分离涡方法模拟浓淡气固射流两相非稳态流动特性研究

利用分离涡模拟(Detached eddy simulation，DES)这一新型湍流模拟技术对撞击式浓淡燃烧器内部和出口射流的气固两相流动结构进行了模拟，获得了浓淡燃烧器出口射流的旋涡拟序结构，模拟了射流出口旋涡生成、发展和脱落的规律。对于颗粒场，应用了Lagrangian方法跟踪颗粒运动，获得了浓淡燃烧器出口射流中不同Stokes数颗粒在射流流场旋涡拟序结构作用下的运动扩散规律。结果表明，射流外边界处的大涡是引起浓淡侧小颗粒相互混合的主要因素，而煤粉气流中Stokes数大于1的颗粒在射流中基本不会发生浓淡混合现象，燃烧器下游的浓淡分离效果可以在较长的距离内得到保持。     

矩形扩压通道内流动控制的实验与数值研究

采用粒子成像测速技术和大涡模拟方法对带有涡旋射流的矩形扩压器分离控制的流场进行了实验和数值分析,数值计算结果与实验数据吻合良好。通过分析实验和计算得到相关截面速度和涡量分布,讨论了涡旋射流的二维涡结构;同时应用三维涡识别技术获得了射流产生各种涡旋结构的流动形态,重点研究射流流向涡结构的生成、发展等动力学演化过程。结果表明:射流剪切层涡系的结构随着时间推移从涡卷演化为了涡环;射流孔口前缘的马蹄涡系具有较强的稳定性,反向涡对具有明显的时均特性。此外还通过对比射流控制前后扩压器表面压力系数、分离区长度、扩张段流动形态及观测点功率谱分析等多种方式探讨了射流控制流动分离的控制效果,并指出射流在下游远场形成的纵向涡旋将主流流场边界层外的高能流体卷入到边界层内,增加了边界层内部的流动能量,从而延缓或抑制了流动分离。     

采用动网格技术的合成射流控制叶栅流动分离数值研究

采用大涡模拟,利用动网格技术,通过求解三维非定常雷诺时均 Navier-Stokes 方程,对零质量合成射流进行了数值模拟。研究的合成射流最大速度为6.5m/s,激励频率为80Hz。结果表明：吹气过程,振动薄膜向前运动气流在射流出口形成剪切层,剪切层向外卷起形成涡环;在吸气过程,振动薄膜向后运动,涡环继续向下游运动,射流出口处的气流被吸入腔体;射流出口处速度呈正弦分布。合成射流可以有效抑制叶栅吸力面的流动分离,控制后分离区域由原来的28.60%轴向弦长(Cax)减少到了17.23% Cax。合成射流的各个过程都可以抑制流动分离,但吹吸气交替过程以及吸气过程的控制效果有所减弱。     

气膜冷却流场的大涡模拟

采用LES(大涡模拟)对单个圆形喷孔横向紊动射流流动进行了数值研究，模拟了吹风比M=2.0工况下的不同截面上的涡量随时间发展变化的过程,并对各种涡的流动机理进行了分析。结果表明：对称面的正反涡和垂直截面的马蹄形涡的两翼交替周期性地脱落成新的涡；由于尾迹涡的进入，在近下游X/D<4.0区域内，反向涡旋对的旋涡强度沿流向没有明显衰减，而在 X/D>4.0的区域，其旋涡强度沿流向单调衰减；反向涡旋对的正反向涡旋形状不对称，且正向涡旋里夹有反向旋转的涡，反向涡旋里夹有正向旋转的涡。     

大涡模拟在水力机械内流数值模拟中的应用

分析了大涡模拟湍流模型的优点极其二维简化形式,推导了弱可压缩流体流动控制方程.在此基础上对射流泵内非定常流动进行了数值模拟,得到了合理的计算结果.计算中采用了不同的大涡模拟系数.     

可逆转轮单通道流动大涡模拟

为准确预测不可压复杂边界的湍流流动,本文应用高精度有限体积法对曲面边界湍流进行了大涡模拟。空间离散采用有限体四阶紧致格式,时间推进采用四阶Runge．Kutta法,压力一速度耦合应用四阶紧致格式的动量插值,亚格子应力模式采用动态Smagorinsky模式,复杂边界的处理则应用了浸没边界法,成功地实现了弯槽湍流、NACA0012标准翼型绕流流动和可逆式水泵水轮机转轮内单流道流动的大涡模拟计算,所得结果与已有结果或实验结果吻合良好,表明该方法对于湍流大涡模拟方法在流体机械工程领域中的应用和发展具有重要意义。     

多孔横向紊动射流涡量场的数值分析

应用realizable k-ε紊流模型并结合SIMPLEC算法，分别对单圆孔、双圆孔和四个圆孔的涡量场进行了数值模拟，近壁区流动的处理采用两层模型的壁面函数法，计算得出了不同工况下的剪切层涡、马蹄形涡和反向涡旋对(CVP)。结果表明：在多孔射流中，由于前面射流的遮挡作用，使得后面射流剪切层涡发生的位置升高；在多孔射流中，当多股射流合并为一股新的射流之后，才出现马蹄形涡的雏形，并最终发展成为马蹄形涡；剪切层涡的破裂导致CVP的形成，马蹄形涡和尾迹涡都影响CVP的发展。当多股射流合并为一个新的射流之后，CVP的形状才逐渐发生变化并趋于规则。     

流体机械非定常流动的涡方法数值模拟

本文描述了一种建立在拉格朗日框架下涡方法的具体算法,主要包括：涡量边界条件的给定,涡量输送方程中拉伸项及粘性扩散项的数值处理,以及根据流场中离散涡元的分布计算流场压力的积分方法。利用该方法对有代表性的流体机械非定常流动现象进行了数值模拟,结果表明基于涡方法基础上的数值模拟法是非常适合于数值模拟流体机械非定常流动。     

戽流的三维大涡模拟研究

本文采用大涡模型和VOF模型对台江水电站模型戽流消能试验进行了三维数值模拟,数值仿真所得到的水位流量关系曲线、水面线与试验结果吻合得比较好,可作为工程设计、运行管理的依据。同时计算结果还能反映水面波动,与试验观测到的现象基本符合,为进一步深入研究水力波动和下游冲刷的大涡数值模拟提供了基础。     

横流中湍流射流的数值研究

为探索横流中湍流射流的穿透性和流场基本特征，分别采用大涡模拟和标准k-e 湍流模型计算了射流速度比率为10的横流中圆管湍流射流，对射流速度为50 m/s的雷诺数为16600。大涡模拟获得的射流中心轨迹与试验数据基本一致，同时捕捉到了射流上游的开尔芬-亥姆霍兹不稳定性引起的剪切层涡卷、始于近场并主宰远场的逆向旋转涡对和垂直上升尾涡。计算表明，逆向旋转涡对并非严格关于射流中心平面对称，而是随时间左右摆动，与试验结论一致。标准k-e 湍流模型得到的逆向旋转涡对严格关于射流中心平面对称，同时不能获得射流上游的剪切层涡卷和垂直上升尾涡。     

潮流计算中发电机远方控制的不同处理方法

针对潮流计算中发电机及发电机群远方控制的情况给出2种不同的处理方法:一种是在传统的Newton-Raplason法及PQ法中扩展出PQV及P节点类型,将控制节点的电压作为状态量加入到方程中,从而控制发电机的无功出力;另一种是在传统潮流的基础上将被控制节点的无功不平衡量按负反馈的方式叠加到控制节点的无功方程中进行迭代修正,从而达到控制的目标值.实际算例表明,文中提出的方法可行,其中前一种方法可以有效地抑制迭代过程中出现的振荡现象.     

基于潮流追踪和机组再调度的割集断面功率控制方法

给出一种基于潮流追踪和发电机再调度的割集断面潮流控制方法。首先用潮流追踪,将割集断面调控量逆潮流方向追踪至供出的发电机节点,以确定潮流供出侧的发电调控量;继而将割集断面调控量顺潮流方向追踪至受影响的负荷节点,并将受影响的负荷量进行逆向二次追踪,以确定功率接受侧的发电变动量。该控制方法仅通过改变发电机调度方式（再调度）来实现,用户负荷供应不受影响。利用10机39节点等系统验证表明,该方法可在大范围内对断面潮流实施精确控制。     

核动力蒸汽发生器均相流模型及其动态仿真

为明确核动力蒸汽发生器水动力特性,对蒸汽发生器进行了实时动态仿真,详细分析其内部工质的流动换热特性。在合理假设基础上,根据蒸汽发生器的热工水力过程对其进行了控制体划分,基于集总参数法建立了一维均相流动态数学模型。采用Simulink仿真模块对蒸汽发生器不同工况进行了稳态和动态仿真。稳态运行结果与实际运行参数的最大误差为3.2%,在100%负荷阶跃降至70%负荷及在100%负荷时冷却剂温度阶跃降低10%这2种情况下,动态仿真结果很好地预测了冷却剂出口温度、出口质量含汽率等参数的动态变化特性。计算结果和实际运行数据相符,表明了所建立数学模型及采用仿真方法是正确的,可为蒸汽发生器的实际运行提供理论指导。     

旋风分离器中心筒筒体裂隙对分离效率的影响研究

分析了某50 MW循环流化床锅炉旋风分离器中心筒筒体裂隙产生的原因。数值模拟研究和飞灰取样结果显示裂隙破坏了分离器内的速度场和压力场,降低了分离器的分离效率。最终提出了提高分离效率的分离器改造方案。     

可控涡设计高负荷涡轮二次流旋涡结构及损失分析

采用雷诺平均Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型,对可控涡设计的1.5级高负荷亚音速试验涡轮进行三维黏性数值模拟,对叶栅内旋涡发展和损失机制进行全面研究和分析。数值研究表明,在高负荷涡轮动叶栅内,马蹄涡吸力面分支到达吸力面之后并没有消失,而是和压力面分支相交,并一起向下游发展,其位置始终处于压力面分支下侧,紧贴吸力面端部附近,并没有发生相互缠绕作用。受动叶栅通道内强横向压力梯度作用,端壁附面层从压力面侧直接被推向了吸力面侧,所形成的通道涡没有发生强烈的旋涡运动,位置始终限制在叶栅吸力面端壁附近的狭长区域内,呈片状涡结构。低能流体继续向吸力面角隅内运动和堆积,并向展向扩展,与主流发生强烈的掺混作用,损失急剧增加。因此,提高高负荷涡轮级效率的关键在于提高动叶性能。     

基于DSATools的发电机及其控制系统模型参数仿真方法

精确的发电机系统参数是电力系统分析的基础。很多情况下由于工况条件限制无法对发电机参数进行准确的测量,给系统的安全校核、指标估计及潮流优化等工作带来较大困难。提出了一种基于仿真模型进行参数辨识的方法,通过DSATools仿真工具搭建发电机及其控制系统仿真模型,采用曲线拟合的方法进行参数优化得到了准确的仿真结果。以广西平班水电厂发电机组的发电机及其控制系统作为算例,验证了仿真模型参数辨识的可行性。     

单/多狭缝射流冲击柱状凸形表面流动和换热特性

为分析单狭缝、双狭缝和四狭缝射流冲击柱状凸形表面的流动换热特性,应用Realizable k-模型对其展开数值研究。通过与实验数据对比验证了数学模型的适用性,比较探讨了单、多狭缝冲击射流的流场分布、边界层分离现象和冲击换热特点。结果表明:单、多狭缝射流冲击柱状凸形表面,气体分别在流动阻力和相邻狭缝射流逆向相遇阻力形成的逆压梯度作用下,发生边界层分离;随流动发展,多狭缝射流在相邻射流逆向相遇作用下,Nu迅速下降至最低值,随后在逆流作用下有所回升;每狭缝具有相同雷诺数Re条件下,当狭缝数目增加时,Re的增加对提高平均努塞尔数Num的效果相对较小,当无量纲曲率半径(D/B)增大时,Num对Re的变化更加敏感,增大Re将有效地增加表面Num;狭缝射流总流量一定时,狭缝数目越多,Num越小,局部努塞尔数Nu分布越均匀。     

混流式水轮机中旋涡流的LES法预测

本文基于N-S方程和大涡模拟(LES)模型,采用贴体坐标和四面体网格系统,用SIMPLE算法求解,对混流式水轮机内部流动进行了三维非定常紊流计算,较准确地预测了一混流式水轮机在各工况下的内部流动,尤其是尾水管和转轮内的旋涡流动。