不同雷诺数下空腔流的流动特性（研究生论坛）

利用PIV测量空腔中垂面流场,研究雷诺数对空腔流流动特性的影响。时均结构在不同雷诺数下都具有相似的主流区及回流旋涡区。涡量的最大值位于进口角点处,高值区集中在边界层分离区。紊动强度及雷诺应力的高值区位于主流与出口角点的冲撞处,随着雷诺数的增大,参数高值区沿流向的长度不断变大,而进口角区低值区的范围不断缩小。纵、垂向能谱特征参数在相同雷诺数下的空间分布规律基本一致;调整雷诺数将导致回流区的掺混范围及来流自身的紊动特性发生改变,从而影响空腔流能谱的空间分布规律。     

入口雷诺数对静压油腔承载性能的影响

基于实验和数值模拟方法,研究了入口雷诺数为840～2 449时静压油腔的承载性能.利用PIV粒子测速系统实验研究了入口雷诺数变化对油腔内部流场结构的影响,与数值模拟结果吻合良好;数值模拟了不同入口雷诺数时油腔上壁面压强和壁面剪应力的变化.结果表明:随着入口雷诺数的增大,涡的位置逐渐靠近封油边,涡的范围逐渐变大;涡心位置与入口雷诺数有函数关系;入口喷射导致油腔上壁面中心处压强出现峰值,峰值之后的压强呈恒定分布;上壁面剪应力在上壁面正对入口边缘处出现峰值会导致油膜破裂.     

利用PIV测试水槽流场的实验研究

采用PIV瞬态流场测试技术,利用环形喷管,对水槽内法向面上一个截面上的速度矢量场和涡量场进行测量。定量分析不同雷诺数对速度场和涡量场的影响,描述水槽内涡旋的形成及其影响因子。分析涡旋流场强化传质的本质。结果表明,通过改变流量引起雷诺数的变化,改变了水槽内涡流的特性。为研究油品调和的流场提供一种途径。     

平面静压气浮轴承超音速流场的研究

为了全面快速进行平面气浮轴承超音速流场的计算分析,对原有的简化建模方法进行了改进和完善.建立了包括供气孔在内的完整轴承流道,依据壅塞状态时轴承质量流量不变的条件,推导出流道各部分气流速度、马赫数、雷诺数和压力分布的计算公式.计算结果表明,激波位置、马赫数、雷诺数和气膜内压力与供气压力、气膜间隙、供气孔径大小有关.通过与实际的测试结果相比可以发现,随着供气压力的增大,采用改进后的简化模型的方法得到的压力与实验测试结果基本一致,而且简化模型得到的最大恢复压力位置与实验结果也基本一致,可从本质上反映出流场内受力状态.但由于简化模型将进气孔处的激波假设为正激波,忽略了气体粘性,导致求解的压力最小值与实测值误差较大.     

展向行波电磁力控制下的槽道湍流雷诺应力

为研究槽道湍流的电磁力减阻控制问题,采用直接数值模拟(DNS)方法对槽道湍流的展向行波电磁力控制问题进行数值研究.讨论了由展向行波诱导的诱导流场对槽道湍流流场的调制过程,分析了控制前后雷诺应力离散点分布、平均雷诺应力分布以及雷诺应力波谱分布的规律.研究表明,在合适参数条件控制下,展向行波电磁力的控制不仅使近壁条带结构基本消失,形成加宽的低速条带,而且能使控制后的流场中涡结构几乎消失,而仅剩下由展向行波电磁力诱导产生的带状负涡结构,同时展向行波电磁力在一定程度上抑制了湍流的脉动,减小了雷诺应力,最终使壁面阻力下降.     

Numerical simulations of leading-edge vortex core axial velocity for flow over delta wings

Numerical simulations have been performed to investigate the characteristics of leading-edge vortex core axial velocity over two delta wings with leading edge swept angles Λ =50°and 76°, respectively. It is obtained that Reynolds number has the most important effect on the axial velocity of the primary leading-edge vortex core. At Reynolds numbers larger than 105, the jet-like flow of the vortex core is the most common type for both the large and the moderate swept delta wings. While if Reynolds number decr...     

Effect of electromagnetic force on turbulent flow of molten metal in aluminum electrolysis cells

The standard κ-ε model was adopted to simulate the flow field of molten metal in three aluminum electrolysis cells with different anode risers. The Hartman number, Reynolds number and the turbulent Reynolds number of molten metal were calculated quantitatively. The turbulent Reynolds number is in the order of 10^3 , and Reynolds number is in the order of 104 if taking the depth of molten metal as the characteristic length. The results show that the molten metal flow is the turbulence of high Reynolds number, the turbulent Reynolds number is more appropriate than Reynolds number to be used to describe the turbulent characteristic of molten metal, and Hartman number displays very well that electromagnetic force inhibits turbulent motion of molten metal.     

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.     

岸坡植被对复式河道水动力特性影响的数值模拟

广泛分布于天然河道岸坡的植被能够改变河道水流特性,进而影响坡脚淘刷、河岸稳定及河道形态演变趋势。为精细揭示岸坡植被对复式河道水动力特性的影响,提出植被固壁边界处理方法,利用雷诺应力模型封闭紊流控制方程构建了复式河道三维水动力数学模型,并对复式河道水流特性进行了模型验证,模拟结果与实测结果吻合较好。将该模型应用于岸坡有植被的复式河道水流特性研究,对比非淹没刚性植被、淹没刚性植被、淹没与非淹没刚性植被交替和无植被情况下流速、流量、河床剪应力、雷诺应力以及紊动能分布的差异。结果表明：岸坡植被加剧了滩槽间横向动量交换,引起二次流涡旋数量、强度和范围的增加,同时使得横断面流速、流量分配、河床剪应力、雷诺应力及紊动能在滩槽交界区显著减小,紊动交换在临近植被的周边区域明显增加。其中岸坡种植非淹没刚性植被时效果最为显著,相比无植被情况,二次流涡旋数量增加了一对,岸坡植被区流速、流量分配、河床剪应力、雷诺应力及紊动能大幅减小,甚至趋近于零,而临近植被的周围区域紊动交换剧烈,无量纲化的紊动能值可达到20。     

一种二维高Reynolds数空泡型流场的计算方法

本文提出了一科简单有效的计算方法,用于模拟绕任意形状二维物体的高Reynolds数空泡型分离流场。基于流场边界层在其分离点处不断向下游释放小旋涡这一物理概念,根据涡量沿流程的分布并结合外部势流场的计算确定分离区边界,大大改善了空泡边界迭代的收敛性。     

旋流器流场的数值模拟及对流场特性的分析

旋流器内的流场对分离性能有很大的影响,由于受到各种因素的制约,各使用条件下的旋流器内部流场不可能完全由试验的方式来确定,因此采用数值模拟不失为一种有效的方法,在此液相采雷诺应力模型（RSM）和SIMPLEC算法,对水力旋流器内部流场进行了数值模拟计算,根据计算结果对旋流器内三维速度分布提出了一些新的认识,并分析了旋流器内出现速度缓变区原因,这将导致颗粒富集而出现高浓度区进而影响分离效率;此外,模拟结果显示除了进出口区域外,在分离主体部分的流场也存在着不对称性和不稳定性,这种不对称性和不稳定性受进口速度、进口结构布置以及旋流器锥角的影响;模拟结果还显示在空气柱中心处从底流口至溢流口方向上存在着压力梯度,这将是空气在空气柱内流动的推动力之一,以上的这些特性对进一步充分认识旋流器的分离机理提供了一些依据。     

高雷诺数下并列双圆柱绕流的大涡模拟

为澄清并列双圆柱结构发生偏向流现象的流场机理,采用大涡模拟(LES)方法,在高雷诺数下(Re=1.4×10~5)研究了并列双圆柱的气动性能及其流场特性随圆柱间距比P/D(P为圆心间距,D为圆柱直径)的变化规律,重点探讨了小间距并列双圆柱的偏向流现象及其对圆柱气动性能的作用机理.研究结果表明:大涡模拟方法得到的气动力结果与文献风洞试验值吻合良好;随着并列双圆柱间距的增大,绕流场会呈现单一钝体、偏向流和平行涡街等多种流态结构;当P/D=1.1时,绕流场会间歇性地出现单一钝体和偏向流流态,两种流态的气动性能和流场特性有很大差异,圆柱的气动力会随时间发生剧烈变化,呈现非稳态特征;当P/D=1.2～1.5时,绕流场呈现偏向流流态,两个圆柱的气动力和尾流呈现不对称现象,偏向流的偏转方向会出现间歇性地变化,尾流涡脱强度弱,气动力脉动小;当P/D=2～4时,绕流场总体呈现平行涡街流态,尾流涡脱强度强,气动力脉动大,气动干扰减弱.     

水翼非定常空化流场的数值模拟

采用修正的RNGk-ε湍流模型对8°攻角NACA0015水翼的非定常二维空化流场进行数值模拟,分析当空化数分别为1和1.5,对应雷诺数为3×105时绕翼型的非定常流动,得到不同空化数下的非定常空化流场结构及其演化过程的流动特性.计算结果表明,回射流在空泡的形成和发展过程中起着重要的作用.空泡首先出现于水翼的前缘,在其产生的位置形成一个顺时针的漩涡,漩涡沿水翼上表面向下游移动.空泡逐渐长大并脱落,在不同空化数下,空泡脱落的位置不同.空泡形成和发展过程中均伴有压力的波动,大空化数流场的压力波动幅度和频率都明显高于小空化数流场.     

Large-eddy simulation and experimental study on the turbulent wake flow characteristics of a two-bladed wind turbine

Large-eddy simulation(LES) with fully resolved rotor method(FRM) is applied to explore the turbulent wake flow characteristics and vortex evolution laws of a two-bladed horizontal-axis wind turbine. Relevant wind tunnel experiments have been done based on time resolved particle image velocimetry(TRPIV) technique. The simulation results are validated by the experimental data and they are in good agreement. The axial average velocity, turbulent kinetic energy, shear Reynolds stress, and vortex structure of the wind turbine wake are analyzed based on the comparison of LES results and experimental data. It is observed that the wake diameter of wind turbine enlarges with the increase of tip speed ratio(TSR). Turbulent kinetic energy meets its minimum value when x/R=2.0. Shear Reynolds stress appears a positive peak in the near wake when x/R2.0, and the value of shear Reynolds stress decreases along the axial direction. The blade tip vortex dissipates more quickly than the central vortex in the wind turbine wake, and the gradient of the relationship curve between the blade tip vortex core position and the vortex age decreases as the TSR increases. With the increase of TSR, the thrust coefficient increases, and the power coefficient increases first and then decreases.The present work proves that LES with FRM could calculate wind turbine turbulent wake flow with a high accuracy.     

The numerical investigation of flow and heat transfer characteristics of flow past a slit-cylinder

The flow and heat transfer characteristics, including transition critical Reynolds number from two-dimensional to three-dimensional, the influence of slit-cylinder geometric parameter on Strouhal number, Nusselt number and forces acting on the slit-cylinder are numerically investigated. It’s found that transition critical Reynolds number from two-dimensional (flow wake deforms in two directions) to three-dimensional (flow wake deforms in three directions) increases with the augment of the slit width ratio in the range of present considered Reynolds number. The present results indicate that the three-dimensional vortex structures resulting from the deformation of the vortex shedding have significant effects on flow and heat transfer features such as Strouhal number, Nusselt number and forces acting on the cylinders with different ratios of slit width. It’s observed that the drag and lift coefficients reduce as the increase of slit width ratio, and vortex shedding is effectively suppressed by the slits. Moreover, the comprehensive heat transfer performance of the cylinder with the slits is significantly improved with the increase of the slit width ratio.     

基于格子Boltzmann方法后台阶流动特性的研究

格子玻尔兹曼方法（LBM）是近几十年来发展的一种介观尺度的数值模拟方法,具有良好的处理复杂边界的能力和并行计算能力。利用LBM对后台阶流动进行了数值模拟,得到了不同雷诺数下后台阶流动的特性。研究结果表明,在低雷诺数情况下,台阶后再附着点与分离点的距离随着雷诺数的增加而变大;在高雷诺数情况下,台阶后再附着点与分离点的距离随着雷诺数的增加而增加,增长幅度逐渐降低,当Re=8 000时,再附着点与分离点之间的距离趋于稳定,并达到峰值;随着雷诺数的继续增大,这个距离开始减小,最终趋于一个定值。对于高雷诺数下的后台阶流动,采用LES⁃LBM的方法进行模拟,与前人的实验数据吻合得很好,表明LBM⁃LES模型对高雷诺数后台阶流动进行模拟具有较高的精确性。     

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     

低雷诺数涡轮叶栅损失的实验与数值模拟研究

发动机涡轮部件在高空低速飞行条件下工作雷诺数降低，其损失显著增大、效率显著降低。本研究的目的是应用实验分析与数值模拟相结合的方法，深入认识高空低雷诺数条件下涡轮流动损失的特征和规律，数值计算是基于Jameson中心差分格式和Runge-Kutta时间推进的方法求解N-S方程完成，实验是在西北工业大学低速涡轮平面叶栅实验风洞进行。研究表明，随着雷诺数降低，涡轮叶栅流动损失增大，当雷诺数小于40000之后，涡轮叶栅流动损失呈明显增大的趋势。数值计算结果表明在低雷诺数条件下，涡轮叶栅吸力面后部流动产生了分离，这是流动损失增大的主要原因。数值预测的结果与实验测量结果的趋势吻合得相当好。     

天然气气体粘度和雷诺数计算

为探讨天然气混合气体粘度和雷诺数的计算方法,依据实例,给出了已知组分和平均流量天然气混合气体动力粘度,运动粘度和雷诺数的计算方法.并对粘度计算误差和雷诺数计算中体积流量的取值方法可行性进行了分析,同时给出了用C Builder程序实现的人机界面.程序运行表明,计算结果满足该系统对天然气流动状态及计量误差分析的要求.     

雷诺数对大跨屋盖结构表面风压的影响

为研究不同雷诺数对大跨度屋盖结构表面风压分布特性的影响,采用大涡模拟计算流体动力学方法,计算二维屋盖表面平均和脉动风压系数;系统分析雷诺数对屋盖表面风压分布、流动分离及再附着现象的影响.数值计算结果表明:随着屋盖表面特征雷诺数的变化,屋盖表面风压分布亦发生明显变化,特征雷诺数较低时屋盖表面风压较平稳,特征雷诺数升高时屋盖前部的风压系数大幅增大,但增幅逐渐降低,最终趋于稳定.结果验证了雷诺数效应在屋盖结构风荷载模拟中的重要影响.