横流中湍流射流的数值研究

为探索横流中湍流射流的穿透性和流场基本特征，分别采用大涡模拟和标准k-e 湍流模型计算了射流速度比率为10的横流中圆管湍流射流，对射流速度为50 m/s的雷诺数为16600。大涡模拟获得的射流中心轨迹与试验数据基本一致，同时捕捉到了射流上游的开尔芬-亥姆霍兹不稳定性引起的剪切层涡卷、始于近场并主宰远场的逆向旋转涡对和垂直上升尾涡。计算表明，逆向旋转涡对并非严格关于射流中心平面对称，而是随时间左右摆动，与试验结论一致。标准k-e 湍流模型得到的逆向旋转涡对严格关于射流中心平面对称，同时不能获得射流上游的剪切层涡卷和垂直上升尾涡。     

强旋转受限射流的数值模拟

将基于重整化群理论的ε方程与张健等提出的新代数应力模型（Ｎ－ＡＳＭ）相结合,提出了重整化群代娄 力模型（ＲＮＧ－ＡＳＭ）。同时运用Ｋ－ε模型、Ｎ－ＡＳＭ模型和ＲＮＧ－ＡＳＭ模型计算了强旋转受限射流场为准确地预报了强旋转受限射流的回流区、辆向速度和切向速度,给出了６个湍流应力的分布,显示了强旋转受限射流流场的各向异性特点,同时旋流强度的旋转流场进行计算。其结果与实验值吻合得较好地改善了新代数应力模型     

横向紊动射流流场结构的数值分析

利用：RNG k-ε模型对横流中单股紊动射流流场的流动特性进行了数值模拟。运用SIMPI,EC算法求解了适体坐标系下的控制方程，采用壁面函数法处理近壁区流动。射流内部有分叉现象，射流喷孔背风侧的流动出现了分离并形成了尾迹区，分析了分叉及尾迹涡的生成机理。文中给出了射流与主气流速度比等于2和4的速度场、涡量场和压力场，计算与实验的结果吻合较好。结果表明：射流与主气流速度比直接影响流场特性，其值越大射流对主气流的影响越大。     

采用简化PDF模型分析分级气流床气化炉的气化特性

为详细研究分级气化技术的流场特点及气化性能,采用Fluent软件对山西某分级气化炉进行三维数值模拟。计算采用贴体六面体网格划分计算域以降低数值扩散,采用Realizable k-e模型封闭湍流方程,应用离散相模型(dispersed phased model,DPM)和随机轨道模型(stochastic tracking method,STM)分别模拟颗粒气化过程和考察颗粒受湍流脉动的影响;计算根据简化PDF模型建立燃烧表以建立温度、组分等标量同混合分数间的关系,并由此计算同相气化反应过程。除此之外,还引入用户自定义函数改进了焦炭异相反应模型。通过对分级气化炉流场特性和温度等值面特征的分析,发现分级气化炉中由于二次对冲给氧射流的引入,造成了二次卷吸效应以及冲击射流效应,加强了炉内混合过程,有利于碳转化率的进一步提高。     

不同出射角度对气膜冷却流场的影响

采用RNGk-ε湍流模型对射流出射角度α为90o、正、负60o和正、负30o的气膜冷却流场进行了数值模拟,结合SIMPLEC算法求解了适体坐标系下的控制方程,近壁区流动采用两层模型的壁面函数法处理,结果给出了射流与主气流速度比R为2和4时的射流轨迹和速度场。结果表明:R和α值是影响气膜冷却流场的重要因素,R值增加,冷气射流对主流场影响区域增加,α值为负时,射流对主流场上游影响区域较大,当α值为30o时,射流影响区域减小;当α为正值时,随α值的减小,射流喷孔下游背风侧的分离现象逐渐消失。     

非定常尾迹宽度对气膜冷却效果的影响

对非定常环境下动叶气膜冷却的流场进行数值模拟,研究非定常尾迹宽度对气膜冷却效果的影响。结果表明,对于动叶的气膜冷却来说,由非定常尾迹形成的低速区对冷却射流的压制作用减小,使冷却射流更多地进入主流并与其掺混,使得气膜孔下游叶片表面的冷却效果降低。当尾迹宽度增大时,叶片表面气膜冷却效果降低的程度增加。非定常尾迹对压力面上冷却效果的影响大于吸力面。压力面上在第1个冷却孔后面冷却效率降低了15％,而吸力面上的冷却效果变化不是很明显。     

LES和k-ε湍流模型对斜向淹没射流的数值模拟研究

采用k-ε和LES大涡模拟两种湍流模型对斜向射流入水垫塘的流场进行了三维数值模拟研究,得到了射流的流速、涡量、压力等水力特性,并与粒子成像测速仪(PIV)得到的结果进行对比。结果表明,射流入水垫塘后其流态为典型的三维流态,受射流上下游紊流涡的影响,射流轴线、速度及压力分布呈现时空随机性的特征。k-ε湍流模型因对涡的各向同性假设,其计算结果不能反映斜向淹没射流流场结构的随机性特征,而LES大涡模型则可获得斜向淹没射流流场的时空随机性流场结构,如射流轴线、流速矢量分布、涡量场和压力场,准确揭示斜向淹没射流入水垫塘的流场演变过程和消能的剪切、混掺机理,并与PIV测试结果吻合良好。     

旋转叶片气膜冷却效果的数值研究

采用数值模拟方法研究了静止和旋转涡轮叶片表面不同工况下的气膜冷却效果,计算给出了吹风比M=1.0、1.5等工况下静止和旋转叶片压力面、吸力面的气膜冷却效率,以及不同射流孔下游的气膜冷却效率,并分析了旋转和吹风比对气膜冷却效果的影响。结果表明：静止叶栅,M=1时叶片气膜冷却效果较好,旋转叶栅,M=1.5时叶片气膜冷却效果较好;叶栅在高速旋转时,冷却气流对射流孔附近区域影响不大,叶片尾缘附近气膜冷却效率呈现先增大后减小的趋势;叶片高速旋转时,产生的离心力使冷却气流流向叶顶区域,靠近叶顶区域的气膜冷却效率值较高。     

混流式水轮机全流道三维定常及非定常流数值模拟

基于三维时均N-S方程对水轮机内部流动及特性进行三维数值模拟分析,首先采用标准k-e 模型在不同导叶开度工况下对水轮机进行了全流道多部件、动静耦合的定常湍流计算,获得了各工况下各过流部件内及动静部件间的流场,并预测了水轮机的能量和空化性能。在定常湍流计算的基础上,以其作为初始条件应用RNG k-e模型和滑移网格技术进行了水轮机动静干扰的非定常湍流数值模拟,得到了更合理的流场分布结果。该研究对于深入了解水轮机流激振动的内在机理、改善水轮机的综合性能、提高水轮发电机组的运行稳定性具有参考价值。     

非定常尾迹对动叶气膜冷却影响的数值模拟

采用SST k-ω模型在非定常尾迹情况下,分别模拟了3种转速(500 r/min、1000 r/rain和2000 r/min)和三种射流比(0.5、1和2)对动叶前缘气膜冷却效率的影响.结果表明,选择使得冷却射流与主流掺混后,在几乎整个叶盆区域形成类漩涡结构.在M-1的条件下,转速越高使得动叶前缘气膜孔问及压力面气膜...     

涡轮叶栅流场的PIV测量实例

详细介绍了PIV的工作原理、数据处理流程和使用要点。针对涡轮内部复杂的流动特性,应用具有较高空间分辨率的非接触式瞬态速度的PIV测量技术,获得了较清晰完整的沿叶高平面和叶栅出口速度场的瞬时速度场信息,并据此分析了涡轮静叶出口二次流的流动特性。叶栅实验中将模拟动叶的圆柱列每次沿周向方向移动1/4节距,测量沿叶高平面的速度场。研究发现,前排圆柱尾迹进入叶栅流道不同,对叶栅内部流场气动效率影响巨大;同时由压力面向吸力面运动的二次涡(低能流体,耗能过程)逐渐向后传递、扩张,并在吸力面卷起、堆积,使吸力面附面层骤然增厚,并引起沿叶高总压损失系数和沿叶高出口气流角的剧烈变化。     

气固两相流体绕方柱流动的PDPA实验研究

气固两相流体绕流方形截面柱体的流动对于理论研究和工程应用都具有重要意义,但由于其复杂性人们对它 的认识还很初浅。文中应用三维颗粒动态分析仪(3D-PDPA)对较高雷诺数下气固两相流体绕流方形截面柱体的流场进行了测量,得到了两相绕流的时均速度场和速度脉动分布等数据,并分析了颗粒的存在对流场的影响。研究发现载有颗粒的气固两相方柱绕流存在回流区,其两相方柱绕流的尾迹区长度比单相绕流尾迹区短。在流向方向上可以把绕流后流场大致分为靠近方柱的基本区和远离方柱的近尾迹区两个区域,基本区内各方向的速度脉动程度都非常强,颗粒脉动比气流脉动强;而近尾迹区内速度脉动较弱。在横向方向上,y/D<1/3区域内气流速度脉动强度很高,而且颗粒脉动比气流脉动强度高;在y/D>1/3区域内则脉动强度很低。研究结果对于认识较高雷诺数下气固两相方柱绕流流场特性和工程应用具有指导意义。     

叶片前缘气膜冷却离散孔下游湍流特性试验研究

以NASA发布的燃气轮机叶片为研究对象,风速设定为10m／s;以热膜风速仪为测量工具,在气膜冷却叶片压力面和吸力面下游指定位置沿不同叶高湍流度进行测量。实验结果表明：随着射流比的增大,压力面和吸力面主射流掺混中心有上移的趋势且掺混中心扰动强弱受当地吹风比影响较大;在压力面叶片型面曲率梯度较大处,沿壁面流动的风速增大导致回流、扰动加强及混合流体的贴壁性变差;吸力面流体近尾流区域在大吹风比下扰动反而减弱;叶片表面的湍流度受到射流比、壁面曲率梯度大小及方向等多方面因素的影响。     

离心风机旋转失速状态下的流体动力学特征

基于节流阀函数及Navier-Stokes方程,对电厂常用的G4-73型后向式离心风机的旋转失速现象进行了非定常数值模拟。结果表明,失速先兆呈现明显的模态波形,存在一个传播速度为62.9%wr的失速团。风机失速频率为14.15 Hz,与实验结果一致。分析旋转失速发生前后4个典型时刻的流场动力学特征,并研究失速团的周向传播规律,相对坐标系下失速团沿着与叶轮相反的旋转方向传播。失速区全压波动曲线的规律研究揭示了失速团的相对位置及传播速度是影响风机全压波动及其频率的根本原因。研究结果对旋转失速故障的预估及主动控制具有重要意义。     

新型组合式导管水轮机水动力性能研究

为了解决导管水轮机尾流分离的问题同时减小系统轴向的阻力，采用计算流体力学（CFD）与拖拽水池试验相结合的手段对一种新型带流道的组合式导管水平轴水轮机进行了水动力性能研究。分析了导管流道数量、流道宽度及流道形状对系统水动力的影响。研究结果表明：相比原导管水轮机，组合式导管水轮机在保证输出功率基本不变的前提下，在低叶尖速比运行状态下能显著减少导管的轴向阻力并改善尾流流动情况，提高系统的运行稳定性。同时在一定范围内，随着流道数及流道宽度的增大，尾流改善效果将变得更明显。对于流道形状而言，直流道为最佳流道。研究成果为解决该型水轮机流动分离问题提供了参考依据，对水轮机及支撑装置的优化设计具有参考作用。     

垂直轴潮流水轮机流场的三维数值模拟

为了研究流场的空间分布特点,建立了垂直轴潮流水轮机在水槽中的物理模型,采用Fluent软件中的滑移网格技术对模型的流场进行了三维数值模拟,分析了不同时刻不同截面上模型速度场的变化规律以及同一时刻不同直线上模型速度场和压力场的分布特点。结果表明,叶轮在水槽中旋转,所处位置不同,流场的分布有所差异,流动充分后,流场的变化具有周期性;叶轮内部速度场的变化最为紊乱,叶片周围的速度发生急剧变化;叶轮在旋转过程中产生漩涡,叶片迎流面的压力急剧上升,背流面的负压最为强烈。     

双向贯流式水轮机工况转换过程流动特性研究

潮汐发电机组在运行过程中工况转换频繁,在转换过程中容易引起事故的发生。为了探究潮汐发电机组在过渡过程中的瞬态特性和流动机理,本文基于格子Boltzmann方法（LBM）,对贯流式水轮机由正向水轮机工况向泄水工况转换及泄水工况向反水泵工况转换这两个过渡过程进行了数值模拟,计算中采用自定义函数控制导叶和桨叶的运动,模拟得到了两种过程中水轮机工作参数的变化规律以及内部的瞬态流动特性。结果表明：当贯流式水轮机从水轮机工况向泄水工况转换时,单位流量随时间逐渐增加,其泄水单位流量约为初始值的2.88倍,与试验测量值吻合良好,证明了本文采用的计算方法是准确可靠的。在转换过程中,由于流态的变化,转轮叶片吸力面出现明显的低压区,容易引起叶片的空化空蚀。同时,转轮受到的径向力会出现明显的周期性波动,容易引起轴系的振动;而在尾水管内部会产生多个湍流涡,由于内部压力的降低会形成螺旋的空腔涡带。     

旋转机械摩擦故障特征的多重性分析

动静摩擦是旋转机械经常发生的故障。摩擦故障发生时,转子上会同时受到力冲击和热冲击的作用。不同机组、不同部位上发生的不同程度的摩擦故障,因为力冲击和热冲击影响程度的不同,所表现出来的故障特征也是不同的,有的甚至是完全不同的。文章结合实际案例,分析、总结了摩擦故障的多重特征,可为大型旋转机械的故障诊断和治理提供帮助。     

基于风力机尾流排斥的平坦地形风电场微观选址优化

平坦地形风电场微观选址的优化研究中,常采用带有随机量的元启发式算法,这些算法难以达到全局最优,优化效率较低,且通常需要通过划分网格、增加约束才能得到稳定解。针对这些问题,文中提出了一种专门针对平坦地形风电场微观选址的高效且有稳定优化解的元启发式算法——风力机尾流排斥优化算法。参考范德华力原理,提出了风力机尾流排斥力的概念,用于描述风力机在尾流作用下的相互影响:2台风力机之间尾流作用越大,风力机尾流排斥力也越大。在算法优化过程中,风力机会在风力机尾流排斥力的作用下向使尾流减小的方向不断移动,直到达到最优解。仿真结果表明:风力机尾流排斥优化算法不需要网格约束,优化效率高,能得到确定的优质解,且优化结果符合实际工程要求。