混水角对强迫对流混水过程影响的熵产数值分析

以两入口流速相同情况下强迫对流混水过程这一物理问题为研究对象,采用计算流体力学、数值传热学理论进行数值计算,分析讨论了对流混水角在30°、45°、60°、90°条件下速度、温度、熵产的分布以及变化关系.计算、分析结果表明:熵产主要分布在两根进水管的交汇区域,及混水后的出水管区域,最大值发生在混水交点处,而两进口支管区域...     

高压喷嘴流场及熵产数值研究

为解决喷嘴高压射流过程中的综合性能问题,探索高压水流动物理场,利用计算流体力学理论,改变主动流体的压强,对高压嘴进行数值计算。结果表明:内部产生的熵产值占全部熵产总和的2.64%,熵产产生一种"壁面现象";内部产生的湍流动能值占全部湍流动能总和的13.9%;湍流动能在渐缩段2、3的表面加大,在渐缩段1的增加值较大;且湍流动能随入口压力的增大而增大。在喷口直径范围内,水流动压、出口速度基本都在一个恒定值。轴向动压、速度在渐缩段1、渐缩段2梯度较大,渐缩段3梯度较小,在稳流段1、2梯度最小。     

分水器二维湍流数值模拟与分析

为解决水系统中分水器的主要综合性能问题,采用计算流体力学理论,对分水器按实际尺寸进行了二维数值计算,研究了分水器压强小于1.25MPa,入口水流Re小于4.73×104的正常工作情况下分水器内部速度、压力、水头损失率随人口Re变化规律。计算结果表明:分水器中的速度分布在第一个分路口前不是标准的"抛物线形状";在每个分路口后速度逐级降低,降低规律明显;最后分路口后有漩涡区。分水器入口Re为2.37×104时,分路口入口右侧靠近壁面受水流冲击产生剪切应力较小。不同入口Re的分水器内动压分布相似,动压大小与分水器入口Re有关。不同入口Re的分水器分路出口水头损失曲线相似,分路1水头损失率最大,分路4为最小值;在分水器中流道形式、壁面糙度一定的情况下,减小局部阻力损失较好的方法就是降低入口Re。计算结果为分水器制造和为供水系统的阻力计算提供了基础数据。     

强迫对流混水过程熵产数值模拟

利用热和流体流动控制方程,同时考虑粘性耗散效应,以伴有温差的强迫对流混水三通为研究对象,分析讨论了熵产的分布以及随速度在1.36 m/s～2.05 m/s之间的变化关系.分析结果表明:熵产主要分布在两根进水管的交汇区域,最大熵产出现在冷热水交汇区域的上下拐角处.熵产的面积加权平均gen随着速度的变化呈指数形式变化;NFFI/NHTI与速度之间呈线性关系;在总熵产中,粘性熵产占绝对比重,且随着速度的增大,其占总熵产的比例也越来越大.     

椭圆管外流动熵产及放热系数的数值分析

以椭圆管加热水流动为研究对象,对椭圆管加热水流动系统进行了二维数值模拟。通过联立求解流体力学基本方程和熵产方程,获得了熵产、放热系数与雷诺数和纵、横向间距的变化关系。数值分析结果表明:熵产主要发生在管壁表面附近,而在系统内部区域熵产较小,可以忽略;熵产随雷诺数的增大而增大,随纵、横向间距增加而减小,熵产与雷诺数、纵、横向间距存在对应关系,纵、横向间距宜在1.75～2.0间;在相同的雷诺数值时,熵产、放热系数沿流动方向呈现单调减小的趋势;不同的雷诺数值,熵产、放热系数不同,单调减小的趋势相同。放热系数随Re的增大而增大,且与雷诺数存在对应关系。纵向总放热系数随纵、横向间距增大而减小,且存在对应关系。     

不同直径比条件下同心环状缝隙流的水力特性

为了进一步探究动边界同心环状缝隙流的水力特性,采用理论分析与模型试验相结合的方法研究了直径比对动边界同心环状缝隙流轴向速度和动水压强的影响,结果表明:随着直径比k的增大,环状缝隙流的平均速度先增大后减小,且k=0.6时达到最大值。缝隙流的平均速度和圆柱体的运行速度在最优直径比ke处相交,且与管道水流的平均速度相差最小,当Re=137 094和Re=205 640时,ke值为0.7~0.8,且Re越大,ke越小。当k依次为0.5、0.6、0.7时,从圆柱体外壁到管道内壁环状缝隙流的轴向速度先增大后减小,压强先减小后增大;当k=0.8时,轴向速度逐渐减小,压强逐渐增大,并且随着直径比的增大,轴向速度最大值和压强最小值出现的位置都向圆柱体外壁移动。     

横流中射流及其温度标量输运大涡模拟

将动力拟序涡黏性亚格子应力模型拓展到温度标量亚格子模型中,数值模拟了横流条件下有、无温度标量场作用的射流,得到的横流条件下浮力射流的温度和速度分布与Anwar的试验值吻合一致。在此基础上,分析了有、无温度标量场作用下射流回流区域大小和射流轨迹线特性,对比分析了回流区域内涡心和分离点处湍动能和耗散率、拟涡能以及边界层处拟序结构等湍流特性。计算结果表明:温度场的作用使射流的回流区域增大,射流速度轨迹线高度增加,回流区域内湍流的湍动能增加,边界处拟序结构的周期性不如无温度场时明显。     

活塞冷却喷嘴喷油截面的数值模拟

喷嘴喷流是内冷油腔冷却机理研究重要的初始条件之一。该文利用喷嘴喷流试验确定数值模拟的初始值,通过仿真分析对喷嘴喷流的速度和密度分布特性进行研究,建立了冷却液由喷嘴喷出到油腔入口段的射流模型。结果表明:同一喷流截面,喷流速度和喷流密度随喷流截面的增大而减小;流体喷入空气后,喷流速度随距离增加而衰减,在离喷口较近时,喷流速度衰减比较平缓。研究还显示:射流速度的最大值不是在喷流截面中心;随着喷流发展,速度最大值逐渐向中心靠近,离喷嘴一定距离后,核心区速度最大值在射流中心。     

半无界流场中圆球壁面升力和阻力的特性研究

该文基于准定常"运动相对性"的三维数值模拟方法,在静止黏性层流流体中,对平行于单壁面运动的刚性圆球所受壁面升力和阻力的动力学特性进行数值研究。研究结果表明:①壁面作用是增强阻力;②在近壁处,当Re100时,升力系数随着雷诺数和圆球与壁面距离的增大而减小。然而,当Re100时升力系数却急剧增大;③在远壁处,Re10时已不存在壁面效应,与无界绕流一致,但Re10时壁面效应依然存在;④颗粒自转对阻力的影响很小,但会略微增加升力,且由自转所诱发的升力主要是由周围流体压强决定。这些结果均有助于促进对限制边界内颗粒水动力学行为的研究,深化对壁面效应层流场中颗粒输运现象的认识。     

两种近壁湍流模式对横向紊动射流尾流场的影响

采用RNGk-ε模型，并分别结合标准壁面函数法和两层模型的壁面函数法对横向紊动射流流场结构进行了数值模拟。得到了射流与主气流速度比R等于2和4时对称面内速度的沿程分布，以及对称面内的速度场和压力场。结果表明：射流出口背风侧流动出现了分离，存在尾迹区，R值增加，尾迹区范围也相应增加；标准壁面函数法无法模拟出分离区内较大的压力梯度变化，所计算的流场分离区较大；两种壁面函数法预测的沿程速度分布和实验的数据大体一致，但是在最大速度点的下方，两层模型的壁面函数法与实验结果接近，从而说明两层模型的壁面函数法更适于求解横向紊动射流问题。