阀体后90°圆形弯管内部流场的数值模拟

利用大涡模拟(LES)方法对阀体后90°圆形弯管内部流场进行了三维数值模拟,获得了蝶阀在全开状态下弯管内不同截面的流场特性和不同径向截面的涡旋结构,并与粒子图像测试(PIV)实验结果进行了对比.结果表明:大涡模拟方法能够更细致地模拟弯管内部流体的流场特性,且与实验结果吻合较好;弯管中心以上20 mm截面附近受到蝶阀扰流的影响最大,且速度较大区域出现位置相对靠后;各个截面θ=0处均存在涡旋结构,同时弯管外侧形成较明显的涡旋结构,且涡旋结构出现的位置相对稳定.     

扇形喷孔气膜冷却流场的大涡模拟

对锥形角γ=30°扇形喷孔横向紊动射流进行了大涡模拟,在吹风比M=1.0工况下模拟了不同截面上涡量随时间变化的过程,并对各种涡的流动机理进行了分析.结果表明:对称面的正、反向旋转涡、垂直截面的马蹄形涡的两翼周期性地交替脱落成新的涡,对称面涡的周期为0.024 s,马蹄形涡的周期为0.032 s;反向旋涡对气膜冷却流场有重要影响,沿主气流流动方向的无量纲长度X/D在1～2时,反向旋涡的涡量值逐渐衰减;当X/D＞4时,反向旋涡开始逐渐消失,导致壁面附近的能量交换快,对底面的冷却效果好;由于在射流上游和下游的压力梯度不等,造成射流两侧的脉动速度变化不一致,导致了反向旋涡的不对称分布.     

风力机近尾迹区域涡量变化规律及噪声的数值预测

采用大涡模拟(LES)和标准κ-ε模型求解风力机近尾迹区域的非定常流动,获得涡量场信息和声源项信息,采用快速傅里叶变换将源项的时域信息转换为频域信息,利用K-FWH声学模型预测其噪声特性。结果表明,风轮在旋转过程中,风力机风轮下游同一截面在不同尖速比下涡量分布规律是从计算截面中心沿半径增大的方向分别经过3个压力脉动变化强烈的区域,它们是计算圆心区域、中心涡区域、叶尖涡区域,计算点在上述3个区域都会出现涡量的峰值;在同一尖速比不同截面下,风轮近尾迹区域涡量的变化规律是沿着X轴正方向远离风轮旋转平面计算截面上的中心涡区域和叶尖涡区域的半径增大,不断向外迁移;计算截面的最大声压级的数值计算值和试验值吻合较好,证明了噪声计算模型的正确性。     

"水滴"型微针肋流动与传热特性数值研究

基于圆肋尾部流动传热强化的思想,对传统圆肋进行优化,进而设计出了新型的"水滴"型微针肋.采用Fluent模拟软件对不同角度"水滴"型针肋侧壁及整体流动传热特性进行了模拟分析.结果表明:a>90°时,流动没有显著改变,边界层涡依旧发生脱落;而当a<60°后,针肋尾部逆压梯度较小,边界层涡脱离现象消失;适当的"水滴"型结构...     

三维旋转矩形通道壁面滑移流场的数值模拟与分析

采用了CFD技术,对旋转坐标系下空气在直通道内的湍流流场分别进行了整个通道旋转和一固壁静止三壁滑移的数值模拟,将计算结果与文献中的实验值进行了对比,吻合较好。计算表明,固壁完全旋转的流动在计算的转速范围内,主流速度峰值随转速增加而向压力面移动,二次流逐渐增强,流场具有结构性,且转速对流场性质影响不大;对一面固壁静止的流动,主流速度峰值虽然也逐渐移向压力面,但速度场明显有涡不断产生,且随转速不断增加,涡的数量增大,速度沿高度和宽度的分布均不再对称,流动具有了较强的三维特性。图7参4     

纵向涡强化换热的优化设计及机理分析

对带纵向涡发生器的椭圆管翅片换热器空气侧表面的换热和流动特性进行了三维数值模拟.深入分析了纵向涡对流场和温度场的影响,并通过场协同原理揭示了纵向涡强化换热的根本机理,即减小了速度和温度梯度之间的夹角,改善了速度场和温度场的协同性.在此基础上,对纵向涡发生器的布置位置(上游布置和下游布置)和纵向涡发生器的攻角α(15°,30°,45°,60°)进行了优化设计.结果表明:当纵向涡发生器布置于换热管下游时,具有更好的强化换热能力;在纵向涡发生器采用下游布置的前提下,当纵向涡发生器的攻角α=30°时,具有最佳的强化换热能力.     

螺旋管内迪恩涡运动的数值模拟

从螺旋正交坐标系下的Navier-Stockd方程组出发,利用realizable k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,对直管和多种不同几何尺寸的螺旋管内的流动进行了数值模拟,研究了螺旋管的扭率τ、管径与曲率半径比r/Rc、入口速度vi以及流体粘度对螺旋管内迪恩涡的影响.模拟结果表明:扭率和曲率比的变化会引起螺旋管内轴向速度、径向速度最大值的偏移和速度大小的变化;径向速度和全压在入口速度低于约0.8 m/s时随入口速度递增:流体粘度的提高引起径向速度和全压的增大,并有利于迪恩涡旋的形成.     

波纹叶片控制扩压叶栅流动分离的DES数值模拟

为了研究新型被动流动控制技术-波纹叶片对扩压叶栅流动分离的控制效果并探索其流动机理,本文采用分离涡算法(DES)对0°和8°攻角下的原型和波纹叶片进行数值模拟。研究结果表明:在0°攻角下,波纹叶片对扩压叶栅性能产生的影响非常微弱,总体性能与原型叶栅基本相当,非定常流动具有较好的周期性;在8°攻角下,波纹叶片能明显降低叶栅总压损失、减小流动分离。详细的流场细节分析表明,叶片表面的波纹能诱导产生一对反向旋转的流向涡,有效加强叶栅前缘的局部流动,为附面层的低能流体注入动量,从而提高了附面层抗分离能力,延缓了分离的产生。     

热分层弯管热波动及其削弱机理研究

热分层弯管中的热波动容易诱发热疲劳,越来越受到核电工程与技术的关注。对弯管内热分层的流动与传热机理进行研究,建立数学模型,运用FLUENT软件,对有/无防涡器条件下T型弯管内流体的温度波动过程进行了大涡模拟,获得了弯管处无量纲温度波动曲线和无量纲均方根温度。数值模拟结果表明,加入防涡器后,由于管内湍流减弱,防涡器下方弯管处温度波动减弱,热波动受到抑制。     

入射角对气膜冷却效果影响的数值研究

采用Realizablekε-湍流模型对吹风比M=1.0时平板单圆孔不同入射角度的气膜冷却流场进行了三维定常数值模拟,得出了沿程速度、气膜冷却效率及壁面努塞尔数的分布,并对流场的流动和传热特性进行了详细分析.结果表明：随着入射角度的减小,射流在沿程方向的影响区域有所增加,最大速度点的位置逐渐下移,但并不是按入射角度减小成线性递减;在各种射流角度下,最大冷却效率均出现在气膜孔下游附近的区域,并沿程逐渐降低;当5〈x/d〈20时,冷却效率在入射角度α=10°时最大,α=70°时最小;射流下游壁面的Nu在分离点附近出现峰值,吹风比相同时,α=10°时Nu最大,α=70°时最小;在流动区域内存在反向涡旋对,小角度射流时气膜良好的贴壁性抑制了反向涡旋对的抬升和发展,其换热效果在展向的影响范围相对较小.     

基于CFD的选择性催化还原烟气脱硝流场优化

SCR反应器内流场的均匀性直接影响还原剂与NO_x的混合效果,从而影响脱硝效率。喷氨格栅(AIG)上游截面和首层催化剂入口截面的标准速度偏差是衡量SCR反应器内流场均匀性的重要指标。应用Fluent18.0软件对某660MW超临界燃煤机组的SCR反应器内烟气流动情况进行模拟,采用不同形状的导流板对SCR反应器内弯头和变截面处的"低速三角区、高速冲刷区和低速回流区"进行优化。优化结果表明,采用不同形状的导流板可以有效抑制烟道弯头和变截面处速度分离的现象。空塔时,AIG上游标准速度偏差57.91%,催化剂入口标准速度偏差为90.45%;优化后,AIG上游标准速度偏差为9.48%,催化剂入口标准速度偏差为8.74%。     

闪速炼铅炉多物理场耦合模拟及可视化分析

采用计算机模拟的方法,对闪速炼铅炉进行了气粒两相流场、温度场、浓度场等多个物理场耦合模拟,着重研究炉内速度场的特性。采用传统的二维截面速度矢量图分析了两组截面的速度场,发现其对速度场信息描述不完整,而且难以对不同截面上速度矢量分布之间相互联系进行分析。借助可视化软件ParaView,提出了将立体流线、方向标识体和动画结合起来制作流线动画,对整个速度场进行分析,使问题得到有效改善。分析发现右侧喷嘴主流触底后斜向上喷射是影响速度场分布的重要原因。     

自由表面涡流动现象的数值模拟

为了研究自由表面涡流动规律,采用Fluent软件对这一层流流动现象进行了数值模拟。计算中运用流体体积(VOF)模型处理汽水交界面,得到了自由表面涡的流动结构和演化过程,旋涡发展状态与涡量之间的关系。在自由表面涡形成过程中,流体中心区域的涡量随时间不断增大。当涡量达到一定程度时,自由液面处开始出现旋涡,并不断向下延伸直至达到稳定。同时得到了涡核半径、涡核半径处最大切向速度、涡核处环量、涡核内切面速度梯度以及流场中各个速度分量随高度和时间的变化规律。计算结果为了解自由表面涡流动现象提供了一定的参考。     

机匣切向喷气角对涡轮动叶间隙流动的影响

机匣喷气已被证明是改善动叶流道内二次流分布,提高涡轮效率的有效措施之一。本研究采用数值模拟方法研究机匣切向喷气角度对间隙流动控制的影响。结果显示,当增大机匣切向喷气角时,由于喷气速度在切向上的分量减小,使得喷气孔流体在间隙内轴向上影响范围减小,最大降幅可达50%,导致机匣喷气对间隙流动的阻拦作用降低。同时由于切向角度增大使得上通道涡尺寸增加,涡核强度增大约11%,使得动叶出口截面上流动损失增大。考虑到喷气对动叶输出功的负作用,应当选择适当的切向喷气角度,以达到提高涡轮效率的目的。     

燃煤电站锅炉尾部烟道流场数值模拟分析及改造

针对某电厂350 MW机组电除尘器出口至引风机入口段烟道全压损失过大的问题,利用数值模拟软件Fluent,采用标准k-ε模型,对该段烟道烟气流场进行了数值模拟。模拟结果表明,该段烟道主要的全压损失主要源自汇流部位、弯管和变径管等部位。依此,本着先易后难的原则,采用逐步优化的方法,渐次设计了3套改造方案:方案一摒弃了原烟道采用较多急转弯头的设计,采用单个135°弯头平滑过渡烟道;方案二改变了其中一个烟气入口方向,使两股烟气提前汇流,增大了烟道截面积,降低了烟气流速;方案三在改造方案二的基础上,在烟气汇流处和交汇处倒圆角,在弯头处添加导流板,以降低全压损失。比较3套方案的减阻效果和改造费用表明,方案三可使烟道两侧平均全压损失由原烟道的217.73 Pa降至49.02 Pa,减阻率达77.4%,降低全压损失的效果显著。     

立柱截面形状对半潜式平台涡激运动特征影响试验研究

基于模型试验方法,开展立柱截面形状对半潜式海洋平台涡激运动影响的研究。对立柱截面形状为圆形、方形的半潜式平台分别进行平面内三自由度涡激运动特征测定,得到不同工况下平台横荡、纵荡和艏摇运动的无量纲振幅与约化速度的相关性以及平台各向受力特征。试验结果表明立柱截面形状对半潜式平台的受力频率、响应幅值等涡激运动特征值有较大影响:各个流向下方柱半潜式平台的纵荡运动均观察到"驰振"现象,而圆柱平台纵荡运动是否发生"驰振"现象与来流方向密切相关,并且当"驰振"现象发生时,2个平台纵荡运动频率均稳定于0.38 Hz附近;整个约化速度范围内,方柱平台所受涡激升力与艏摇力矩频率主峰值之比基本保持1∶1关系,圆柱平台在非锁定区和锁定区内涡激升力与艏摇力矩频率比为1∶1,在超锁定区变为1∶1.5;多数工况下圆柱平台的横荡幅值明显大于方柱平台,而方柱平台的艏摇响应幅值远大于圆柱平台,最大幅值可达20.35°。     

平板振动对气膜冷却及流场特性影响的数值研究

对平板在振动状态下的气膜冷却进行数值研究,比较在不同振动条件下吹风比为1时气膜孔下游中心线上绝热壁面的冷却绝热效率,同时分析了气膜孔下游壁面在不同振动条件下的静压及静压随相位角的变化。结果显示:振动会使平板气膜冷却效果恶化,在不同振动条件下振动时绝热壁面的冷却绝热效率均比稳态时低,在x/d7时,不同振动频率下的冷却绝热效率相差较大,且频率越大冷却绝热效率越小,不同振幅下的冷却绝热效率相差较小。振动时气膜孔下游上下壁面静压呈周期性变化。靠近气膜孔截面贴壁区域各相位下均存在明显的二次流,在x/d=5和x/d=10截面内,y/d4范围内各相位均存在速度峰值,90°和180°速度峰值大于稳态时速度,0°和270°速度峰值小于稳态时速度。     

90°水平弯管内水煤浆的阻力特性试验研究

在水煤浆综合输送中试试验台上,将管径为50mm的90°水平弯管配以不同弯径比,对神华煤水煤浆进行了阻力特性试验研究。根据试验结果,对弯管内水煤浆的局部压力损失、摩擦阻力损失及弯管内流动有效长度等方面的一些特性进行总结。结果表明:采用合理的定义及方法,水煤浆弯管内流动的一些特性存在较为明显的规律。     

太阳能热发电中超临界压力CO2在渐扩变截面圆管内冷却传热强化机理

采用SST k-ω湍流模型对冷却条件下超临界压力CO₂(S-CO₂)在等截面圆管、水平渐扩管以及不同倾斜角的渐扩管内的传热特性进行数值模拟。模拟结果表明，在相同换热面积下，相比较于等截面圆管，水平渐扩管的总传热系数提高了32.33%,30°倾斜渐扩管提高了33.12%；水平渐扩管的压降降低了53.87%,30°渐扩管降低了9.86%。采用综合性能评价准则PEC，得到水平渐扩管的综合性能最优。基于S-CO₂在拟临界温度T_pc处发生“类相变”的假设，获得了类液膜厚度沿管长方向的分布规律，在同一截面处，30°渐扩管的类液膜厚度最小，等截面圆管的类液膜厚度最大，从超临界态类两相的角度解释了强化传热。     

小容积流量工况对排汽缸的影响分析

汽轮机末级排汽是影响排汽缸运行的关键因素。对汽轮机末级与排汽缸流场进行了数值模拟,得到当末级处于不同容积流量工况时,排汽缸内流动特性及气动性能。结果表明:随着容积流量的减小,排汽缸内流线分布恶化,扩压通道内靠近外导流环区域出现漩涡,其范围及强度随容积流量减小而增加,扩压性能下降;排汽通道流线紊乱度增加,出现复杂涡系,出口截面流动稳定性下降;大尺度漩涡的存在增加了排汽缸能量损失,静压恢复系数下降,总压损失系数增大。