自由表面旋涡的识别方法

针对目前自由表面旋涡识别所存在的精确性低、计算量大、实用性差的问题,提出一种新的自由表面旋涡识别方法.该方法建立基于图像识别的自由表面旋涡识别系统,实现图像获取、采集、处理及旋涡识别的功能.为了解决系统中旋涡识别的难点问题,提出一种二维图像中旋涡的识别及定位方法.该方法利用旋涡图像的局部对称性,通过分析图像中旋涡周围流线的方向场,使用改进后的缠绕角度法计算相应的缠绕角度值,最终实现自由表面旋涡的识别及涡核中心的定位.实验表明,该方法识别速度快且具有较高的准确,稳定及有效性.     

激波在平板上诱导的旋涡强度的测量

运动激波通过两个等攻角平板后诱导出两个同向旋转的旋涡,这两个旋涡在随气流向下游运动的同时,绕涡核连线中点旋转。本文通过测量转动角速度,获得了旋涡的强度。实验结果表明,由此测得的旋涡强度不同于用小攻角平板起动涡公式计算的起动涡强度。     

煤矿主通风机内流规律的实验观察及理论探讨

采用“流痕法”研究了现场运行条件下的通过风内流流型和空间旋涡结构,构造出一幅生动的叶型流动图画,将叶型流动图画与涡动力学理论相结合,建立了风机叶型附面层发展的弦向三区物理模式,且描述了旋涡结构物特征。     

两种管径比的绕流热柱体旋涡信号比较

在考虑壁面热效应的情况下,当雷诺数为0.6×104~5.0×104,分别对管径比为0.4和0.24两种工况下的柱体尾迹旋涡脱落的流动情况进行实验.结果表明:加热使得旋涡流动发生明显变化,其影响表现在旋涡脱落信号傅里叶变换峰值的改变上;这种影响随雷诺数的变化有一临界值ReL,加热在ReL两侧对旋涡所起作用相反,并且ReL随管径比的不同而不同.通过对不同管径比工况的分析比较,发现同等加热强度下小管径比的壁面热效应对旋涡流动影响更明显.     

流体绕流热柱体旋涡脱落特性研究进展

研究加热对圆柱体尾迹旋涡特性的影响,这对换热器以及小型电子设备的设计具有重要的指导意义,并概括和总结了现有流体绕流热柱体旋涡脱落和传热特性的研究成果。     

应用PIV系统研究横流中水平方柱绕流旋涡特征

利用PIV系统对二维水平方柱绕流的旋涡特性进行了试验研究,得到了来流雷诺数为796-9 556、不同间隙比(G=3.0,1.0,0.2)时方柱绕流瞬时流场分布.根据这些数据,分析了方柱绕流流场中旋涡发展和演化规律,比较了瞬时流场和时均流场中旋涡结构特征,给出了不同工况下分离区长度L及斯特罗哈数St与雷诺数的关系.     

进水口前立轴旋涡的数值模拟及消涡措施分析

原设计方案试验发现溢洪道进口产生串通旋涡,为消除有害旋涡,在环形堰口对称布置3个防涡墩,结果表明消涡效果良好,可有效降低堰上水位,增大流量系数。采用RNG k-ε紊流模型对有无防涡墩两种情况进行模拟,再现了漏斗状吸气旋涡,计算结果与测量数据吻合良好,验证了旋涡模拟的可行性。从环量的角度分析了防涡墩的消涡作用,发现旋涡的形成存在一个环量随时间递增的过程,而防涡墩的设置可大幅度减小水流环量。对旋涡稳定时水面环量和涡量的变化规律也进行了分析,随着半径的增大,环量相应增大,涡量则减小。     

钢包浇注过程的数学物理模拟

采用CFD商用软件FLUENT,选取VOF气-液两相流模型和标准k-ε湍流模型对60 t钢包浇注过程进行了数值模拟和物理模拟,利用水口流量和液面高度随时间的变化曲线分析了浇注过程中旋涡的产生及变化规律,得到了产生旋涡时自由液面的速度场,并与水模拟实验结果进行了比较.研究结果表明,水口直径及其水口位置对旋涡影响的数值计算结果与物理实验的结果吻合较好.VOF模型对于该过程的模拟是合理的和可行的.     

激光—超声旋涡测量方法研究

激光－超声方法是通过测量由流动引起的超声脉冲信号在两束或更多来激光之间传递的时间差实现旋涡场测量的。该方法的一个显著特点是无需在流场中注入粒子,可以对流场中任何一点（包括涡核处）进行准确测量。适合研究旋涡的破裂和稳定性问题,获得有关旋涡场的速度、涡量及环量分布。对函道风扇流场的测量结果表明,该方法可以准确获得流场的速度分布,给出流场的旋转结构。     

卡门旋涡流量计在焦炉煤气计量中的应用

针对孔板流量计在气源出出厂燃气的计量方面存在的问题，探讨采用卡旋涡流量计量焦炉煤气流量的合理性。结果表明卡门旋涡流量计使用寿命长，温度、压力、密度变化影响小，十分适合于焦炉煤气的计量。     

明渠湍流横向涡旋的尺度与环量特征

为了分析明渠湍流中横向涡旋的尺度与动力学特征,利用自主研发的高频粒子图像测速系统测量了6种水流条件下的明渠恒定均匀流时间序列流场,使用涡旋提取方法识别涡旋,提出一套简洁客观的涡旋尺度及环量确定方法,分析了明渠湍流横向涡半径与环量的特征。涡旋的无量纲尺度与强度仅与所在位置有关,与雷诺数等其它因素均无关系。从壁面附近至对数区的上边界,涡旋的平均半径增大。受水面影响,半水深以上的涡旋半径有逐渐减小的趋势。在粘性作用下,涡旋的平均环量由壁面至水面总体呈减小趋势。时均剪切对逆向涡旋的尺度与强度均有抑制作用,其平均尺度与环量在全水深均小于正向涡。     

螺旋桨尾涡面卷曲的数值模拟

采用涡环升力面方法分析螺旋桨水动力性能.螺旋桨尾涡面由双曲四边形面元进行离散,每个面元上布置线性偶极子分布,尾涡面卷曲形状由运动学边界条件来确定.在诱导速度计算中引入了非奇异光滑参数.尾涡面的数值模拟结果是合理的,方法是稳定的.与经验尾涡模型相比,螺旋桨敞水性能的预报精度有所提高,计算结果与试验结果吻合较好.     

具有自由面的旋转抛物面浅水中涡旋结构的实验研究

在具有自由面的旋转抛物面浅水中成功地观察到了涡旋的生成、漂移和演变过程,所有长寿命非扩展涡旋都是反气旋，不存在单个长寿命气旋涡,实验中还发现包含在涡中的粒子随涡一起运动，形成一种稳定结构。     

带襟翼的机翼尾涡合并数值计算

为获得带有襟翼的机翼尾涡的合并动力学过程,在验证数值方法的基础上,数值模拟带有襟翼的机翼绕流尾流场,根据涡合并特征将合并过程划分为诱导共转阶段、合并阶段和轴对称化阶段.采用涡间距量纲—化尾流区域描述二涡诱导合并.变换弦长雷诺数、襟翼翼梢与机翼翼梢的间距、襟翼角度,改变襟翼翼梢涡与机翼翼梢涡的强度比,得到尾涡合并差异的特征.计算结果表明:随着雷诺数的增加涡的强度增加,涡量的扩散程度减低,涡合并过程被推迟,空间诱导运动过程得到延长,涡系空间诱导运动增强,涡合并的雷诺数效应随着雷诺数增加而减弱,缩短涡间距,加速涡合并过程,但合并后的远场涡尺寸和形态没有显著改变;襟翼涡随着襟翼角的减小而减弱,强度逐渐减弱的襟翼涡逐步被翼梢涡拉伸卷吸,微弱的襟翼涡系在近场中的合并过程完全改变,翼梢涡的运动轨迹并未受到诱导运动.翼梢涡合并的雷诺数效应表现为诱导运动过程的增强,尾流中强度小的涡系起不到明显的诱导作用.     

立轴旋涡多圈螺旋流场特性研究

为描述进水口前立轴旋涡多圈螺旋的流场特性,运用数值模拟、试验研究和理论公式3种方法。其中,数模采用VOF法追踪自由水面,试验中用有色颜料作为示踪介质,3个方向速度的理论公式中增加了随轴向的变化。结果表明,在轴对称条件下,对数模、理论计算的速度分布进行对比分析,证实了旋涡流场不仅是径向的函数,而且还是轴向的函数。运用数值模拟具有能模拟各种不同边界条件的优势,还对非对称来流条件下形成的立轴旋涡进行了模拟。     

Study on topology and vortex structure in a diffusion cascade

To further make clear vortex structures in diffusion cascades so as to help understand the mechanisms of vortex affecting loss production, the emergence, evolution and development of secondary flow vortexes, including horse shoe vortex, passage vortex and corner vortex and so on, were discussed mainly through using the topological analysis method and numerical calculation. The concept of a three-dimensional dividing surface between the low energy flow zone and the exterior flow zone was presented. The results show that concentrated shed vortex is located outside the dividing surface (in the outer flow zone) and horse shoe vortex, passage vortex and corner vortex are inside the dividing surface (in the low energy flow zone). Dissipation function is used to measure loss production instead of using entropy production. The results about loss analysis indicate that vortex motion directly causes loss production, namely, peak value of loss is generally located around the core of vortex and that maximal loss happens around the dividing surface other than in the low energy flow zone. Supported by the National Natural Science Fundation of China (Grant No. 90718025)     

高层建筑二维流场的数值模拟

针对建筑物风场的高雷诺数特点,采用离散涡法,分析了高层建筑物的非定常分离流问题.通过引入奇异点技术摆脱了保角变换的处理过程,使离散涡法能适应于复杂形状的钝体结构.数值模拟了流场的变化特征,分析了各种攻角下,具有方形截面的高层建筑的升力系数、抗力系数和Strouhal数.计算分析表明,离散涡法具有计算速度快及精度高的特点,可以刻画出流场的流动特征,透视到流动机理,在结构风工程领域具有较好的应用价值.     

小型风扇叶顶间隙内部流动数值模拟

通过对不同叶顶间隙小型风扇内部数值模拟,得出不同叶顶间隙小型风扇的静特性曲线、相同S面间隙涡流变化及叶顶到机闸内表面各回转面涡流变化.研究得出:当流量Q小于0.006 5 m3/s时,4个不同叶顶间隙的总压变化趋势一致,均随叶顶间隙的增加总压减小.流量增加时,叶顶间隙为2.5 mm时性能较好;在相同S面上,间隙涡流现象...     

立轴旋涡涡核半径的研究

涡核半径是旋涡流场中切向速度最大位置对应的半径.由于旋涡运动的复杂性,通过测量全流场的切向速度来确定涡核半径的难度较大,而其它的确定方法也存在一定差异.通过一个易于确定的特征参数--旋涡水面线最大曲率点到中轴线的距离,来间接计算涡核半径的方法.论证了该参数与涡核半径之间存在着一个十次隐式方程的关系,讨论了关系式解的唯一性,并根据计算结果绘制了两者之间的无量纲关系曲线.对不同试验测量的旋涡水面线,采用本方法计算了涡核半径.