转捩模型在叶栅粘性流数值模拟中的应用方法研究

通过求解N—S方程对流场进行数值模拟，已成为研究透平机械的一个重要手段。而建立合适的转捩模型能够使流场数值模拟更为准确。本文作者利用现有的试验数据对Abu—Ghannam and Shaw^[1]转捩模型(AGS转捩模型)进行了修正，提出了利用弧长雷诺数模型确定转捩区长度的思想，并对计算结果与试验值进行了比较。     

燃气涡轮静叶表面气膜冷却效率实验研究

采用放大的燃气涡轮静叶模型,利用大尺度叶栅风洞进行实验,测量了涡轮静叶表面完全气膜覆盖下气膜冷却特性。风洞实验段由三个叶片组成,中间叶片为实验叶片,由有机玻璃制成。对叶片前腔和后腔表面换热情况分别进行实验,主要研究了不同主流雷诺数及不同质流比对气膜冷却效率影响。研究结果表明:气膜对前腔壁面冷却效果总体上优于后腔壁面,在叶片不同区域气膜冷却效率变化规律有所不同。     

河道内构筑物承载的流固耦合研究

利用有限元软件ANSYS中的流体计算模块CFX和Workbench平台对受流体作用的河道内构筑物进行了流固耦合分析,显著减少使用以往理论公式带来的计算误差,精确、有效地对模型进行了仿真。通过CFX计算求得流体作用力,然后利用Workbench将其以插值方式传递到构筑物上进行固体分析计算,最后得到物体在流体作用下的变形和应力分布。分析了高雷诺数下,圆柱自由表面绕流模型作用在柱身上的流体作用大小和分布状态。结果表明:流体压力沿高度方向近似线性增长,沿圆柱截面方向先减小后增大。     

叶片外部换热实验和数值研究

在短周期跨音速传热风洞上,研究不同雷诺数和压比下无气膜导叶表面换热系数分布,并在相应的数值模拟中分析叶栅通道涡结构的生成与发展,研究其对叶片换热的影响。     

垂直螺旋输送机空转时临界雷诺数的分析

垂直螺旋输送机空转时,随着螺旋轴旋转速度的逐渐提高,管中空气将先后出现Taylor-Couette-Poiseuille流动(TCP)和湍流等现象,TCP流中的流态为稳定螺旋涡时,有利于提高散体的输送效率。描述了螺旋输送机空转状态下不可压缩定常流的动力学方程组,分析出螺旋转速、螺旋轴直径、螺距等参数与雷诺数Re之间的关系,并利用Fluent软件进行数值模拟,得到不同的螺旋轴转速下垂直螺旋输送机内的流速矢量图和流线图,推荐出适宜螺旋输送机中TCP流稳定螺旋涡出现的临界雷诺数Re。     

叶栅含沙水流中沙粒运动的数值模拟

利用Lagrangian颗粒运动方程，数值求解了叶栅含沙水流中沙粒的运动。定义了撞击效率，给出了来流雷诺数(或来流速度)，来流冲角和沙粒尺寸对撞击效率的影响。数值模拟了不同来流雷诺数，来流冲角和尺寸的沙粒在栅中的运动轨迹，考虑了壁面、边界层、尾迹及少粒与壁面碰撞对颗粒运动的影响。数值分析了沙粒对叶栅固壁的冲击情况，数值模拟结果与水涡轮机械中所表现的磨损情况较为一致。     

泡沫的携带性能

研究泡沫的携带性能,对于清洗钻孔,提高钻进效率是十分重要的。泡沫携带能力的大小取决于球状颗粒在液流中的临界速度。利用专用试验台确定球状颗粒降临速度是较合理较可靠的方法。研究结果表明,球状颗粒临界速度随泡沫流中气体含量的增加而增大。在钻孔循环系统中,随泡沫中气体含量的变化,速度、密度和泡沫流的惯性力都相应变化,这在总体上就决定了携带能力。     

非达西渗流与采场底板突水防治

用Forcheimer型非Darcy渗流理论,从非线性动力学系统结构失稳的视角揭示了煤矿突水的机理。研究表明:矿井突水与岩层的孔隙率、颗粒直径、雷诺数及水流速度等因素有关;雷诺数Re随孔隙率ε的增大而减小;孔喉比b=0~10,雷诺数受孔喉比影响较大;孔隙率为0.2~0.5,孔喉比受孔隙率的影响较大。     

基于低雷诺数κ-ε模型冲击射流传热的数值模拟

冲机射流在机翼除霜、电子元器件散热等工程领域应用广泛,为进一步研究其传热机理,利用两种低雷诺数κ-ε模型对单股冲击射流的传热进行数值模拟,并与标准κ-ε模型及雷诺应力模型的计算结果进行对比。结果表明,低雷诺数κ-ε模型在两种工况下的计算结果均优于其他模型。湍流热扩散系数作为求解温度场最重要的参数,对传热的计算结果影响极大,通常用湍流普朗特数作为常数求解。在低雷诺数κ-ε模型的基础上,分别通过湍流普朗特数函数求解和t2-εt方程直接求解进行改进,并将计算结果进行比较。结果表明,使用湍流普朗特数函数形式求解湍流热扩散系数能给出更好的预测结果,直接求解仍需进一步改进。     

工程机械用散热器数值模拟中近壁处理方法影响分析

建立了包含空气流域与冷却水流域的某波纹型板翅式散热器的双流域模型,采用标准壁面函数与近壁模型两种近壁处理方法进行数值模拟。所得计算结果均经过试验数据验证。采用标准壁面函数获得的空气进出口温差与压降误差分别为-11.87%和-9.16%,采用近壁模型获得的空气进出口温差与压降误差分别为1.08%和1.31%,均可以满足一般的工程要求。研究结果表明:在相同边界条件下,选择不同近壁处理方法,所得计算结果有一定的差别,主要差别发生在尖端与凹角处等流体流动状态发生剧烈变化的位置。采用近壁模型法得到的仿真结果更接近试验值,在近壁区的分辨率更高,能够更准确地预测散热器的流动与换热特性,而对于计算机资源要求也更高。