喷嘴参数对射流结构影响的数值模拟

根据现有实验条件,建立了物理模型和数学模型.选用k-ε紊流模型,并采用SIMPLEC算法进行数值计算.计算结果表明,角形喷嘴射流没有等速核段,轴心速度衰减与锥形喷嘴射流基本段轴心速度衰减相似,射流断面速度分布具有自模性.从角形喷嘴功能要求及射流动力特性出发,扩散角在30°附近有一较佳值;扩散段长度应达到一定值;圆柱段长度在8mm附近有一较佳值.     

液滴特性对气液两相喷嘴效率影响的研究

从液体特性对两相喷嘴效率影响方面考虑,研究了一种两相喷嘴的流动模型-液体热传递模型,该模型能够完全描述两相混合物在喷嘴中的无摩擦流动情况。用VB软件就该影响进行了数值模拟,模拟结果显示液滴特性中的液滴破碎对两相喷嘴的效率影响是很大的,而液滴拉力系数和液滴热传递系数对两相喷嘴效率的影响较低,液体的比热越大,两相喷嘴的效率越低,而液体的表面张力或密度越低,两相喷嘴的效率越高。同时,对用该模型所设计的空气/水和空气/DTA两相喷嘴分别进行了实验测试,测试结果与理论模拟能够较好的吻合。     

喷嘴与水平圆管的气－液两相流动阻力特性

本文应用一维变密度气－液两相流动量方程于喷嘴和水平圆管的气水两相流动，建立了喷嘴进出口压力及流速之间的关系，将动量方程在有限管道长度内积分，从而可由试验测得的压力差计算通过水平回管的气－液两相流阻力系数，并在大量试验的基础上建立了考虑截面含气率的喷嘴动量修正系数的相关关系式和水平因管中气水两相流阻力系数与雷诺数之间的关系式。     

喷嘴与水平圆管的气—液两相流动阻力特性

本文应用一维变密度气－液两相流动量于喷嘴和水平圆管的气水两相流动，建立了喷嘴进口压力及流速之间的关系，将动量方程在有限管道长度内积分，从而可由试验得的压力差计算通过水平圆管的气－液两相流阻力系数，并在大量试验的基础上建立了考虑截面含气率的喷嘴动量修正系数的相关关系式和水平圆管中大气两相流阻力系数与雷诺数之间的关系式。     

不同曝气量和纵横比下针孔喷射气泡羽流摆动特性的数值模拟研究

该文采用三维欧拉-欧拉法结合标准k-ε紊流模型模拟了矩形鼓泡塔内针孔喷射的气泡群的瞬时流动特性,并开展了纵横比和曝气量对气泡羽流摆动特性的影响分析。数值模拟结果很好地复现了低空隙率气泡羽流的周期性运动特性。当纵横比H/W=1.0时,气泡羽流的流动形态和结构稳定;当纵横比H/W=2.25和H/W=3.0时,气泡羽流的流动形态不稳定,呈现周期性摆动规律。在模拟计算中曝气量Q_0的范围为13.3 mL/s–170.4 mL/s。随着Q_0的增加,气泡羽流摆动周期减小并且趋于稳定,液体的含气率在增加并呈线性趋势;两种纵横比对气泡羽流的摆动周期和气体总空隙率的影响较小。     

水斗式水轮机特性对系统运行稳定性的影响

冲击式水电站的运行稳定性成为目前日益关注的问题。从理论上研究了水斗式水轮机特性对水电站运行稳定性的影响。首先在理想PI调速器、刚性水击、单管单机条件下,加入自由出流方程,求解出计入水斗式水轮机特性的小波动稳定判别式。然后结合水斗式水轮机的运行特点,建立目标函数,经分析,得出了水斗式水轮机在等出力变幅时的小波动最不稳定区,并用数值计算对其加以验证。最后提出,对于多喷嘴水斗式水轮机来说,应根据不同的喷嘴个数情况,分别作稳定校核计算。     

单一粒径均匀悬浮固—液两相流中球泡的动力学方程

本文以Ｅｌｇｈｏｂａｓｈｉ和Ａｂｏｕ－Ａｒａｂ提出的固－液两相流动方程作为描述液体相运动的控制方法，以拉格朗日形式下的球形颗粒在液流中的运动方程作为描述固体颗粒相运动的基本方程，建立了固液两流中的泡动力方程及在球泡溃灭时间τ和固体颗粒动力响应弛豫时间τ分别为τｃ〉〉τｒｅｌ和τｃ〈〈τｒｅｌ两种极端情况下的简化方程。     

单一粒径均匀悬浮固－液两相流中球泡的动力学方程

本文以Ｅｌｇｈｏｂａｓｈｉ和Ａｂｏｕ－Ａｒａｂ提出的固－液两相流动方程作为描述液体相运动的控制方程，以拉格朗日形式下的球形颗粒在液流中的运动方程作为描述固体颗粒相运动的基本方程，建立了固－液两相流中的泡动力方程及在球泡溃灭时间τｃ＊和固体颗粒动力响应驰豫时间τｒｅｌ＊分别为τｃ＊＞＞τｒｃｌ＊和τｃ＊＜＜τｒｅｌ＊两种极端情况下的简化方程。     

入口不同速度夹角对尾水管内湍动能的影响分析

以某水电站弯肘形尾水管为研究对象,应用ANSYS软件建立从尾水管进口到尾水管出口过流部件的流道模型,划分网格后导入Fluent进行模拟计算。分析结果表明,在入口速度垂直进入时,尾水管内部的湍流动能变化不大,流动较为平缓,湍流发展较充分。随着速度入口夹角的增大,弯肘段入口及水平扩散段入口的湍流动能越来越大,即说明随速度入口夹角的增大,尾水管在弯肘段及水平扩散段的流动越紊乱,对机组稳定不利。该方法可预估弯肘形尾水管内部的流动性能和湍流发展程度。     

圆形喷嘴平行射流组流体动力学特性

本文在簿剪切层理论基础上，建立了平行射流组的理论模型，并依据Ｐｒａｎｄｔｌ混合长度理论，求出了该模型的分析解。通过该模型的计算分析，得出：（１）沿流动方向轴向速度逐渐衰减，其轴心最大速度衰减与单射流相同；（２）沿ｙ方向，轴向速度按余弦规律分布，并且随着向射流组上游发展，其速度振幅逐渐减少，直到趋于平坦。在离喷嘴足够远的流动相似区，计算结果与实验结果是一致的。     

A COUPLING MODEL OF WATER FLOWS AND GAS FLOWS IN EXHAUSTED GAS BUBBLE ON MISSILE LAUNCHED UNDERWATER

The gas and water flows during an underwater missile launch are numerically studied. For the gas flow, the explicit difference scheme of Non-oscillation and Non-free-parameter Dissipation (NND) is utilized to solve the Euler equations for compressible fluids in the body-fitted coordinates. For the water flow, the Hess-Smith method is employed to solve the Laplace equation for the velocity potential of irrotational water flows based on the potential theory and the boundary element method. The hybrid Eulerian-Lagrangian formulation for the free boundary conditions is used to compute the changes of the free surface of the exhausted gas bubble in time stepping. On the free surface of the exhausted gas bubble, the matched conditions of both the normal velocities and pressures are satisfied. From the numerical simulation, it is found that the exhausted gas bubble grows more rapidly in the axial direction than in the radial direction and the bubble will shrink at its "neck" finally. Numerical results of the movement of the shock wave and the distribution of the Mach number and the gas pressure within the bubble were presented, which reveals that at some time, the gas flow in the Laval nozzle is subsonic and the gas pressure in the nozzle is very high. Influences of various initial missile velocities and chamber total pressures and water depths on both the time interval when the gas flow in the nozzle is subsonic and the peak of the gas pressure at the nozzle end were discussed. It was suggested that a reasonable adjustment of the chamber total pressure can improve the performance of the engine during the underwater launch of missiles.     

喷油头内部流场的数值模拟及其柱塞几何形状的优化

本文对热气机喷油头的内部流场进行了数值模拟与研究，根据数值研究的结果与实际工程的需要，对喷油头内部旋流体柱塞的几何形状进行了优化改进，经实际使用，达到了预期的效果。     

PARAMETRIC STUDY ON THE THRUST OF BUBBLY WATER RAMJET WITH A CONVERGING-DIVERGING NOZZLE

To predict the thrust of bubbly water ramjet with a converging-diverging nozzle, the physical processes occurring in the diffuser, mixing chamber and nozzle were analyzed. The mathematical models were constructed separately under the restrictions of certain assumptions. The bubbly nozzle flow was examined using a two-fluid model and accomplished by specifying the water velocity distribution in the nozzle. The numerical analysis of flow field in the nozzle shows that the Mach number at the throat is 1.009, near unity, and supersonic bubble flow appears behind the throat. There is greater thrust produced by bubbly water ramjet, compared with single-phase air ramjets. Subsequently, the influences of vessel velocity, air mass flow rate, inlet area A_m, area ratio (i.e., mixing chamber to inlet area A_m/A_i), and initial bubble radius on the thrust were emphatically investigated. Results indicate that the thrust increases with the increase of air mass flow rate, inlet area and the area ratio, and the decrease of initial bubble radius. However, the thrust weakly depends on the vessel velocity. These analytical and numerical results are useful for further investigation of bubbly water ramjet engine.     

风琴管喷嘴喉部结构对射流流场流动结构影响的数值研究

本文提出了一种采用间歇涡环模型述射流流场的大尺度流动结构特性，并依据边界元方法优化设计风琴管等自激振荡型喷管的内流结构曲面和其喉部结构的数值实验方法，计算结果表明内流过渡曲面为椭球面而出口形状为锥面的风琴管式喷嘴喷射出的圆形射流流场具有良好的大尺度涡环结构。     

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。     

基于CFD的离心式高效喷溅装置水力特性分析

为提高离心式高效喷溅装置的布水均匀性,采用欧拉(Eulerian)多相流模型和重整规划群（RNG）k-ε湍流模型对离心式高效喷溅装置的水力特性进行了三维数值模拟,将其模拟的溅洒情况与试验情况进行了对比,验证了模型的正确性。并用此方法研究了离心式喷溅装置在3种水头和4种转速下的水力特性,结果表明其能在较广的水头和转速范围下均能实现均匀布水,且一定范围内提高水头和降低转速可以提高布水均匀性,提出离心式高效喷溅装置的建议工作转速为60r/min~120 r/min。     

浅尾水深水平底板上表面射流水力特性的数值模拟研究

采用VOF(volume of fluid)方法追踪自由液面,辅以Realizable(可实现化)湍流模型封闭两相流时均方程,对浅尾水深水平底板上的表面射流水力特性进行了数值模拟。微分方程的离散采用有限体积法,速度与压力耦合求解使用了压力隐式算子分裂PISO(Pressure-Implicit with Splitting of Operators)算法。研究并分析了入射速度、尾水深和进口宽度等对流场流线分布、速度场及横断面最大流速沿程衰减规律等水力特性的影响。研究发现:流场内存在一个大的漩涡,入射流速越大,漩涡长度越长;横断面上水平流速和纵向流速在漩涡区和明渠流区分布规律不同;横断面最大流速沿程衰减主要受进口流速大小的影响。     

数值模拟在新型音乐喷泉喷头优化设计中的应用

将计算流体力学知识与实验相结合,用于快速开发一种水柱上燃烧着火焰的新型音乐喷泉喷头。在开发过程中,起初以实验为主,后来结合CFD模拟进行了预测设计和实验结果分析,为喷头的开发提供了理论指导。