来研究整装油藏内部流场重整对采收率的影响。
具体方法包括：1. 利用有限元方法建立整装油藏的三维数值模型；2. 选取适当的流体模型和边界条件，利用计算流体力学方法模拟整装油藏内部的流场分布；3. 基于模拟结果，通过分析油藏内部的物理参数来评估整装油藏内部流场重整对采收率的影响。
四、研究计划本次研究计划分为以下几个阶段：1. 研究前期调研阶段（1个月）：调研整装油藏的开采特点、数值计算方法及其在油气开采领域中的应用等相关内容，明确研究目标和方向；2. 模型建立阶段（2个月）：根据前期调研结果，建立整装油藏的数值计算模型，并进行模型验证；3. 数值模拟阶段（3个月）：采用数值计算方法模拟整装油藏内部的流场分布，并针对不同情况进行模拟计算，得出结果；4. 结果分析与总结阶段（1个月）：对数值模拟结果进行分析，得出整装油藏内部流场重整对采收率的影响，总结本次研究的成果和不足之处。
优化条件的RH流场数值模拟研究薛利强，何平，张海风，李相臣(钢铁研究总院冶金工艺研究所，北京100081)摘要：采用欧拉模型数值模拟方法，通过采用更接近实际的边界计算条件和初始条件对170tRH熔池流场进行了模拟分析。
研究结果表明：改进后模型计算出的流场状态和循环流量结果与试验结果很一致；上升管内钢液速度呈M型分布，且气泡在上升管内的流动具有波动性，下降管内钢液流速度分布均匀，上升管内壁比下降管内壁更容易侵蚀。
关键词：RH精炼；流场；数值模拟；质量入口RH的冶金功能如真空脱碳脱氧、吹氧脱碳、喷粉脱硫、温度补偿、均匀温度和成分等都是在真空条件下通过钢液的循环流动来实现的，RH熔池的流动行为和状况影响其精炼效率。
自1975年Nakanishi[1]提出的RH装置熔池内钢液流动的二维数学模型以来已有很多研究者[2-7]对RH循环精炼过程中钢液循环流动进行了数值模拟研究，为认识RH熔池内流体流动行为提供了依据。
但其数学模型的边界条件设置具有一定的局限性：1)将上升管吹气孔设置为速度入口，这对于可压缩气体来说会导致计算结果误差较大；2)把氩气温度视为常温，没有考虑钢液温度对氩气密度的影响；3)氩气气泡直径为一定值，不随吹气量以及上浮等条件的变化而变化；4)真空室液面高度设为定值或真空室出口为硬性边界条件，导致钢液没有充分自由发展。
这些将势必影响RH熔池内流场速度及形态、循环流量等的计算可靠性。
为了对RH熔池内的钢液流动行为进行研究，将钢包与RH装置视为一个整体，吹气孔采用质量入口，初始时真空室无钢液，随着抽真空与吹气的进行，RH熔池内钢液面上升，最后达到稳定，真空室内的钢液液面是充分自由发展的。
在此更接近实际的边界计算条件下，采用大型CFD软件建立了欧拉模型对170tRH-KTB设备的流场进行了三维数值模拟研究。
其结果采用水力学模拟试验、国外文献经验数据进行了验证，并对RH浸管内钢液流场分布与管壁冲刷关系进行了分析。
1 数模模型1．1物理模型以某钢铁厂RH-KTB设备为原型，处理容量170t左右。
钢包内径底部为Φ2834mm，包口Φ3192mm；上升管、下降管长度1600mm，内径Φ550mm；真空室内径为Φ1910mm；上升管吹氩孔为12孔双层分布，上下层各6孔均呈60°分布，上下层孔交错30°，层间距150mm。
物理模型的几何尺寸与原型一致。
1．1．1假设条件在RH设备中，由于气泡的提升、搅拌和真空度抽吸作用以及温度场变化对流动的影响，钢液的流动状态为复杂的湍流。
为了便于建立模型，特作以下假设：1)钢液温度不变，不考虑温度场变化对流动的影响；2)气体进入钢液后的温度与钢液温度一致；3)气泡的浮力是驱动钢液循环流动的主要驱动力。
1．1．2边界条件1)为便于计算和模拟，包口液面上方设置为压力入口。
压力为101．325kPa；2)真空室出口为压力出口，此处仅考虑轻处理下的真空度，压强为1kPa；3)上升管的吹氩孔为质量入口，对吹入的氩气进行了压力和温度修正，产生的气泡随吹气量和压力而变化，吹氩流量与实际生产一样；4)壁面边界采用标准壁面函数。
1．1．3控制方程RH内钢液流动遵循的基本方程包括连续性方程、动量守恒方程及能量守恒方程．采用k-ε方程来描述整个熔池中的紊流状态。
由于RH熔池内流体的流动涉及吹氩，其流体流动为标准的两相流，采用欧拉模型对气液两相区进行处理。
1．1．4参数设定氩气、钢液的各项参数如表1[8-9]所示，其中对吹入RH熔池中的氩气密度进行了温度与压力修正。
注：V L为单位时间内进入上升管内的氩气流量，m3／min；g为重力加速度，9．8m／s2根据理想气体方程有：P0V0／T0=P1V1／T1(1)ρ1=ρ0T0P1／(T1P0) (2)式(1)和式(2)中：T0=298K，T1=1873K；ρ0为标准大气压下的密度，1．6228kg／m3；P0和P1分别为标准大气压强和吹气孔处的压强，Pa。
1．2模型的初始化该模型初始化时钢液全部处于大包中，分离求解器采用Simple算法，松弛因子系数设置如下表2所示。
2 模型计算结果及讨论2．1RH气液两相分布与钢液循环流量变化从吹气量100m3／h、浸渍管插入深度500mm，真空室内真空度1kPa下该模型计算收敛后的相图发现，气体进入上升管后沿着管壁向上运动进入真空室，这一结果与文献1[10-11]描述一致。
图1为该数学模型检测其下降管1／2处横截面所得到的循环流量走势图，可以看出，随着抽真空的进行，在前期钢液从下降管内流向真空室内，随着时间的推移，下降管内流向真空室内的钢液速度逐渐减小直到为零(对应于图1中循环流量趋势线的最高点)，之后下降管内钢液速度变向，从真空室流向大包直至稳定。
2．2模型计算流场与水模试验结果对比在验证钢液流动的数值计算结果方面目前采用的主要方法为水力学模拟试验方法。
水模试验对流体流场来说具有可观察性和易测性。
经过水模型试验的验证，数值计算所得的流场方向、分布、特点与水模试验所得的流场所得的流场十分吻合。
2．3数值计算循环流量与经验公式获得结果对比根据日本文献试验获得的RH钢液循环流量经验关系式与结果进行对比。
该模型计算吹气量为72、100、120、130、150m3／h下的循环流量，其与日本小野清熊[12](式(3))和森幸冶[13](式(4))所得的经验公式比较如图2所示。
Q=1．8×10-4D u0.3·Dd1.1·G0.31·H g0.3(3)Q=2．9×10-3G1/3D4/3{ln(P1／P2)}1/3(4)式(3)和式(4)中，Q为循环流量，t／min；D u、D d分别为上升管、下降管的直径，mm：D为浸渍管内径．mm；G为吹气量，m3／h；H g为吹气孔距离真空室液面的距离，mm；P1和P2分别为大气压强和真空室压强，Pa。
从图2中可以看出，在本模型计算范围内，其循环流量在小野清熊公式和森幸冶公式计算所得值之间，因此该模型计算的循环流量比较合理。
通过回归分析获得采用本模拟计算的RH循环流量计算式如下：Q=3．8×10-4G0.5D0.8H g0.7(5)2．4建立的RH数值计算模型特点1)将RH装置与钢包看作一个统一的整体，有利于分析钢液的整体循环流动情况。
2)吹气孔入口边界条件为质量入口，吹入的氩气体积经钢水温度和压力修正，产生气泡大小与气体流量有关，这对于可压缩气体氩气更接近实际生产情况。
3)初始条件上，初始化时钢液全在钢包里，通过抽真空与吹气使钢液提升到真空室里然后形成循环，与实际生产一致。
4)大包液面和真空室液面与气相接触，可以自由流动与波动，与类似的数值模型[10]计算结果相比，其下降管内的流速更加合理。
3 RH熔池流场特点分析3．1RH熔池速度场分析图3为吹气量100m3／h、浸渍管插入深度500mm，真空室内真空度1kPa时RH装置通过两浸渍管轴心的剖面速度图，可以看出钢液以较大速度从下降管流向大包，主流股基本不发散，与周围液体形成明显的液液两相流(主流股流速为0．97～1．12m／s，周围液体速度为0．08m／s)，下降主流股流向包底与包底撞击后速度迅速减小(从0．97m／s降低到0．29m／s)。
包底无弱搅拌区(与CAS精炼在包底形成的弱搅拌区不同[1-4])。
由于上升管对大包钢液的抽吸作用，大部分钢液流向上升管，从而在大包与真空室之间形成一个大的流动循环区。
同时在大包中下部两浸渍管下方形成了一个漩涡区，漩涡区中心的速度很小为0．02m／s，此外一部分钢液流向下降管右侧包壁，在大包右下部形成了一个小漩涡，在下降管与右侧包壁之间的区域速度很小为0．08m／s。
大包内浸渍管侧面与大包壁之间的区域内钢水几乎处于静止状态，其速度为0．02m／s，处于这个区域的精炼渣波动很微弱，降低了渣钢之间的反应速度，对依靠渣钢反应去除硫等有害元素或依靠覆盖渣吸附钢水中夹杂物有很大的影响。
RH上升管下端部位速度变化很大(从0．15m／s升到1．12m／s)，说明钢液迂回流进上升管后，在气体、真空度的提升作用下速度很快提高。
由于氩气在上升管内的贴壁效应，钢液在上升管内速度横向分布呈M型(管壁处靠近气体侧和管中心钢液速度分别为1．12、0．53m／s)。
上升管内混有大量气泡导致了到达真空室后上升管上方液面明显较高。
在强烈的抽吸及气泡搅拌作用下真空室内钢液液面波动很大。
钢液从上升管上方沿着真空室壁流向下降管，在下降管上方速度值达到1．12m／s，下降管内上下部与径向的钢水流体速度分布均匀，且变化不大。
3．2RH气液两相流特点图4为模型计算的在吹气量为72、100、120、150m3／h时通过两浸渍管轴线剖面的气液两相图。
可以看出当吹气量为72m3／h时真空室熔池液面平稳，几乎没有明显的波动，随着吹气量的增大，真空室熔池液面波动逐渐变得更加剧烈，容易形成飞溅液滴群，造成真空室粘钢。
真空室熔池液面随着吹气量增大液面提高，这是因为：1)在相同时间内进入真空室钢液的氩气增多，平均密度降低，当真空度一定时其平均高度提高；2)上升管内在氩气浮力的作用下进入真空室的钢水随着吹气量的提高而增加，从而导致下降管流进大包的钢液流速增加，但真空室内从上升管流进的钢液比从下降管流出的钢液量大，因此钢液在真空室内堆积直至两者达到平衡，因此下降管对循环流量的影响比上升管大，当吹气量较大时，下降管已成为限制循环流量的主要因素，这与小野清熊得出的结论一致。
为了便于观察氩气在上升管内的流动情况，将循环流动稳定后的某时刻作为t=0，分别计算在t=2、4、6s时上升管吹气孔处(h=0)、吹气孔上方(h=350mm、h=850mm)和上升管顶端(h=1300mm)各个剖面的气液两相分布发现：氩气从吹气孔进入上升管后，并不是垂直上升的，而是在上升过程中在近管壁处会出现合并与分散的现象，一般为3股上升氩气合并成一股。
且由于在上升过程中由于压强的降低，氩气膨胀，氩气在上升管上升过程中所占体积比例随上升高度而增加。
上升管内由于具有气液两相流，且速度变化较大，相对于下降管，其侧壁冲刷更严重，工业生产中上升管与下降管使用一段时间后，上升管内壁粗糙且侵蚀均匀(说明了上升管内的气体并不是垂直上升的)而下降管内壁较光滑，工业试验证实上升管内衬冲损程度相比下降管要严重的多，因此RH装置建设中应首先注意上升管材质与形状结构设计，提高上升管内壁抗气液两相流冲刷能力，并在生产及使用中应该加强上升管内壁的维护。
3．3下一步工作该研究的主要对象是熔池内的流场行为，不同操作参数对RH流场(速度场)均有很大影响，而不同流场状态对RH内的冶金行为特别是动力学方面的影响很大。
