内翅片管中堵塞芯管直径优化的数值模拟

采用可实现的k-ε湍流模型和壁面函数法对带不同直径堵塞芯管的内翅片管内空气的湍流流动和换热特性进行了数值模拟，利用试验数据检验了计算方法的正确性。在对不同流量下改变芯管直径进行数值模拟的结果表明：在一定流量下，芯管外径与外管内径之比存在着一个最佳值，使单位压降、单位翅片面积下的换热量最大，而且随着流量的增加，最佳芯管外径与外管内径之比呈减小趋势。在本文所研究的参数范围内，这一最佳比值在0.5-0.625之间。同时也对在相同压降条件下进行了数值计算，结果表明，当芯管外径与外管内径最佳比值为0.4-0.56左右时，单位翅片面积下的流量和换热量之积达最大值。这一结论为内翅片管的优化设计提供了重要依据。     

鼓泡床内气泡-液体两相湍流代数应力模型的数值模拟

现有的气泡 -液体两相流动的数值模拟中 ,或者不考虑湍流 ,或者仅仅考虑液体湍流 ,但是直接模拟和PIV测量结果都表明气泡由于尾迹的作用有强烈的湍流脉动 .本文首次推导和封闭了同时模拟气泡湍流脉动和液体湍流脉动的二阶矩输运方程两相湍流模型 ,并在此基础上建立了代数应力气泡 -液体两相湍流模型 .用代数应力模型模拟了二维矩形断面鼓泡床内气泡 -液体两相流动 .预报结果给出了气泡和液体两相速度场、两相Reynolds应力及湍动能分布和气泡体积分数分布 .模拟结果与PIV测量结果符合很好 ,表明了模型的合理性 .研究结果表明 ,原先静止的液体在气泡因浮力而产生的上升运动的作用下产生回流流动 ,而气泡则只有上升运动 .气泡速度始终大于液体速度 .在床内气泡湍流脉动确实始终很强烈 .液体则由于气泡的作用以及自身速度梯度产生的双重作用而发生湍流脉动 .气泡的脉动显著地大于液体的脉动 .两相湍流脉动都是各向异性的 ,而且气泡湍流脉动的各向异性比液体的更强烈     

颗粒尾涡增强湍流的大涡模拟以及气固两相流中湍流变动的数值模拟

The turbulence enhancement by particle wake effect is studied by large eddy simulation （LES） of turbulent gas flows passing a single particle. The predicted time-averaged and root-mean-square fluctuation velocities behind the particle are in agreement with the Reynolds-averaged Navier-Stokes modeling results and experimental results. A semi-empirical turbulence enhancement model is proposed by the present-authors based on the LES resuits. This model is incorporated into the second-order moment two-phase turbulence model for simulating vertical gas-particle pipe flows and horizontal gas-particle channel flows. The simulation results show that compared with the model not accounting for the particle wake effect, the present model gives simulation results for the gas turbulence modulation in much better agreement with the experimental results.     

大气湍流中光传播的数值模拟

大气分子等粒子的存在对光的空间传播通常会产生光束的扩展、漂移等的影响.文中在随机媒质中光的传播理论的基础上,分析了构造大气湍流随机相位屏所需要的条件,采用McGlamery算法和Huygens-Fresnel原理,数值模拟给出了Kolmogorov谱下的大气湍流随机相位屏.分析了光波从发射机经湍流大气传播到达接收机平面时的光场变化特征.模拟分析表明:大气分子等粒子的存在,对光的振幅及能量的空间分布均造成很大的影响.     

平板边界层湍流的数值分析

对于不可压缩平板边界层的时间模式的直接数值模拟（DNS）而言,在转捩后继续计算,就可以得到湍流直接数值模拟结果．分析计算结果发现,当湍流充分发展后,其平均流剖面、各种量的脉动均方根值和雷诺应力等沿平板法向的分布都具有相似性．不过,从转捩完成至湍流充分发展之间有一过渡过程,其间上述相似性不成立．这一结果为简化但又较准确地计算工程技术问题中的湍流提供了一种可能性．此外,还分析了其他一些湍流特征,如形状因子和位移排移厚度随时间的演化规律．为了观察到相干结构,须将展向的计算域缩小一半,以增加分辨率,研究结果表明,湍流边界层近壁区存在相干结构,其主要表现是准流向涡或涡对．     

基于新的描述湍流耗散方程的k-ζ两方程湍流模型的数值算法研究

对Navier-Stokes方程进行雷诺平均后出现的各关联项建模,通过新的描述湍流脉动耗散的变量构造耗散方程,建立是k-ζ两方程湍流模型,研究了k-ζ两方程湍流模型的数值求解方法.通过求解有限体积法离散的RANS流动控制方程,数值模拟了平板,翼型,机翼等不同湍流流场,并与理论解、实验值及SST k-ω模型进行比较,全面考察了k-ζ两方程湍流模型在湍流流场计算中的准确性及适用性.数值计算表明,通过建立新的耗散方程研究湍流的方法是可行的,目前的k-ζ两方程湍流模型具有良好的数值稳定性,并且计算结果要优于或者至少与传统的两方程模型精度相当.     

基于湍流自旋理论的二维方腔旋转流动的数值模拟

基于湍流自旋理论对旋转方腔内不可压流体的流动进行了二维数值模拟,用有限容积法在交叉网格上对控制方程进行离散,采用SIMPLEC算法进行计算,对流项的离散方面采用了延迟修正的QUICK格式,最后采用二维的TDMA算法进行迭代求解,并对边界条件处理采用了Block块技术.同时与经典理论即Navier-Stokes（N-S）方程的模拟情况做了比较.得出下列结论：N-S方程表明方腔旋转时内部流体只会作刚体旋转;而自旋模型表明该类流动具有不平凡性和不稳定性：即流体的内聚力不足以使流体跟随固体边界作刚体运动,旋转边界必然在流体中诱导出小尺度耗散涡旋,这些小尺度涡旋在固壁附近组织出正负相间的拓扑缺陷（涡旋场强）,这一流体定向奇性会与速度场耦合,并容易形成复杂的大尺度的涡旋运动.     

基于冯-卡门类比建立螺纹管内颗粒污垢模型

 研究了5根内径为15.54 mm的铜质内置螺纹管的污垢数据,并给出了在雷诺数为16 000,污垢质量浓度为1 300 g/m3下的加速颗粒结垢实验数据.螺纹的几何参数采用目前应用于冷凝器的商用强化管中较为典型的一组几何参数：螺纹数为10～45、螺纹角为25°～45°、螺纹高为0.33～0.55 mm;实验用的氧化铝颗粒平均直径为3 μm.通过冯 卡门类比计算质量传递系数,壁面剪切应力则由压降数据来获得.据此,建立了一个半理论化的模型,讨论并得到了污垢热阻比与螺纹管几何参数、效率指数的一系列关系式,这些关系式以及对污垢的理论分析方法可应用于预测冷却水系统中螺纹管的污垢形成.     

基于时域激光诱导辐射确定湍流火焰烟黑粒径

对非稳态丙烷湍流火焰中的烟黑粒径进行在线测量.高能脉冲激光直接照射火焰中的烟黑微粒,其受热辐射光谱信号由光电倍增管检测.为降低信号噪音,采用分段平均方法拟合获得烟黑等亚微米量级固体颗粒粒径.所得结果与透射电镜测量结果吻合.通过统计多个激光脉冲下颗粒各粒径值,获得了不同空燃比下丙烷湍流火焰中烟黑粒径分布的变化规律.本方法为非稳态燃烧过程中可吸入颗粒物尺寸分布提供了一种有效的在线监测手段．     

汽轮机叶片间流体流动的模拟研究

对超音速汽轮机的叶片间可压缩流体的流动情况进行了模拟研究。在对Giel等人的实验研究结果进行分析的基础上,将转子设计为流向转角为136°和轴向弦长为12.7 cm。通过Fluent软件对各种模型在湍流条件下反射边界情况(RBC)及非反射边界情况(NRBC)进行了二维数值模拟。研究结果对超音速汽轮机的优化设计提供了参考。