内部流动范文

内部流动范文（精选8篇）

内部流动 第1篇

新技术周期的不断缩短、Google和Apple等互联网企业的加入竞争令整个电信行业的核心竞争力产生了颠覆性的变化。原有的例如电信级运营能力、网络覆盖能力等核心竞争力都可能在短时间内变成外围。

在这种情况下，运营商如何设计内部资源和人员的流动，如何在保证企业盈利能力的同时构建持续的创新能力，就成为了一个重要的课题。

四类内部资源划分

正如在数码相机出现之前，胶片相机市场的核心竞争力就是成像的质量、成本高低等，而数码相机的出现却让从前一次旅游几十张乃至上百张照片的消费量变成了动辄上千张，像素高低、内存大小、便携性等因素便成为了相机行业新的核心竞争力。

在电信行业，以上规则同样适用，而要充分掌握这种规则，首先需要对行业内现有资源进行合理划分。根据电信行业特征，可将其内部资源分成四类，第一种是创新程度高，熟悉互联网、媒体等相关行业规则，并具备产业创新能力的资源，堪称“稀缺资源”;第二类是具有改良性创新能力、丰富的电信行业产品和业务开发能力以及一定的互联网与电信行业连接能力的资源;第三类则是熟悉电信行业的项目操作流程，具备很强的网络建设和运营、网络保障及网络优化能力的资源，这类资源能够规模化地借助营销手段和渠道帮助企业快速销售产品，并运营和管理电信项目，是运营商内部资源的最核心部分;第四类资源属于通用性的企业支撑资源，如财务、人事管理等，是运营商较成熟的资源组成部分。

“第一类资源”危机出现

在“胶片相机时代”，第三类和第四类资源是运营商的关注重点，因为在这个时期，网络质量、网络覆盖等关键词是客户选择运营商的标准，即运营商的核心竞争力所在。这就需要具有丰富运维经验、熟悉高度标准化流程、可严格控制产品质量的第三类资源的保障。此外，在这一阶段运营商对第二类资源也存在需求，因为运营商已经意识到其核心竞争力在缓慢地迁移，行业内必须开展改良型的创新。而第二类资源既有运营经验又具备创新能力，非常适宜投入开展改良创新工作。现在运营商成立的业务拓展部门、电信研究院以及各类的产品创新中心等，正是这一思路的具体体现。

进入“数码相机时代”后，互联网企业的加入改变了电信行业的核心竞争力所在。原来的同质性产品逐步变成了外围，并不再成为企业的竞争优势，此时这类产品的任何质量降低都会给企业带来巨大损失。

在这种情况下，第一类资源突然变得极为稀缺而紧迫，运营商如果不能迅速解决这类资源短缺的问题，短期内将面临巨大危机。以Nokia为例，其最初的核心定位是“Connecting People”，即通过最好用的方式实现与客户的沟通，凭借这一传统核心竞争力Nokia曾经在市场上呼风唤雨。然而，其内涵随着行业竞争者的加入不断变化，从“长待机时间”、“易用的用户界面”、“时髦的配件”、“彩色屏幕”、“照相功能”到“视频游戏与下载”，原先的核心竞争力不断被更新为外围。

Nokia一直希望用第二种资源来解决对第一种资源短缺的问题，并通过改良性的创新不断去尝试。结果，像龙卷风一样被改变的市场格局让它不得不通过栖身Microsoft的方式来获取第一种资源，继续参与游戏。

内外结合获取资源

运营商的资源需求清楚了，那么这些资源该怎样获取呢?笔者认为有两种可能的方式，一种是借助内部力量，另外一种是借助外力。

在产业发生革命性变化的情况下，单纯通过发掘自身能力来完善第一类资源的愿望是良好的，但实现起来却是困难的。运营商甚至可能像Nokia一样，因为过于自信而丧失主动寻求变化的时机。

在笔者看来，第一类资源必须由两类来源构成，第一是通过外部获取那些运营商所不了解的观念、方法、产品和模式等(如图中流向1)，这种外部获取手段可以有多种，如并购、合资或是紧密合作;第二部分是让第二类资源反向流入(如图中流向2)，即将电信行业的产品、业务开发人员投入到新业务领域的创新工作中去。

一方面，这有利于解决单纯互联网产品的盈利模式、可靠运维等问题;另一方面，运营商可以通过培训第三类资源后补充由第二类资源流入第一类后腾出来的空缺(如图中流向3)，而第三类资源对运营商的产品非常熟悉，只需培养好其相应的产品开发意识便可胜任。

这种产品正向流动、人力资源反向流动的方式，在实现运营商产品业务不断创新的同时，也使人员随之成长而不会被轻易淘汰。由此，运营商在实现对核心竞争力迁移、适应的同时，便最大程度地利用了内部资源。

内部流动 第2篇

在激波风洞中研究了激波与边界层之间相互作用对双燃式(超燃)冲压发动机进气道和燃烧室冷态内部流场的影响,实验发现在进气道中,激波与边界层之间的相互作用产生了两侧均为超声速流的`滑移面.实验结果表明内涵道(亚燃室)中流动状态的变化与激波-边界层之间相互作用密切相关.

作 者：张树道 韩肇元 徐胜利 司徒明 Zhang Shudao Han Zhaoyuan Xu Shengli Situ Ming 作者单位：张树道,韩肇元,徐胜利,Zhang Shudao,Han Zhaoyuan,Xu Shengli(中国科学技术大学力学和机械工程系,合肥,230027)

司徒明,Situ Ming(中国航天工业总公司三十一所,北京,100074)

转速对离心泵内部流动的影响 第3篇

转速对泵的性能参数、水力效率和特征曲线的形状有着重要的影响。因此, 国内外许多学者对离心泵的转速进行了大量的实验研究, 以寻找转速对泵性能影响的规律[1,2,3,4,5]。随着计算机技术以及计算流体动力学的快速发展, 越来越多的人用数值模拟的方法来研究离心泵内部流动, 它既可以节省实验资源, 又可以显示从实验工具中不能得到的流动特性的细节[6]。为此, 采用商业软件Fluent对不同转速下离心泵内部流场进行了数值模拟, 分析了转速变化对离心泵内部流场的影响, 同时比较了数值预测结果与比例定律计算结果。

1 研究模型、控制方程及边界条件

1.1 研究模型与研究方案

选取了6个优秀离心泵水力模型作为研究对象, 各个模型的性能参数和结构参数如表1所示。

从表1中可以看出, 6个水力模型有低比转数的也有中等比转数和高比转数的、有大流量的也有小流量的、有高转速的也有低转速的、有高效率的也有低效率的, 因此, 这些水力模型具有一定的代表性。根据GB/T3216-2005《离心泵、混流泵、轴流泵及漩涡泵试验方法》规定, 泵只允许在降速20%以内使用比例定律进行换算。因此此处只研究降速的情况, 以降20%为限, 在其内和其外各选1个转速进行计算, 具体方案如表2所示。

1.2 控制方程

对于不可压流体, 相对定常流动, 雷诺时均控制方程 (RANS) 可表示为

$\frac{\partial u{}_i}{\partial x{}_i}=0$ (1)

$u{}_j\frac{\partial u{}_i}{\partial x{}_j}=-\frac{1}{\rho }\frac{\partial p}{\partial x{}_i}+\frac{\partial }{\partial x{}_j}\left(v\frac{\partial u{}_i}{\partial x{}_j}-\overline{u{}_i^{´}u{}_j^{´}}\right)$ (2)

式中 ρ液体密度;

uii方向的雷诺平均速度;

p雷诺平均静压;

u′i脉动量。

标准k-ε方程如下, 即

μt=Cμρk2/ε (3)

$\frac{\partial }{\partial x{}_j}\left[\rho u{}_{j}k-(\mu +\frac{\mu {}_t}{\sigma {}_k})\frac{\partial k}{\partial x{}_j}\right]=\rho ({\rm P}{}_k-\epsilon )$ (4)

$\frac{\partial }{\partial x{}_j}\left[\rho u{}_j\epsilon -(\mu +\frac{\mu {}_t}{\sigma {}_{\epsilon }})\frac{\partial \epsilon }{\partial x{}_j}\right]=\rho \frac{\epsilon }{k}(C{}_1{\rm P}{}_k-C{}_2\epsilon )$ (5)

${\rm P}{}_k=\frac{\mu {}_t}{\rho }\left(\frac{\partial u{}_t}{\partial x{}_j}+\frac{\partial u{}_j}{\partial x{}_i}\right)\frac{\partial u{}_i}{\partial x{}_j}$ (6)

其中, μt为涡粘性系数, Pk为湍动能k的生成项, Cμ=0.09, σk=1.0, σε=1.3, C1=1.44, C2=1.92。

1.3 边界条件

1) 进口条件:

假定进口速度uin在轴向均匀分布, 具体数值由流量与进口面积比值给定;变速后, 按第一相似定律计算得到流量[7], 给定变速后模型的进口边界条件, 即

$\frac{Q}{Q{}_{{\rm M}}}=\frac{n}{n{}_{{\rm M}}}$ (7)

进口湍动能k和ε湍流耗散率由下式给定, 即

kin=0.005u${}_{\text{i}\text{n}}^2$εin=C${}_{\mu }^{3/4}$k${}_{\text{i}\text{n}}^{3/2}$/l (8)

其中, l=0.07Dinlet, Dinlet为叶轮进口直径。

2) 出口条件:

计算前出口速度和压力未知, 采用自由出流边界条件。由于全部流场只有1个出口, 其出流权重设为1。

3) 固壁条件:

在固壁处采用无滑移边界条件, 在近壁区采用标准壁面函数。

2 流场分析

限于篇幅, 此处以模型4的设计点流场为例说明转速对离心泵内部流场的影响。图1给出了模型4在不同转速下中间面的静压和总压分布。由图1可以看出, 不同转速下叶轮内的静压分布基本相同, 包括各叶片进口背面的低压区的形状和面积大小。蜗壳内的静压分布则有些不同, 主要是与其它3种情况相比, 转速为1 160r/min时蜗壳内的静压分布比较均匀, 静压梯度也比较小。同样, 各种转速下叶轮内的总压分布也比较相似, 而蜗壳内的总压分布则存在着一些差异。随着转速的增加, 蜗壳内的总压分布越来越不均匀且总压梯度也越来越大。整体看, 原模型泵间的流场非常相似, 没有特别大的差异, 这说明本文的流场计算是基本正确的, 因为叶片泵的相似定律是建立在泵的几何相似和运动相似的基础上的[8]。

3 能量性能预测模型及对比分析

3.1 能量性能预测模型

泵能量性能预模型如下:

实际扬程 H= (Pout-Pin) /ρg

式中 Pout蜗壳出口总压;

Pin叶轮进口总压。

水力效率 ηh=ρgQH/Mω

式中 Q流量;

M叶轮扭矩;

ω角速度。

容积效率[7]ηv=1/ (1+0.68n${}_s^{-2/3}$)

总效率 η=[1/ (ηvηh) +ΔPd/Pe+0.03]-1

式中 Pe输出功率, Pe=ρgQH;

ΔPd圆盘摩擦损失, 计算方法见文献[9]。

3.2 预测结果与比例定律计算结果对比

表2给出了表1中各模型外特性的比例定律计算结果与根据流场计算预测的结果, 其中比例定律的扬程和轴功率由与式 (9) 和式 (10) 得到的。 则

$\frac{{\rm H}}{{\rm H}{}_{{\rm M}}}=\left(\frac{n}{n{}_{{\rm M}}}\right){}^2$ (9)

$\frac{{\rm P}}{{\rm P}{}_{{\rm M}}}=\left(\frac{n}{n{}_{{\rm M}}}\right){}^3$ (10)

由表2可知, 在20%的变速范围内, 比例定律计算的扬程和轴功率与数值预测结果基本相符, 尤其是扬程误差非常小, 且在这个范围内预测效率也基本不变, 符合比例定律的应用假设。当变速范围超过20%后, 预测效率已出现明显下降, 尤其是低比转数泵, 此时比例定律已不适用。不过随着比转数的增加, 这个效率下降越来越小, 因此对于高比转数泵来说比例定律的应用范围可以更广泛一些。不过需要说明的是, 当转速范围超过20%后扬程预测误差仍能满足要求, 此时主要是轴功率预测误差较大, 这可能是效率预测的误差, 也有可能是泵比例定律本身的误差。

4 结论

用商业软件Fluent对6台离心泵不同转速下的内部流场进行了叶轮和蜗壳的耦合数值模拟, 分析了其内部流场的变化并进行了性能预测。通过研究发现:

1) 不同转速下, 离心泵内部流场是非常相似的;

2) 随着比转速的增加, 离心泵比例适用范围可以更广泛一些;

3) 当降速超过20%后, 扬程的预测误差仍能能够满足工程应用精度, 但轴功率具有比较大的偏差。

参考文献

[1]杨金杯, 李微.同一型号离心泵流量与转速关系的实验研究[J].福建化工, 2004 (4) :18-20.

[2]杨晓珍.不同转速对离心泵性能影响的试验研究[D].长沙:湖南农业大学, 2004.

[3]黄雪琴, 李树运, 朱玉峰.离心泵转速改变对泵装置效率的影响[J].河北轻化工学院学报, 1995, 16 (4) :38-42.

[4]张学森, 魏春梅.离心泵降速试验的性能修正[J].水泵技术, 1995 (5) :46-47.

[5]王龙.离心泵变速状态下动力特性[Q-N]曲线分析[J].水泵技术, 1995 (6) :26-27.

[6]Inoue Y, Kimura S, Ono H, et al.Some Performance Predic-tions for Volute-type Mixed-flow Pump Using CFD[C]//The7th Asian International Conference on Fluid Machinery, Fukuoka, Japan, 2003.

[7]关醒凡.现代泵技术手册[K].北京:宇航出版社, 1995.

[8]查森.叶片泵原理及水力设计[M].北京:机械工业出版社, 1988.

柴油机喷嘴内部燃油流动特性分析 第4篇

一、喷嘴内部流动的模拟方法

根据喷嘴内部燃油流动的特点, 计算采用两相流动混合模型。混合模型是一种简化的多相流模型, 适用于模拟各相有不同速度有强烈相间耦合的多相流, 也可用于模拟速度相同的多相流和同相多项流动。

二、单孔喷嘴模型建立

为减少其他因素对计算结果的干扰, 本文选取结构简单的单孔模型作为研究对象, 这样也有利于模拟结果与喷雾验证试验的比较。根据喷嘴的实际模型用三维造型软件构造其三维几何模型, 然后根据几何模型划分出静态网格和动态网格。为计算域边界处的单元指定边界条件;由于本文中的计算考虑到了针阀的运动, 属瞬态问题范畴, 对瞬态问题还需指定初始条件。

(一) 几何模型的建立。

以单孔有压力室喷油器为研究对象, 喷孔直径0.30mm, 壁厚1.50mm的喷孔, 喷孔与针阀轴线间的夹角角γ= 90 °, 喷孔入口为锐边过渡, 即入口圆角半径R=0mm。为节约计算时间, 根据喷孔的对称关系选取一半作为计算模型。

(二) 网格划分。

在模拟计算之前, 首先要生成计算网格。本文中建立的三维实体模型以 stl 格式导入到 ANSYS 公司的 ICEM 模块进一步采用分块耦合的方法生成三维结构化网格。

(三) 初始和边界条件。

用 Fame Engine 做喷油嘴计算区域的动态网格前, 需要在体网格单元上做边界定义因为壁面不存在有喷射或抽吸的情况, 所以固壁表面上的流速无滑移, 均取为0, 而压力则取第二类边界条件。因为喷孔对称分布, 截取一般作为计算区域, 两个截面均为旋转周期性边界条件, 同时认为通过该周期性边界的平面不存在压力降。

(四) 数学模型。

把柴油看作不可压缩的介质, 不考虑流动过程中的能量转换和损失。求解动量守恒和连续性方程, 压力速度耦合采用Simple算法, Simple算法实际上是求解压力耦合方程组的半隐式的方法。

三、模拟过程分析

计算机配置:Pentium (R) Dual-Core CPU E5200 主频 2.50G, 内存为 2G, 总共计算时间为 40 小时左右。

从图 1中可以看出从针阀打开到落座前, 每个时刻喷油嘴孔内速度分布并不均匀, 在喷油嘴喷孔入口处的上拐点处出现一个较小的涡流区, 这说明压力室具有一定的汇流作用; 通过仔细观察不难发现, 喷油嘴喷孔入口处燃油速度在针阀下降过程与上升过程十分的相似, 这符合理论上的解释, 同时也验证了瞬态的模拟具真实性, 对于研究喷嘴的内部流动具有参考意义。

从图2中可以看出, 随着针阀的开启到落座, 喷油嘴的压力室内压力分布梯度不同。

在针阀上升初期, 每一瞬时喷油嘴的压力室内压力场梯度变化较大;当针阀升程较大时压力室内压力场变化较小, 相同区域的压力值几乎相等;针阀下降过程, 压力室内压力场梯度变化规律也刚好和上升过程对称, 直到喷油结束时喷油嘴的压力室内压力场才有较大的变化。

从图3中可以看出, 燃油的高速流动和大的流动变向会导致喷油嘴内局部压力突然降到相应的饱和蒸汽压力下, 从而产生气泡。这些气泡的产生会直接影响正常的燃油喷射。压力变化最大出现在压力室和喷孔之间的区域, 而气相体积分数有较大的变化的时刻也是在喷孔入口之后开始, 在其它的流动区域气相体积分数的变化很小。

四、结语

利用CFD的方法, 对某单孔喷油嘴内部的流动情况进行了多维数值模拟计算, 模拟的结果发现:喷孔内的燃油流速分布很不均匀, 并在整个过程中都有气穴现象发生。随着针阀的运动, 气穴的分布呈现了很明显的瞬时特性。

摘要：利用多维模型对单孔喷油嘴内部的流动情况进行模拟, 喷孔内的燃油流速分布很不均匀, 并在整个过程中都有气穴现象发生。随着针阀的运动, 气穴的分布呈现了很明显的瞬时特性。在实际的柴油机燃油喷射压力下空穴现象是难以避免的。

关键词：柴油机,喷嘴,特性,模拟

参考文献

[1].许思传, 张建华, 孙志军等.微机版内燃机缸内多维气流运动模拟程序SUN-Ⅰ的开发[J].内燃机学报, 1999

[2].杜巍, 向继红, 李向荣.用RES3D-Ⅱ程序对12150ZL柴油机燃烧过程进行数值模拟的研究[J].内燃机工程, 2000

[3].任玉新, 陈海昕.计算流体力学基础[M].北京:清华大学出版社, 2006

流动床内部装置的改进与经济运行 第5篇

某水处理分厂有二台40t/h的流动床, 运行中出现再生塔还原废液不能及时排出, 使废液从塔顶冒出, 同时废液从水脂分离漏斗中流向交换塔, 使软水CT增高, CT具有较高的克离子极化度, 极化后的离子极性和穿透性增强, 能明显加速腐蚀反应速度, 因此“蒸气锅炉安全技术监察规程”和“压力容器安全技术监察规程”及GBl576-1996“低压锅炉水质标准”中都规定了CT的含量。另外, 树脂流失严重, 每年补充树脂约为4t, 年补充率为22%, 远超出10%~15%的指标, 针对上述问题做了简要分析。

1 流动床交换、再生、清洗过程工作原理

原水自交换塔底部的配水管连续不断地进入塔内, 其交换流速一般为20~30m/h。原水在上升流动的过程中, 与靠自重下落的树脂进行多次、反复地交换, 软水经塔顶溢流槽流入软水池。

再生、清洗过程是连续进行的, 水从液位箱经稳流管连续流入清洗段底部, 其中一部分水自下而上地地树脂进行悬浮逆流清洗, 此清洗水继续上升至缩口段形成高速流, 顶托上部浓再生液不致下窜。通过缩口以后, 清洗水被用来稀释自再生液稳流管连续流人再生段的浓再生液, 再生树脂后的再生废液, 从漏斗顶部连同破碎树脂溢出:另一部分水将再生、清洗好的树脂, 连续、定量地靠位差送到交换漏斗贮存。

2 原因分析及解决办法

2.1再生塔十字滤架。再生塔十字滤架小孔面积小、阻力大, 使塔中废液不能及时排出, 将含CT废液带入交换塔。另外是由于流动床交换塔扩大区软水出口与树脂层距离太近, 处理水量大时, 升腾的树脂常将滤网堵塞, 致使大量树脂随软化水外流。2.2十字滤架及滤网改进。再生塔十字滤架改进前长300mm, 小孔孔径φ=8mm, 小孔数目60个, 小孔总面积为0.03m2, 改进后, 十字架长400mm, 小孔孔径φ=10mm, 小孔数目120个, 小孔总面积为0.094m2, 扩大3倍。阻力降低。

将易出故障的交换塔扩大区制做一个筒式尼龙网, 镶嵌在扩大区来阻止树脂的流失。改进前扩大区滤孔孔径φ=190mm, 小孔数目18个, 小孔总面积为0.5lm2, 改进后滤孔孔径φ=45mm, 小孔数目700个, 小孔总面积为1.1lm2, 增大2倍, 扩大区滤网改进前后见图1。

3 结论

二台设备改进后树脂补充量大为降低, 每年仅补充1.5吨树脂, 是改进前的三分之一左右, 每年节约资金约3万元, 而且水质良好, 年检时发现锅炉及其设备腐蚀也有所三分之一左右, 每年节约资金约3万元, 而且水质良好, 年检时发现锅炉及其设备腐蚀也有所减轻。运行时水力喷射压力控制在0.2~0.3MPa。经过2年多的运行表明没任何问题。

摘要：介绍了锅炉水处理设备即流动床再生塔产生故障的原因及解决办法。

内部流动 第6篇

自吸泵属于特殊离心泵, 它是指那些首次启动前只需向泵体内加入一定量的水, 无需将进水管充满水, 启动后经过一段时间就可将进水管中空气排光, 进入正常工作的一类水泵[1]。它是利用气液混合原理和泵的特殊结构来实现抽吸气体, 并在泵吸入管路内形成一定程度真空状态的特殊离心泵[2]。

目前国外较好的自吸泵能在几十秒内完成自吸过程, 并且自吸高度和可靠性方面也非常优秀[5]。我国自上世纪60年代初研究设计自吸泵以来, 该泵已经得到了长足的发展, 然而, 在某些方面, 还存在不足, 因此有必要对其进行深入拓展和研究[3]。

1 导叶立式自吸泵的模型设计

1.1 叶轮水力设计

导叶立式自吸泵属于外混式自吸泵, 泵体结构简单、紧凑。叶轮类型为离心式[4]。设计参数为:流量qv=13.5 m3/h, 扬程H=25 m, 转速n=2 900 r/min, 比转速ns=58。相关参考如图1、2所示。

1.2 导叶的设计

导叶的形状很复杂, 其中的流速很高, 占泵水力损失的比例很大, 因而合理地选择参数。根据导叶主要尺寸及其尺寸的计算, 即可画出导叶中心回转面图和各断面图[5]。如图2为导叶中心回转面图, 图3为导叶流道图。

2 内部流场的数值模拟

目前, 应用k-ε双方程模型是求解工程流动问题的主要方法。本文采用三维定常不可压雷诺时均N-S方程, 并采用已经比较普遍有效的湍流模型标准k-ε湍流模型使方程组闭合。

图5是导叶静压分布图, 总体上, 导叶静压分布从导叶进口到出口, 是逐渐增大的, 最大静压出现在导叶出口处, 最小静压出现在导叶进口处, 并且后半段静压增大变缓。

3 泵的性能试验对比

图6为试验与预测性能曲线对比图, 从图中可以看出, 预测性能曲线与试验曲线相差不大, 大体趋势相同。试验与预测功率基本上没有差别;扬程在小流量区相差较小, 随着流量的增大 (即调节出口阀门) , 相差值逐渐增大;在大流量区, 预测效率与试验效率相差较大, 误差产生的原因可能是因为计算模型的简化或者网格质量对结果产生较大的影响, 同时计算方程本身的精度也对计算精度有一定的影响。

4 结语

通过建立预测模型, 应用CFD软件对导叶立式自吸泵的内部流场进行了数值模拟, 与试验结果进行了对比, 说明模拟计算方法具有较高的精度, 能够较准确地预测泵的性能, 从而验证了导叶立式自吸泵设计方法的合理性。

参考文献

[1]吕智君, 兰才有, 王福军.自吸泵研究现状及发展趋势[J].排灌机械, 2005, 23 (3) :1-5.

[2]叶忠明.射流式自吸离心泵的设计理论、数值模拟及实验研究[D].江苏镇江:江苏大学, 2005.

[3]郭晓梅, 杨敏官, 王春林.自吸泵现状分析[J].水泵技术.2002, 1:27~29.

[4]Alfred Welte.自吸离心泵的研究[J].水泵技术.1979, 2:67-80.

内部流动 第7篇

随着燃气轮机的不断发展燃气涡轮前温度不断提高,如何有效的冷却涡轮叶片以经成为燃气轮机设计的重要问题。交错肋冷却结构是涡轮叶片内部强制对流冷却的一种特殊结构,与普通肋片结构不同交错肋冷却结构的肋高为通道高度二分之一[3]。交错肋冷却结构在具有较高的冷却能力的同时也具有较高的阻力损失,由于其结构比较复杂,使得加工的成品率降低,加工成本升高,同时由于交错肋结构通流面积较小,易堵塞,出现局部低换热区,降低了叶片的使用寿命,危害机组安全,因此对交错肋冷却通道的流动换热特性进行研究具有重要意义[4]。

1 数值模拟基础

1. 1 几何模型

参考某涡轮叶片内部交错肋冷却通道的结构尺寸设计了简化形式的交错肋冷却通道,为了降低进出口效应对计算结果的影响,在模型进出口部分分别建立了35 cm、32 cm的光滑通道预延段。其结构形式如图1 所示,其中a为副通道,b为拐角区,c为网格间通道,d为出口预延段,e为肋高,f为进口预延段,t为肋宽,P为肋间距,β 为肋倾角,整个冷却通道的高6 cm、宽35 cm、长64 cm。为了获得交错肋冷却通道的内部流动换热机理及结构参数变化其流动换热性能的影响规律,共建立了8 种几何模型,模型的几何参数见表1。

1. 2 计算域网格与边界条件

由于求解的是冷却通道的换热和流动,对壁面边界层的要求较高,利用ICEM软件进行结构化网格划分。为了使数值计算更为准确,并节省计算时间划分了网格数分别为450 万,800 万,1 000 万,1 400万的四套网格。四套网格均进行了边界层加密,计算结果表明网格数为800 万、1 000 万、1 400万的三种网格在总压损失,换热量等结果的相对误差都在1% 以内; 而网格数为450 万的模型与其他模型的相对误差相对较大。综合考虑计算精度与计算时间最终选择800 万网格最为网格划分方案,该模型的边界层具有10 层网格,全场y + 值在2 以下。图2 为计算域整体网格和单通道局部放大网格。

利用商业软件CFX进行求解计算,计算采用有限体积法及全隐式方法求解三维定常黏性N-S方程,湍流模型为k-ω 模型,计算精度为高阶精度,收敛残差为1 × 10- 5。进口给定质量流量进口,来流与进口截面垂直,进气温度为293 K,湍流度为5% 。出口边界条件为压力出口,给定壁面为等壁温边界条件,壁面温度为343 K。通过改变进口气体质量流量的方法来进行不同工况下的流动换热计算,共进行了7 种工况的计算分别为雷诺数Re为30 000、40 000、50 000。

2 计算结果与分析

2. 1 交错肋通道内部流动换热机理分析

由于交错肋冷却通道的肋片高度为通道高度的二分之一,通道的上下肋片在中间接触,形成许多网格和副通道。这样气体在通道内的流动被分为各个副通道内的流动和网格间通道的不规则流动。图3为模型2 在Re = 6 000、20 000、50 000 时的努塞尔数分布图,冷却气体的流动方向为自下而上,由图可知,在副通道内沿着冷却气体的流动方向努塞尔数略有减小; 副通道的右侧努塞尔数略高于左侧,这主要是肋片的偏转使得副通道的右侧冷却气体积聚造成的。在接近侧壁处出现了弱换热区,经过拐角区之后又出现了强换热区,这主要是因为在拐角处气体冲击侧壁造成气体流速降低,压力升高,部分气体回流,从而使拐角前气体堵塞,而经过拐角时产生了很强的冲击和扰动,气体流速升高,冲击壁面。

从图3 中我们还可以看出网格间肋壁的努塞尔数也是很高的,这是由于气体在上下肋壁形成的网格间通道掺混,形成了较高湍流度的涡,使得气体经过网格后扰动剧烈,换热能力增强。努塞尔数随着Re的增大而增大,但其分布规律却基本保持不变,这表面在数值模拟的工况范围Re = 6 000 ~ 50 000内,雷诺数的变化是导致努塞尔数大小变化的主要原因,而不是努塞尔数分布情况的变化,进而反映了相应的流动规律没有因为工况的改变而改变。

图4 为交错肋冷却通道的局部努塞尔数比分布图,从图4 ( a) 可以看出沿着冷却气体的流动方向会周期性的出现强换热区,强换热区出现在有上下副通道相交的网格间通道附近,冷却气体在网格间通道掺混,使气体的紊乱程度增大,产生了强换热区,在侧壁的中后部这种强换热区的的面积减少,这是因为冷却气体进入拐角区之前速度减小并出现堵塞现象,大量冷却气体通过网格间通道流入对侧副通道,造成了强换热区面积减小。图4 ( b) 由左至右为气体流动方向,可以看出刚经过网格间通道的区域换热能力很强,其原理与侧壁出现的强换热区相同。

当气体在副通道内流动时,首先由于肋片的倾斜气体会发生偏转,气体继续在副通道内流动在侧壁的作用下会发生翻转,与光滑通道冷却气体的直线流动不同气体在各个副通道内的流动是曲折的,这种蜿蜒流动增加了气体在通道的流动距离。气体除了在副通道流动之外还会在各个网格间通道中流动,这种不同副通道气体在网格间的掺混和扰动能够破坏附面层,形成二次流从而强化换热增大流动阻力。因此肋片倾斜产生的偏转扰动,气体在侧壁翻转产生的冲击和扰动,气体流动距离的增加以及气体在网格间的参混四方面原因起到了强化换热的作用,同时也带来了相应的流动阻力。

2. 2 结构参数变化对交错肋通道的影响

图5 为Nu随Re的变化情况,可以看出随着Re的增大8 种模型的Nu均增大,这表明换热效果随着Re的增大而增强,与光滑通道相比交错肋通道的Nu数提高了3 ~ 6 倍,这说明交错肋冷却通道明显的提高了冷却通道的换热能力。

随着肋倾角的增大冷却通道的换热能力增强。随着肋倾角的增大,肋片对气体的偏转扰动更加明显。随着肋倾角的增大,冷却气体所经过的拐角区增多,肋倾角30°、45°、60°模型的拐角区数量分别为10、14、18,气流在拐角处翻转所产生的冲击和扰动是很明显的,这种冲击和扰动对破坏附面层,形成二次流有很大作用。此外随着肋倾角的增加,气体的流动距离也增加。因此随着肋倾角的增加,通道内的气流扰动更为剧烈,流动更为复杂和混乱,换热效果也就随之增加了。

随着肋宽的增大冷却通道的换热能力增强。随着肋宽增大通道的通流面积减少,通道内的气体流速增加,扰动加剧,这有利于破坏附面层和形成二次流,从而增强换热能力。随着肋间距的增大冷却通道的换热能力减弱。随着肋间距的增大,通道的实际横截面积降低,气体流速下降,扰动减弱,不利于破坏附面层,形成二次流,这与肋宽增大而换热效果增强的原理相似,此外肋间距的增大,冷却通道内的肋片数减少,降低了通道的扩展面积,减弱了通道的换热能力。

总压损失系数f = 2( P*in- P*out) /ρinu2,能够反映流体流动的阻力特性,其中P*in、P*out分别为进出口总压,ρin、u分别为进口截面的密度和截面平均速度。从图6 中可以看出相比于光滑通道交错肋冷却通道的阻力损失有了明显的增大,增大150 ~ 1 600倍,这说明交错肋冷却通道在提高冷却通道换热能力的同时也带来了很大的阻力损失。8 种模型的f随Re的增大逐渐减小最后趋于平缓,

随着肋倾角的增大冷却通道的阻力损失增大,随着肋倾角的增大,肋片偏转作用增强,冷却气体所经过的拐角区增多,流动距离增加是阻力损失增大的主要原因。随着肋宽的增大冷却通道的阻力损失增大,随着肋间距的增大冷却通道的阻力损失减小,这主要是由通道横截面积减小,气流速度增大,造成的剧烈扰动所产生。

3 瞬态液晶实验

当热敏液晶的温度发生改变时,其内部的分子层之间的距离就会发生改变,热敏液晶的光学特性就会发生变化,呈现出不同的颜色[5]。根据液晶的这一特性我们可利用摄像机记录物体表面温度场变化,对温度场变化的过程进行后处理,从而得到物体表面的传热特性。

瞬态液晶测量的基本原理如下: 交错肋冷却通道的内部表面各点的温度变化满足半无限大平板假设:

式( 1) 中 α 和k别为壁面的热扩散系数和导热系数,Ti为交错肋冷却通道表面和冷却气体的起始温度,Tw为液晶变为红色的温度( 35 ℃) ,Tm为该点对应的主流温度,h为表面传热系数,t为交错肋冷却通道的内表面达到35 ℃的时间。实验利用CCD相机记录交错肋冷却通道内表面液晶的颜色变化情况,通过对视频文件的后处理获得通道内表面各点达到35 ℃ 的时间t; 根据热电偶所测得的交错肋冷却通道的进出口温度变化情况,沿程插值获得Tm,这样就可以利用式( 1) 求解得到交错肋冷却通道内表面各点的h进而获得各点的Nu。

1为离心风机;2为节流阀;3为涡街流量计;4为稳压室;5为丝网加热器;6为热电偶;7为总压探针;8为数据采集器;9为交错肋通道实验段;10为CCD相机;11为LED光源;12为颜色后处理系统;13为焊机

图7 为交错肋冷却通道实验台示意图,实验台由图像处理系统,实验段和通流管路三个部分组成。图中箭头方向表示气流流动方向,黑色箭头表示未经加热的气流,红色箭头表示经丝网加热器加热后的气流,风洞出口直接与大气相连。实验的气源由离心风机提供,离心风机可以提供较为稳定的气流温度,随着时间的变化气流的温升不大; 气流从离心风机出口经过通流管路进入稳压箱,稳压箱的主要作用是保证提供给实验段稳定的气流,消除由于离心风机叶片引起的气流压力波动及流速波动; 气体从稳压箱流出后在经过丝网加热器时得到快速的加热,进入实验段,从而进行实验。

图像处理系统CCD相机、光源和后处理系统构成,为了防止紫外线损伤液晶,红外线干扰换热,本实验选用LED冷光源。CCD摄像机的优点是抗强光、体积小、畸变小、寿命长、灵敏度,在本实验中主要用于记录换热表面液晶的颜色变化过程。颜色后处理系统主要是对所拍摄的视频进行处理获得所需的实验数据。通流管路包括进口处的焊机,通往实验段的主路,涡街流量计、节流阀、稳压室以及离心式风机。

本文建立了与模型2 相同尺寸的实验件,共进行了Re = 18 428、22 965、24 133、25 373、28 327 五种工况下的实验。图8 为Re = 18 428、22 965、28 327时的瞬态液晶实验与数值模拟的努塞尔数分布图,冷却气体的流动方向为由右至左。瞬态液晶实验结果所反映的交错肋通道的这种副通道右侧换热能力高于左侧,拐角区之前出现弱换热区,拐角区之后出现周期性的强换热区的换热规律与数值模拟结果所反映的换热规律是十分相近的,不同的是实验结果的通道前半部分的这种换热规律要较数值模拟结果明显,通道后半部的这种换热规律与数值模拟结果相比又相对较弱。数值模拟结果与实验结果相比虽不能准确的反映冷却通道每一部分的换热大小,但是能够准确地反映出冷却通道的换热分布规律。利用前文所采用的数值模拟方法来研究交错肋冷却通道的流动换热特性是可行的。

4 结论

本文利用数值模拟与实验两种研究方法对平板交错肋冷却通道的流动换热特性进行了研究。主要结论如下:

( 1) 交错肋结构在很好的提高通道冷却性能的同时也带来了较大的流动损失,肋片倾斜产生的偏转扰动,气体在侧壁翻转产生的冲击和扰动,气体流动距离的增加,冷却气体在网格间通道的掺混是通道换热性能提高和阻力损失增大的主要原因,瞬态液晶实验所反映的交错肋冷却通道的换热分布情况与数值模拟方法所反映的换热分布情况相似。

( 2) 随着肋倾角的增大,通道的换热能力增强,阻力损失增大; 随着肋宽的增加,通道的换热能力增强,阻力损失增大; 随着肋间距的增大通道的换热能力降低,阻力损失减小。

摘要：利用数值模拟方法研究了交错肋结构涡轮叶片内部冷却通道的流动换热特性,分析了交错肋冷却通道的流动换热机理。交错肋结构在明显提高通道冷却性能的同时也带来了较大的流动损失,随着肋倾角、肋宽的增大,通道的换热能力增强,阻力损失增大;随着肋间距的增大通道的换热能力降低,阻力损失减小。利用瞬态液晶实验技术对交错肋冷却通道进行实验研究,进一步分析了交错肋冷却通道的流动换热机理,并验证了所采用的数值模拟方法是可行的。

关键词：交错肋,涡轮叶片,瞬态液晶,数值模拟

参考文献

[1]程代京,谢永慧.燃气轮机传热和冷却技术.西安:西安交通大学出版社,2007:1—14Cheng D J,Xie Y H.Gas turbine heat transfer and cooling technology.Xi'an:Xi'an Jiaotong University Press,2007:1—14

[2] 牛利民,李淑英.船舶燃气轮机结构.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2007:2—9Niu L M,Li S Y.The structure of marine gas turbine.Harbin:Harbin Engineering University Press,2007:2—9

[3] Acharya S,Zhou F,Lagrone J,et al.Latticework(vortex)cooling effectiveness:rotating channel experiments.Journal of Turbomachinery,2005;127(3):471—478

[4] Park J S,Han J C,Huang Y,et al.Heat transfer performance comparisons of five different rectangular channels with parallel angled ribs.International Journal of Heat and Mass Transfer,1992;35(11):2891—2903

内部流动 第8篇

开放式基金在中国的迅速发展对中国证券市场资金结构和投资者理念产生深刻的影响。然而开放式基金需要每日应付投资者的申购和赎回,这就需要基金资产保持相应的流动性,但是由于我国没有基金申购和赎回的历史数据可供分析,加上目前我国证券市场还不完善,市场没有做空机制,指数期货等衍生工具还未开放,市场投资者还不成熟,羊群行为比较普遍,这些因素将因投资者赎回造成挤兑风险进而可能诱发流动性风险。因此,对开放式基金的管理至关重要,不仅事关基金本身的生存、发展,而且对于整个证券市场的稳定、健康发展有着深远的影响。

二、从外部效应角度分析开放式基金流动性风险

就开放式基金而言,经济学中的“外部效应”是指退出基金投资者的赎回行为,对仍在基金中未要求赎回的投资者形成了外部效应。

我国近年来的基金市场存在的“劣胜优汰”的赎回悖论可以用外部效应进行解释。不同的投资者进入基金的时间不同,各自的潜在收益也不相同,当有投资者要求赎回的时候,必然会对其他投资者产生外部效应。这种外部效应可以是正的也可以是负的。如果投资者是理性的,那么他们就会尽量避免他人为自己带来负的外部效应,而尽量从其他投资者处获取正的外部效应。所以,当某些投资者的潜在收益高于基金投资者的平均累积未实现收益时,他们就会选择赎回,在为他人带来负外部效应的同时增加自身效用;当某些投资者的潜在收益低于基金投资者的平均累积未实现收益时,他就不会选择赎回,因为那样会对他人产生正的外部效应并降低自身效用。当开放式基金整体上取得较好的业绩时,不同投资者的潜在收益率是不同的,部分投资者的潜在收益要高于基金投资者的平均累积未实现收益,如果此时部分投资者的收益率已达期望收益率并且认为未来净值不会继续上升,那么这部分投资者选择赎回显然是理性的选择。其他的投资者由于在较高资产净值的时候才进入基金,即使此时的收益率还没有达到期望收益率,但由于面对赎回投资者将要强加给自身的负外部效应,他们在短期投资理念指导下的理性选择,也就只能是赎回基金份额了。当有众多投资者选择赎回的时候,就会使得基金份额大幅缩水,从而出现大面积赎回现象。因此,由于赎回外部效应的存在,使得在个体看来属于理性的赎回行为,在群体上则表现为非理性行为。中国开放式基金市场发展时间较短,投资者的长期投资理念还没有树立,往往急于获利了结,在这种投资心态下,基金赎回外部效应的存在就在很大程度上导致了不正常的群体赎回行为的发生。

此外,我国证券市场上存在着大量证券欺诈行为,其根本原因在于法律对欺诈行为的处罚力度不够,已经发现的欺诈行为往往得不到实质上的处罚,而更多的欺诈行为还没有被发现。我国目前还不允许集团诉讼,这使得人数巨大的中小投资者遭受损害后,无法通过法律途径主张权益,造成市场对行政监管的过度依赖,实际上是对监管机构行政能力的依赖。而行政能力的差异既会表现在对裁量权运用的是否恰当上,也会表现在监管人对市场和法规精神的理解深度上。如果行政能力较差,就会出现一些违规行为被查处了,另外一些违规行为并没有被监管人注意到;被查处的当事人可能会觉得处罚过分严厉,但却缺乏必要的纠错机制来帮助他们。在这种情况下,市场公信力会变得十分脆弱,投资者的信念也会受到严重打击,从而导致投资的短期行为,赎回比率居高不下。

三、我国开放基金流动性风险内部管理措施

我国基金流动性风险规避的外在机制主要有赖于政府部门去制定、设计和实施,加强防范流动性风险管理更多的则需要基金管理人本身采取积极主动的措施。开放式基金管理人面临赎回压力,迫使基金管理人必须保持基金资产的流动性,因此对开放式基金进行赎回风险的内部防范管理成为开放式基金流动性风险管理的首要任务。

3.1 资产配置管理

3.1.1 证券选择。

流动性对基金所持有证券有两点要求:一是持有期同现金支付的期限相匹配,或者有稳定的可预期的股息、利息流入;二是证券本身流动性好,容易以最低成本变现。但在目前股票市场,上市公司业绩波动幅度极大,分红随意性大,往往难以预测对未来持有期的现金收入情况。另一方面,在上市公司素质普遍不高、优质蓝筹品种稀缺的情况下,难免出现各家基金同时重仓持有某一只股票的情况。而有关法规只对基金所持有股票占总股本的比重规定了上限,并没有对其占流通股本的比重作出限定,致使一些流通股与总股本差别较大的股票,出现一家基金或多家基金重仓控制的情况,流动性非常弱。上述情况在封闭状态下,只要帐面净值持续增高,短期内尚无大碍只在分红时期面临一定的变现困难。但是对于开放式基金资产的赎回风险管理非常不利。因此,对开放式的基金经理而言,一方面要注意选择流通盘较大、市场认同度高的蓝筹股票作为投资对象,另一方面,要避免基金经理之间的从众行为,即使某一只股票质地优良,但如果都买入的话,也要谨慎考虑是否还要介入。

3.1.2 资产配置。

相对国外共同基金而言,我国的证券投资基金投资范围较为狭窄,目前只有国债、普通股两种,少部分基金还持有很少的可转换公司债券。资产按流动性强弱依次划分为:现金、国债、普通股。根据市场的不同情况,合理确定三者之间的配置,在达到收益率目标的同时保证充分的流动性,是开放式基金的首要课题。所谓的资产配置并不是简单将资产按照流动性分为流动性高和流动性低两种,然后按照一定比例进行分配。相反,资产的流动性是一个非常复杂的现象,不同流动性的资产随时间的推移,其流动性会发生变化,而且不同的资产之间也存在相互转化的可能,因此从资产方面管理流动性还要把握好各类资产、各类明细资产的流动性转化的关系。

为了在保证流动性的同时兼顾基金资产的收益性,各类资产的配置比例通常是利用一定的约束优化模型求解得到。之后,需要对基金投资组合中不同种类的资产进行流动性风险监督。通过对日常赎回量的历史数据的统计分析,可以得到现金类资产库存量的合理范围。作为现金类资产库存量的预警指标,当开放式基金的现金库存量不在上述范围内时,就可以立即发出报警,提醒管理者将现金库存量恢复到安全范围内。

基金管理人还应该估计,在应付净赎回异常增加时变现股票资产可以承受的损失率,来作为控制股票资产流动性风险的预警指标。同时每日计算个股以及股票投资组合的流动性指标,并将其与股票资产的流动性风险预警指标进行比较,出现异常情况时基金管理人应该在尽可能短的时间内采取措施,使指标恢复正常。例如增加流动性高的个股的持仓比例或减少流动性低的个股的持仓比例。

通常一个基金面临的赎回原因是多种多样的,而且每种都存在一定的可能性,在这种情况下,基金不应该也不可能确定一种适应每种赎回情况的资产配置方案,应该采取的对策是通过分析各种赎回原因出现的概率以及该原因导致的对流动性的需求,设置一种资产分配方案,使得出现概率最大的几种情况得到流动性保证。

3.2、负债管理

3.2.1 我国开放式基金负债管理现状分析。

从负债的角度进行流动性管理是基金管理人为弥补流动性不足向外界筹措资金,负债经营的行为。目前基金已经利用国债回购进行了主动负债经营,反映出来的是基金以股票投资、国债投资和现金形式存在的资产高于资产净值,其差额即是负债。这些负债主要由国债回购融资构成,也包括应付基金管理费、托管费、清算款、佣金等。影响管理人融资决策的主要因素是:第一、负债的期限结构是否与资产匹配,能否满足预测的现金需求;第二、负债成本对收益率的影响和债务风险。由于债务成本事实上是未赎回的持有人承担的,为满足赎回需求所借的债越多,对长期持有人带来的成本越高,同时债务风险加大也是不利于资产安全的。如果赎回需要的大额融资带来的成本和风险过高,基金经理可选择对基金实行暂时的“封闭”措施。总之,从负债的思路进行流动性管理需要基金经理权衡利弊,慎重决策。

3.2.2 我国开放式基金融资制度的设计及建议。

(1)开放式基金的短期融资制度设计应该审慎。《开放式证券投资基金试点办法》第23条规定:基金管理人可以根据开放式基金运营的需要,按照中国人民银行规定的条件,向商业银行申请短期融资。正常情况下,开放式基金应该依靠基金经理科学合理的安排投资组合,安排好股票、债券与现金等各项资产在基金投资组合中适当的比例,从而保证基金的正常投资运作与赎回。但是,巨额赎回发生的可能性也是存在的,而巨额赎回无论是对于基金管理公司还是对于投资人来说,都是灾难性的。开放式基金出现巨额赎回又会反作用于证券市场,并可能引发连锁反应。如果限制基金进行信用交易和超出自身能力的投资,对封闭式基金可能影响不大,但对于开放式基金,由于面临的不确定的赎回需求,有时对流动性的要求超过了自身的能力,如果此时没有外部的融资渠道,强制性的变现的确会给基金持有人带来损失。在合理的范围内满足基金管理人的融资需求,无论是基金持有人、基金管理公司还是对证券行业都是有利的。当然,流动性管理归根到底反映的是基金管理人的管理能力问题,因此短期融资需要满足严格的条件。

(2)融资的原则。融资制度设计的本质是为特定情况下基金管理人进行资产结构的调整提供必要的时间,使资产结构能够满足流动性的需求,而不是利用融通的资金进行投资活动。融资制度的设计和对融资活动的控制与监管都应当以此为原则来进行。

(3)融资所需满足的条件。为了限制信用交易,我们可以参照国际惯例,对基金借贷的用途和比例进行限制,规定基金借贷的最高限额,并且仅限于用于支付赎回申请的要求,还可以对允许借贷的最长期限作进一步的规定。

3.3 现金管理

现金需求主要是指基金持有人赎回的现金需求,它受股票市场整体走势、基金资产净值、投资者风险偏好、利率变化等因素的影响。一般认为它是随机变量,主要表现在持有人赎回量的不确定和在某赎回日中进行赎回的人数的不确定。由于基金持有人的赎回要求的不确定性,所以基金管理人在进行现金需求数量的估算时,必须收集有关持有人的信息,包括投资者的年龄、职业、受教育程度、风险偏好以及资金来源、预期收益及预计使用期等。然后再运用适当的预测方法,分析每类持有人对现金支付的期限和可能数量的要求,进而掌握基金持有人的赎回行为对基金流动性的影响,只有这样,基金管理人才能够安排相应期限结构的流动性资产与之相匹配,到时提前安排相应的赎回现金。

四、结束语

我国开放式基金正处于发展前期,尚处于幼稚阶段,积累的研究资料有限,所以笔者对该课题的研究在广度和深度上还远远不够。随着我国资本市场在全球一体化过程中的发展和开放式基金的不断完善,开放式基金的运作将会出现许多新变化,其流动性风险及其管理问题也会出现各种各样的新情况、新问题。因此,开放式基金的流动性风险这一课题还有待于进一步研究。

参考文献

[1]、赵振全,开放式基金风险比较的实证研究,当代经济研究,2006

[2]、虞红霞,我国开放式基金风险管理研究,山东大学,2006