浅水环境中垂向圆形纯射流的数值模拟

为探求浅水中射流的特性，提出了浅水环境中垂向纯射流的流速分布公式.应用体积率（VOF）方法跟踪处理自由水面，利用重组化群的（RNG）紊动能－紊动耗散率（k-ε）模型，对静止均匀浅水水域中的铅垂圆形单孔纯射流进行了数值模拟，研究了自由面位置和不同区域的流速场分布；并比较了RNG k-ε紊流模型、标准k-ε流模型与物理模型试验的结果.结果表明，自由射流区轴向流速、表面冲击区轴向流速、表面射流区径向流速随自由水面隆起高度的变化规律符合正态分布，射流喷口中心线轴向流速符合半无限域衰减规律.与标准k-ε试验结果相比，RNG k-ε流模型更适合于浅水纯射流     

曲壁多孔射流对主流速度场干扰的数值模拟

采用ＳＩＭＰＬＥ算法,结合高雷诺数Ｋ一ε紊流模型、壁面函数法、混合长度理论和 斜交曲线坐标系,编制通用计算程序,研究在给定的主流条件下（即一定的速度、温度、压 力和紊流度等）,在不同的射流流速及不同的开孔情况和开孔度下,流道内速度场的变化规 律。通过计算和分析表明,曲壁射流在一定程度上改善了原有的气相速度场结构,为今后应 用紊动射流进行防磨研究提供了思路。     

不同入射角横向紊动射流流场的数值模拟

采用RNGk-ε湍流模型和标准k-ε对射流出射角度α=25°、35°、45°的横向紊动射流流场进行了数值模拟,结合SIMPLEC算法求解了适体坐标系下的控制方程,近壁区流动采用两层模型的壁面函数法处理,结果给出了射流与主气流速度比M为4、6和8时的速度场和湍动能。结果表明:M和α值是影响横向紊动射流的重要因素,M值增加,射流对主流场影响区域增加,α值变化,射流对主流场上游影响区域较大;并且通过与实验数值的比较,发现RNGk-ε模型对横向紊动射流流场的预测能力比标准k-ε模型有所改进。     

倾斜入射的横向紊动射流温度场的数值模拟

基于控制容积法,采用Realizablek-ε湍流模型对135°倾斜入射的横向紊流射流流场下游的流动和传热特性进行了数值模拟。通过比较和分析不同吹风比对横向紊动射流温度场的影响,结果表明:随着吹风比的减小,射流对主流温度场的影响范围沿垂直方向和沿横向减小;低速度比时,射流对近下游区壁面附近的温度场的影响较大,但对远下游区的影响并不好于较高吹风比的情况;在不同的吹风比时,近下游区受到射流的影响都是最大的,且射流在近下游区域的流动发生了分叉现象。     

颗粒在横向紊动射流中运动轨迹的数值模拟

采用RNGk-ε模型与SIMPLEC算法,在不同射流比R与不同射流孔径D的横向紊动射流中,对不同粒径dp的颗粒运动进行了数值模拟。计算结果表明:①流场对射流孔外附近区域的颗粒的作用在以XZ为对称面Y方向上基本是对称分布的,随着|Y/D|的增加,射流引起的吸力作用是先增大后减小;②射流孔径增大,射流孔区域外的颗粒受到吸力作用增大,区域内的颗粒的加速行程变长,轨迹变化明显;③在射流孔区域内,R值越大,射流对颗粒的升力作用越大;④小粒径的颗粒跟随性好,其轨迹能更好地反映流场的变化趋势。     

横流中紊动射流的数值实验研究

采用ＳＩＭＰＬＥ算法等结合高雷诺数Ｋ－ε紊流模型１壁面函数法,混合长度理论和斜交曲线坐标系,编制通用计算程序,研究在给定的横流条件下（即一定的速度、温度、压力和紊流度等）,以及在不同的主流与射流的速度比下,布置在平面壁面和曲面壁面上的横流方向垂直的不同射流的轴线轨迹,流道内速度场的变化规律,另外通过计算和分析表明,紊动射流的存在一定程度上改善了原有的气相流场结构,从而为今后应用紊动射流来对叶栅进行     

同心环管圆孔射流流动特性的数值模拟

采用标准的k-ε模型及混合有限分析法对均匀横流条件下三维受限同心环管中单孔和双孔的横向紊动射流流动进行数值模拟.分别得到单圆孔不同流速比下的射流轨迹线与数学表达式、双圆孔不同间距下的速度场.结果显示：射流比越大,射流深度越深,射流越不容易发生弯曲;射流横断面上速度最大值的偏离程度随横流距离的增加而增大,但增大率越来越小;双孔射流孔间距影响射流轨迹线,由于前一个射流的遮挡作用,后面射流更不容易发生弯曲.     

多孔横向紊动射流流场的数值分析

基于控制容积法和协调一致的求解压力耦合方程的半隐方法(SIMPLEC),应用 Realizableκ-ε紊流模型,对单圆孔、双圆孔和四个圆孔的横向紊动射流流场进行了数值模拟,分别得到了射流与主气流速度比 R 为4和6的速度场。结果表明:射流比 R 越大,射流越不容易发生弯曲;在多孔射流中,水平方向速度 u 变化明显且幅度较大,并出现了多个极值点;射流孔后存在尾迹区,第一个射流孔后,"孔吸现象"更加明显;由于前一个射流的遮挡作用,后面的射流更不容易发生弯曲。     

液体射流与空气交叉流动喷雾的数值模拟

采用气相的时均雷诺方程,在拉格朗日框架下求解离散相的运动方程,对水与空气交叉流动的喷雾流场进行了数值模拟研究.湍流模型为标准κ-ε模型,通过在气相方程中添加源项的方法,对两相间存在的质量、动量和能量交换过程进行了模拟;还添加了描述液滴的破碎及其碰撞聚合过程的计算模型;参考实验中的实测入口风速大小,添加用户自定义函数定义气相入口边界风速.计算时,交替求解气相和离散相方程直到两相都达到收敛来实现两相间的双向耦合.并将计算网格分割为两部分,在拥有两个处理器的工作站上并行运行.模拟结果与实验结果的对比显示,喷雾轨迹和液滴粒径大小与实验结果符合较好,也较合理地模拟出了液滴的空间分布情况.     

气垫防磨叶栅内固体颗粒运动特性的数值模拟

以气垫叶栅作为研究对象,从含尘风机气-固两相流动的规律出发,采用SJMPLE算法,结合标准k-ε紊流模型、壁面函数法,利用适体坐标系下的通用控制方程,编制相应的计算程序。在不同的主流与射流速度比、不同的缝隙数和缝隙宽度等条件下,计算了固体颗粒在气垫作用下的运动情况。计算结果表明,气垫阻碍了粒子与壁面的撞击几率,在理论上论证了气垫防磨的可行性。     

管嘴出流形态的实验观察

通过自行设计的一台管嘴出流形态观察设备,考察管嘴出流形态与管嘴扁椭圆型横截面长短轴变化及压头的关系,摄像法记录了近管嘴的流体形态特征,发现近管嘴的流体具有梭形节形貌,节长与压头成正比,流体的横截面长短轴以铅直方向为轴线出现类似偏振波的正交扭转,初步讨论了此现象发生原因．     

Numerical simulation on influence of jet angle on jets characteristics in flowing ambient fluid

Based on the stress-algebraic model,the turbulent buoyant jet with variable density was studied by the relation between density and concentration.A simple expression for buoyancy coefficient was proposed.The governing equations of turbulent buoyant jet with variable density were closed by introducing the expression of β and the relation between density and concentration.Numerical results for the jet axis with density difference agree well with experimental ones.By finite volume method,the 2-D vertical jet's flow field with different jet angles was studied.The analysis of the relation among the vortex center,the position of separation point and jet angles shows that the circumfluence field is the largest when the jet angle is 90°.The area turbulent kinetic energy kA is proposed and the relationship between mixing intensity and jet angles is analyzed based on it.Results show that the jet angle of is the optimum condition for jet water mixing with environment water;and the reduced rate of difference between the centerline density of jet and the density of ambient water is the largest at the jet angle of 90°.     

大涡模拟气固两相三维湍流射流

为了研究三维矩形射流中拟序结构的空间演化和颗粒扩散特征，建立了气固两相矩形射流流场内气体、颗粒两相运动的大涡模拟数学模型，并在此基础上完成了对流动雷诺数等于11 500的气固两相射流的数值模拟.采用亚网格应力模型模拟气相场,并用Lagrangian方法跟踪了颗粒相运动.模拟结果显示了流场流向涡拟序结构随时间发展的演变过程，同时给出了气流相三维拟序结构作用下微细颗粒在整个流场空间中的运动扩散特性.     

雷诺数对气固两相圆湍射流影响的实验研究

为了探求气固两相圆湍流射流的特性，研究了不同雷诺数对气固两相圆湍射流的影响.在水平圆喷口近场处使用了粒子图像测速技术(PIV)，对雷诺数分别为6 230、10 010时的气固两相湍流射流进行测试.采用3种粒径的玻璃微珠作为示踪粒子.获得了距喷口出口截面轴向距离为3倍喷口内径处的示踪粒子速度矢量分布.分析比较了不同雷诺数下气相拟序结构对于颗粒扩散的影响.结果表明，随着雷诺数的增大，大颗粒受气相流场的作用更大，颗粒沿轴向的运动刚性加强，颗粒跟随主气流前进的趋势更加明显     

对旋风机非定常湍流计算及整机压力脉动分析

利用Realizable k-ε湍流模型对某对旋风机进行了全流道非定常湍流计算,预测了前后两级叶轮附近两对动-静干涉面以及一对动-动干涉面上压力脉动的频域分布情况,分析了压力脉动沿干涉面径向的传播变化规律.分析结果表明,后级叶轮叶片对叶轮区域压力脉动的影响要远大于前级叶轮.分析结果可以作为对旋风机叶轮部分气动噪声预估的参考依据.     

磨料水射流技术在高速公路快速修复中的应用

分析了高速公路水泥混凝土路面损毁的原因；介绍了磨料水射流技术的作用机理、磨料水射流技术在高速公路路面修复时的工艺系统及其设计方法；总结了在公路路面修复时采用磨料水射流技术损毁混凝土比传统的用风镐震碎清除法具有的优越性。     

三种湍流模型在空气射流数值模拟上的性能比较

标准方程模型、RNG方程模型和零方程模型是通风空调工程上最为常用的湍流方程模型.本文对三种湍流模型进行了介绍,并用三者对百叶风口空气射流进行了模拟.模拟结果表明,与其它两种方程模型相比,采用标准方程模型,无论是轴心速度衰减还是断面速度分布,与实测最为吻合,而采用零方程模型与实测差别较大.     

水下喷气推进高速射流场数值研究

为建立航行体点火初期尾部流场结构的预测方法,并揭示水下燃气喷射非定常流场与推进航行体运动的相互关系,以简化的潜射火箭为研究模型,采用流体体积法（VOF）两相流模型结合动网格方法对系留状态和运动状态下的燃气喷射流场进行数值模拟,分析了两种状态下燃气喷射形成的复杂流场结构.结果显示,喷气推进航行体在水下发射时,喷口附近形成复杂的流动结构和演化过程,并伴有较大的压力脉动产生;航行体加速运动导致的边界变化对燃气喷射流场产生较大的影响.     

基于VOF方法的赛艇艇型优化

为减小赛艇行驶过程中的阻力、提高运动员的成绩,对赛艇艇型进行优化。采用RNG k-ε(renormalization group k-ε)湍流模型、VOF(volume of fluid)方法对单人赛艇的周围流场和阻力特性进行了数值计算,获得了赛艇周围的速度分布和压力分布等流场信息,实验结果证实了数值计算的可靠性。利用数值计算对赛艇艇型进行了优化,得到了赛艇阻力与艇型的关系。研究结果对于改善赛艇性能、减小赛艇阻力具有重要的参考价值和指导意义。