截面涡结构的描述方法及其在叶栅流场中的应用

基于微分方程定性分析理论，并通过对与涡轴垂直和斜交截面上旋涡结构关联式的研究，给出了在与涡轴斜交的截面上描述旋涡速度矢量的原则。遵循此原则，可保证在与涡轴斜交的截面上，所得到的旋涡与流场中交际旋涡在涡结构与旋涡存在性两方面的一致性。将直角坐标系下截面涡结构的判别准则，发展为适合描述叶轮机内部旋涡结构的任意曲线坐标系下的截面涡结构。通过数值模拟简要分析了通道涡拓扑结构的演化。     

喷气织机主喷嘴的流场分析

采用流体动力学软件NUMEC＆对喷气织机主喷嘴的气流流场进行了数值模拟,揭示了导纱管内不同截面上气流速度的分布,并对主喷嘴内部气流的轴向动压和马赫数分布进行了分析．结果表明,利用数值模拟研究主喷嘴流场特性方便、快捷,且精度也较高．     

模拟颗粒布朗运动的格子Boltzmann模型

通过在格子Boltzmann方法的迭代格式中附加描述分子热运动涨落的分布函数,建立了描述颗粒布朗运动的涨落格子Boltzmann模型,给出了分布函数满足的条件以及在D2Q9格子模型下的具体表达形式.通过Chapman Enskog展开推导,得到了考虑分子热运动涨落的宏观流体动力学方程.在此基础上,对单颗粒在流场中的布朗运动进行了数值模拟,得到了颗粒运动的均方速度及速度、角速度时间自相关函数.结果表明,均方速度满足能量均分定理,说明颗粒最终达到热平衡;颗粒速度、角速度时间自相关函数符合理论预测的t-1、t-2衰减规律.数值结果证明了所建立模型的正确性,为采用格子Boltzmann方法模拟颗粒的布朗运动提供了有效的方法.     

基于层流假设的三角翼大迎角绕流特性数值模拟研究

三角翼大迎角绕流数值模拟的计算网格,需根据流动现象,对网格拓扑结构和网格点分布进行选择与搭配.C-H型网格适宜模拟尖前缘分离涡流态,物面、空间及尾迹区网格的处理是捕捉流场细节的关键.Euler方程具有模拟三角翼旋涡及预测涡破裂特性的能力,但对二次涡等粘性引起的流动细节把握能力不足.采用层流假设的N-S方程,通过合适的网格生成方法,可得到满意的计算结果,但对涡破裂后强烈的非定常湍流流动模拟能力不足.采用旋涡螺旋度可准确反映主涡与二次涡流动,描述旋涡的破裂现象.用轴向速度迅速减小并小于来流速度的点作为涡破裂判据似应更合理.     

燃油增压锅炉配风器三维流动特性数值计算

采用RNGκ-ε模型,对船用燃油增压锅炉配风器流场进行了三维冷态数值模拟研究。将常温常压工况下的数值计算结果与PIV试验值进行了对比,两者结果的一致说明了计算模型的正确性。用此计算模型计算并对比了100%BMCR和50%BMCR两个工况下的流场,结果表明:垂直轴的截面上无量纲切向速度与无量纲轴向速度分布呈"M"型,但受稳焰器小孔非轴对称性的影响,无量纲切向速度轴对称性不强。相对于100%BMCR工况,50%BMCR工况回流区轴向和径向尺寸分别下降1.59%、4.55%,最大回流速度下降53%,压损下降75%。两工况下压降的模拟计算值与经验公式计算值均一致,计算结果为配风器的设计和优化运行提供参考依据。     

液力变矩器轴向力的CFD计算与分析

为准确计算液力变矩器轴向力,提出了基于三维流场数值解的变矩器轴向力计算方法。计算中,利用CFD软件对液力变矩器三维流动控制方程进行数值求解,在数值模拟得到的变矩器内流场速度、压力数值解的基础上,进行轴向力计算。将新的轴向力计算方法应用于变矩器实例,将其计算结果分别与传统方法计算结果以及实验结果进行对比后可知,新方法计算误差明显减小。     

一次风扩口角对旋流燃烧器影响的数值模拟

为了改进燃烧器设计，提出了一次风扩口角度改变对同轴旋流燃烧器影响的数值模拟方法.该方法采用重整化群 RNG κ-ε双方程湍流模型，针对燃烧器出口区域冷态流场进行数值模拟，通过比较旋流燃烧器不同一次风扩口角度情况下，回流区尺寸的变化和流场分布规律.结果表明，旋转射流轴向速度受一次风扩口角变化影响不大，其切向速度在旋流外围服从拟等势旋涡规律和在旋流中心服从刚体旋转规律；随一次风扩口角度的增大，回流区径向尺寸绝对增大，轴向尺寸先增加后减小；一次风扩口角度的增大，引起径向压力梯度的增大，从而形成了多次回流区域的存在.     

高雷诺数圆柱绕流分离的旋转控制

为了深入研究高雷诺数旋转圆柱绕流的流场特性,采用大涡模拟(LES)方法对雷诺数Re分别为3 900、1.4×105、1.0×V106的圆柱绕流在不同转速条件下的三维流场进行了数值仿真。首先以典型非旋转圆柱绕流为算例与相关研究结果进行了对比,验证了本文计算方法与结果的准确性,然后对旋转速度α分别为1、2、3、4时的圆柱绕流进行了模拟。结果表明,不同雷诺数条件下旋转效应都可以有效抑制旋涡脱落和尾部湍流的产生,且分离涡随着转速和雷诺数的增大而变小。同时,雷诺数越小,圆柱的升阻比越大,而超临界区升阻力系数的变化趋势不明显且其值较小;雷诺数越大,受到粘性力的影响越小。     

水平轴风力机的叶片设计与基于CFD的流场分析

选用NACA44系列翼型,基于经典的Glauert旋涡理论进行风轮模型设计。在FLUENT软件中采用不可压N-S方程和k-ωSST两方程湍流模型对该风力机进行三维旋转流场的数值模拟,得到流场的流动细节与流动特性,从而对风力机流场进行分析。探索性地研究了三维旋转流场物性参数的分布特征以及叶片周围流场的分布规律。     

船舶艉流场受预旋定子影响试验研究

为探究船舶艉流场流动机理以及节能附体节能机理,本文以某散货船缩比模型为研究对象,在哈尔滨工程大学船模拖曳水池大型利用粒子图像测速系统开展艉流场测量试验。首先对有/无前置预旋定子的艉部伴流场分别进行了三向伴流测量试验,展现出前置预旋定子周围的流动结构,对比有/无前置预旋定子的艉流场轴向速度分布、周向速度分布、旋涡分布并提取不同半径处的轴向速度,阐述了前置预旋定子对艉流场的影响及其节能机理。研究表明:预旋定子能够在桨前产生与桨旋向方向相反的预旋流,定子中下方叶片对流场分布的影响较大,造成附近速度峰值角度偏移、峰值增加,桨盘面流体的进流速度增加,从而改善伴流条件,提升推进性能。     

一种新型叶片涡轮分级机流场的数值模拟

建立了一种带后弯导板的新型叶片形状涡轮分级机内腔叶片之间气-固两相湍流的双流体理论模型,并利用通用的流体力学计算软件进行了数值模拟。结果表明:该涡轮分级机在正常工作状态时,内腔流场遵循强湍流流动规律;当采用带后弯导板的叶片形状时,混合气流通过两叶片间流场会产生一种正方向的涡流,它可以抵消使用直叶片时由于涡轮高速旋转而不能克服的附加反方向涡旋,从而使流场更加稳定,容易形成整流,提高涡轮分级机的分级效率和分级精度。     

叶栅流场尾迹中非定常涡系的数值模拟

叶栅通道内包含复杂非定常流动特征的涡系结构，二维直叶栅的尾迹涡系中粘性、尺寸效应十分明显，进行数值模拟时计算量较大，因此时分离涡产生与脱落过程的准确、清晰的捕捉要求有更高效率的数值解法。应用隐式格式、全场统一时间步长和Baldwin—Lomax紊流模型求解二维Navier—Stokes方程，时二维直叶栅流场非定常涡系进行了数值模拟分析，在大攻角、不同进口马赫数的2种工况下，通过对比分析不同时刻叶栅流场的熵和压力瞬态图，捕捉到分离涡产生与脱落过程，并合理地反映了紊流流动特征。通过计算结果看出，所采用的非定常粘性流动数值模拟方法有效，计算效率较高，能够较好地捕捉复杂的尾迹非定常涡系，较为清晰地反映叶栅流场涡系的形成、发展和消失过程，为进一步研究孤立转子和多叶排环境下的非定常流动效应提供了初步的基础。     

大型泵站引水河道流场的数值模拟

应用正交曲线坐标系下的二维水深平均数学模型对大型泵站的引水河道流场进行了数值模拟 .采用Pois son变换生成正交网格 ,用四边形插值方法生成计算网格的底高程数据 ,并用SIMPLEC方法求解离散方程 .由该模型计算出的金口泵站引水河段的流场图及各断面垂线平均流速分布与物理模型试验的成果较为一致 .     

基于LES模型的水轮机三维非稳定湍流及压力脉动数值模拟

本文基于N—S方程和大涡模拟（LES）模型，采用贴体坐标和四面体网格系统和SIMPLE算法，较准确地对混流式水轮机内部三维非稳定湍流流动及其尾水管内的旋涡压力脉动进行了数值模拟。     

轴流泵内部三维湍流场的数值模拟

基于流体动力学计算分析的FLUENT软件,采用RNG k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,对轴流泵内部流场进行了数值模拟,并分析了该轴流泵在小流量工况﹑设计工况和大流量工况下叶轮内的速度分布和压力分布以及泵的外特性,得出了该轴流泵的扬程和效率随着流量的变化规律。研究结果有助于解析轴流泵的内部流动机理,并对泵的水力设计提供重要的参考。     

用晶格玻尔兹曼方法研究粒子在脉动压差下的运动

用晶格玻尔兹曼方法模拟脉动流场的形成过程中,发现脉动流场也是一个个的闭合环,但是由于受到入口脉动压差影响,涡流场不是一个完全稳定状态,而是在不断波动变化的.基于最近点法模拟单个粒子在涡流中的运动情况,发现粒子在涡流场中的运动呈现波动的形式,受到入13压强周期性扰动的影响,粒子的水平速度、竖直速度、角速度也呈周期性变化.     

圆周形涡流动速度场的数值模拟研究

以圆周形涡流体为研究对象，通过数值模拟的方法对其内部速度场进行研究，较准确得验证了流体速度场的分布特性．为各种流体运动可视化研究领域提供一个清晰的概貌，为矢量场可视化的研究发展提供参考．     

液-液旋流分离器分离特性数值模拟

液-液旋流分离器内部流场复杂,现有实验条件难以得到较为清晰的流场分布和液-液两相分离过程,用马丁·休教授发明的F型液-液旋流分离器为研究模型,以取油水作为分离介质,采用计算流体动力学技术对液-液旋流分离器进行数值模拟分析.结果表明:液-液旋流分离器内部流场分布特征明显,并在圆柱段、大锥段、小锥段存在不同程度的循环流;其各截面切向速度和轴向速度分布规律与理论分析相一致,切向速度分布中在圆柱段、大锥段和小锥段上端组合涡特征明显,圆柱段和大锥段的轴向速度呈现双W形式;采用分散相模型追踪油滴运动轨迹,证明油水分离的关键在于油滴是否能够在分离区域进入内旋流.     

水下航行体垂直出筒流体动力特性研究

采用数值仿真的方法研究了水下航行体垂直发射出筒过程多相流场和流体动力特性演化规律．结 合动网格技术,采用多相流Mixture模型、Singhal空化模型及标准的A—s湍流模型,对混合流场的RANS方 程进行求解,进而求解了水下航行体运动的固体边界与运动流场相互作用形成了流一固耦合问题,使用此方 法,实现了在重力影响下水下航行体垂直发射出筒过程和流体动力特性进行数值模拟研究,分析了高压气团 对航行体出筒过程中的水弹道及其流体动力特性的影响,分析了航行体压差系数、粘性系数和总力系数波动 的原因     

基于内部流场分析的小型轴流风扇结构优化

采用孤立叶型设计法、CFD技术、遗传算法等理论,运用自编软件对某一轴流风扇轮毂比参数进行结构优化设计,优化目标为风扇流量。对比分析优化前后风扇内部流场,如风扇的静特性、叶片表面静压分布、子午面涡量分布等信息。由此验证优化方法的可行性．,并总结轮毂比参数对此风扇性能的影响。结果表明：优化后风扇叶片和轮毂表面减小了因涡流带来的能量损失,但叶顶间隙处的涡流增大,能量损失略有增大;在不同流量下,优化后风扇静压有不同程度的提高;优化后风扇的出口速度均比优化前大幅提高;风扇在额定工况下性能、静特性及内部流场都得到了很好的改善。