周期性壁面吹吸扰动在湍流边界层内的发展演化

用IFA300热线风速仪和双丝热线探针,在风洞中精细测量施加不同频率周期扰动前后的平板湍流边界层不同流向和法向位置的流向和法向速度分量的时间序列信号,采样频率高于Kolmogorov耗散时间尺度对应的频率。采用周期相位平均技术,从湍流边界层瞬时流向和法向速度分量信号中提取周期扰动速度信号的周期相位平均波形。对不同频率的扰动波在湍流边界层内沿流向和法向的衰减进行实验研究,测量不同扰动频率的流向、法向速度分量的扰动振幅在湍流边界层内沿流向和法向的分布,应用流动稳定性理论,计算扰动信号幅值的增长率在湍流边界层内沿流向和法向的分布,并与已有的理论、计算和实验结果进行对比分析。     

脊状表面水下航行器模型减阻实验与数值仿真

针对水下航行器提高航程和航速的需要,开展近壁面湍流边界层减阻的研究.在航行器模型外表面加工具有一定形状尺寸的脊状结构,导致湍流边界层的流动稳定性增强,壁面摩擦阻力降低.开展了轴对称航行器模型在高速水洞中的阻力测试并做了相应条件下的数值仿真,实验和数值仿真的结果基本一致.具有垂直流向脊状表面的航行器模型在一定来流速度范围内具有很好的减阻效果,脊状表面所受的压差阻力略有增大,占总阻力份额80%以上的粘性阻力显著降低,从而形成减阻效果.     

迷宫式涡旋齿和无迷宫涡旋齿切向密封性能对比

针对涡旋压缩机涡旋齿切向密封难以实现的难题,提出一种迷宫式涡旋齿结构.给出无迷宫涡旋齿切向泄漏量的算法和迷宫式涡旋齿切向泄漏量的算法.计算和实测了新旧结构在相邻压缩腔压差不同的条件下的切向泄漏量.对比研究表明,给出的两种结构的泄漏量的算法正确,无迷宫涡旋齿结构的切向泄漏量和迷宫式涡旋齿结构的切向泄漏量均随着相邻压缩腔压差的增大而增大,但迷宫式涡旋齿结构的切向泄漏量与无迷宫涡旋齿结构的切向泄漏量的比例基本恒定,约为46.3%,说明迷宫式涡旋齿结构在相邻压缩腔压差不同的条件下的切向密封性能稳定,并且优于无迷宫涡旋齿结构的切向密封性能.     

脊状表面的准LIGA成形技术及其减阻试验研究

为了研究脊状表面的减阻特性,利用准LIGA成形技术在铝合金表面加工了两种不同尺寸的矩形脊状结构。在准LIGA成形技术中,以波长为300～400μm紫外光作为曝光光源,再通过显影、表面活化、微电铸及去胶工艺得到脊状表面。在低速风洞中对制备的脊状表面进行流场测试,获得了其湍流边界层内流动参数的分布情况。试验结果表明,脊状表面改变了边界层内的流场结构,抑制了湍流脉动,降低了湍流度,达到了减阻效果。同时,利用准LIGA成形技术制备脊状表面的方法是可行的。     

湍流边界层内钝体扰流的流动与传热特性

应用大涡模拟方法对小尺度开缝圆柱涡流发生器强化传热和流动减阻的机理进行研究。水平开缝圆柱置于充分发展湍流边界层内,分析不同间隙比对开缝圆柱尾流、湍流边界层拟序结构以及槽道底面流动与换热特性的影响。为验证所采用数值方法的准确性与可靠性,将矩形空槽道的计算结果与前人直接数值模拟结果及与采用相关准则关系式所得结果进行对比。计算结果表明：湍流边界层内钝体扰流的尾迹流与壁面边界层的相互作用能够显著提高槽道的换热性能。与未开缝的基准圆柱相比,间隙比小于2.0时,开缝圆柱通道的整体热性能较好;间隙比为2.0时,其综合性能系数最大;间隙比大于2.0时,整体热性能较差。与矩形空槽道相比,最大努塞尔数可提高17.45%,最小摩擦因数可减小4.94%。     

后台阶流场大涡模拟的入口边界条件研究

对不同入口边界条件下后台阶下游三维流场进行了大涡模拟。讨论了层流及湍流入口流速剖面下边界层厚度及湍流度对台阶下游平均流速剖面、再附长度的影响。模拟结果表明,对于层流入口流速剖面,边界层厚度对再附长度的影响很大,随边界层厚度的增大,再附长度将增大。对于湍流入口流速剖面,边界层厚度对再附长度的影响不大,而入口湍流度则对再附长度有较大影响。随着入口湍流度的增加,再附长度将会变短矗在雷诺数为5000情况下,当采用湍流入口流速剖面并选择湍流度为0．5％时,大涡模拟能得到与直接数值模拟基本一致的结果。     

自激振荡剪切层涡流演变研究及热流道设计

流体边界层的运动特性对管道能量交换系数变化有重要影响,基于时均分部对自激振荡腔室进行划分,分析脉冲射流剪切层中边界层的流速变化.以流体流速和努塞尔数表示壁面换热性能,并分析了自激振荡腔室出流管道剪切涡流演变规律.结合自激振荡腔室有限元模型,采用大涡模拟数值方法,分析截切层涡流的演变及其对换热的影响.计算得到不同自振腔出口管长与自振腔腔长的比值下热流道的边界层近壁面流速与努塞尔数.研究结果表明:剪切层射流在与壁面碰撞后生成回流涡,继续沿管道向下运动,并在下游管道继续运动过程中多次重复这一过程,破环边界层,在维持大尺度拟序涡结构的涡核稳定的基础下加强了管道换热效果;随着自振腔出口管长与自振腔腔长的比值的增大,壁面湍流的强度先增大后减小,当比值大于1.6 时,湍流强度明显开始减小,比值在1.2～1.6 范围内综合性能系数可提高12％～35.5％.     

多叶离心通风机内部流场的计算

本文采用二维不可压理论流动和湍流边界层的流动模型计算了多叶风机的内部流场，子午面和回面的位流速度计算采积分方法，叶片边界层用有限元方法求解，并用Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ数反映旋转与曲率对边界层结构的。通过算例计算与试验数据比较说明本计算方法的精度是比较理想的。     

高压下环面节流静压气体轴承适用的润滑方程探讨

采用纯黏性润滑方程和基于层流模式、SST k-ω湍流模式的N-S方程,对环面节流静压气体润滑推力轴承内的压力分布进行了研究,分析了随着气膜厚度的变化,轴承流场内压力的变化及其变化机理.实验证明,在轴承厚度很小时两种方程求得的压力值与实验结果一致,然而随着气膜厚度的增大,采用纯黏性润滑方程计算所得结果的偏差很大,而采用N-S方程计算所得结果与实验结果基本一致,但在逆压力梯度段存在偏差;SST k-ω湍流模式能较好地处理湍流剪切应力在逆压梯度边界层内的输运和激波与边界层的相互作用,准确模拟出气膜入口附近复杂的流动状态.     

Ghost离心叶轮内部湍流流动数值模拟

应用FLUENT软件对Ghost离心叶轮内部湍流流动进行了数值研究,其中湍流模型采用雷诺应力模型(RSM),转子和定子的耦合采用混合平面模型(MP).计算结果与Johnson的试验结果基本一致,表明了RSM能较好的预测离心叶轮内的湍流流动.分析了离心叶轮内部的湍流流动特性,表明边界层内的二次流对低能流体的输运,使叶轮出口形成"尾迹一射流"现象,同时尾迹区的存在造成能量的损失,且尾迹区位置取决于无量纲数Rossby数.