水涡轮机械中的空泡运动研究

本文理论上较全面地分析了空泡在水涡轮机械流场中的受力，考虑了很多文献被忽略的速度梯度场中的Ｓａｆｆｍａｎ升力，空泡旋转时的Ｍａｇｕｓ升力等力．利用牛顿第二定律建立了流场中空泡的质心运动方程，同时建立了空泡在变压场中以及考虑气体扩散的径向运动方程，最后导出了空泡在不可压缩流体中运动的控制微分方程。     

不同头型运动体高速入水空泡数值模拟

运动体头型对其入水流场的流动分布、流体动力及入水弹道均有较大的影响。针对此问题基于有限体积法离散、求解雷诺平均的Navier?Stokes方程,考虑空化效应,并引入动网格技术,对带有不同角度锥头圆柱体的高速入水问题开展数值模拟研究,得到不同头型条件下高速入水运动参数及空泡形态发展规律、流场的压力分布及速度分布规律,分析了头型对入水空泡流场的影响。研究结果表明,空泡半径的扩张规律受头型及其阻力系数的影响,半径大小与阻力系数近似满足一定的关系式;入水初期,运动体头部受到极强的冲击载荷,锥角越大,压力峰值也越高;锥体表面压力系数与锥角大小直接相关,锥角较大时压力系数也较大。同时,锥角大小对运动体肩部排开水的速度也有较大影响,运动体在相同速度下,锥角较大时,肩部排开水的速度也较大。     

激光加工中温场流场有限差分解法及计算机模拟

提出了激光加工中温场、流场的数学物理模型，采用控制体积方法建立了温场、流场的有限差分方程。开发了计算方法和程序，给出了温度场和速度场的计算机模拟．     

水涡轮机械中的空泡运动研究：第2部分 空泡运动的数值计算…

根据“水涡轮机械中空泡运动研究”第１部分理论研究中所建立的水涡轮机械中空泡运动的控制微分方程，又研究了水涡轮机械流场中空泡运动的数值计算方法，并求解了空泡在一混流式水轮机转轮流场内的运动。     

水涡轮机械中的空泡运动研究 第2部分 空泡运动的数值计算方法及结果

根据“水涡轮机械中空泡运动研究”第１部分理论研究中所建立的水涡轮机械中空泡运动的控制微分方程，又研究了水涡轮机械流场中空泡运动的数值计算方法，并求解了空泡在一混流式水轮机转轮流场内的运动。     

通气超空泡洞壁影响及其比尺效应数值模拟

基于RANS方程,采用分相流模型和SST湍流模型,考虑了水-气两相之间的相互作用及重力效应,对通气超空泡的洞壁影响及其比尺效应进行了研究.研究了不同湍流模型对通气率的影响,通过数值模拟复现了通气超空泡在不同通气率条件下的发展过程,比较了水洞中不同模型比例和无界流场中在空泡形态和阻力上的差别.研究结果表明,小比例模型在空...     

应用DES方法模拟非定常空泡流动

在水下运动的水翼表面的局部低压区会形成空泡,而空泡具有随时间变化的非定常特性.采用DES(dettached eddy simulation)方法模拟绕水翼空泡流动的非定常特性.模拟了空泡的发生、发展、破灭、脱落的非定常过程,获得了空泡的发展、演变过程中水翼升力、阻力随时间变化的情况.模拟结果表明,空泡流动表现出明显的周期性特征;水翼的升力、阻力的周期性波动表现出同步变化的特征.将模拟结果与实验数据对比显示该方法可以准确地模拟空泡流动.     

回转体局部空泡流的数值分析

通过在回转体和空泡表面分布源汇的方法，建立了求解回转体局部空泡流场的数值方法。依据建立的数学模型与数值方法，对两种具有典型头部线型的回转体局部空泡绕流场进行了数值计算。在数值计算过程中发现第一次迭代所得结果和最终的收敛结果相比误差仅为5％，并把计算结果与有关献的实测数据进行了比较，发现计算结果与实测数据十分接近。     

仿鸟组合半转翼Weis-Fogh效应及升力仿真

组合半转翼是一种新型的动力翼,在仿生飞行中具有重要的应用前景。提出一种仿鸟组合半转翼模型,导出该模型参数的计算公式并给出减小两翼工作间隙的方法;基于FLUENT软件建立仿鸟组合半转翼流体动力学计算模型,对仿鸟组合半转翼运动流场进行仿真分析,揭示仿鸟组合半转翼模型的Weis-Fogh效应特征,获得仿鸟组合半转翼升力的变化规律。研究表明:在一个运动周期中,半转翼流场中速度矢量和压力分布始终受Weis-Fogh效应的影响,致使组合半转翼的升力大大提高;计算实例中,计算模型的最大升力可提高30.5%。研究结果对仿鸟组合半转翼升力形成机制的阐释和不同参数半转翼升力的估算具有重要参考价值。     

水工结构中的空化问题

本文从N—S方程及气泡运动与扩散生长方程出发,建立了描述紊流场中气核空化过程的统一数学模型,并据此导出了流场空化相似准则。指出空化相似包括宏观与微观相似两个方面,空化过程实际上是气核从微观尺度向宏观尺度转化的过程,在建立空化起始判据、空化相似准则时,均需考虑这一特点。本文的分析表明,要在减压实验条件下对原型空化进行相似模拟是非常困难的,数值模拟与实验模拟相结合,是解决水利工程中面临的空化现象“比尺影响”问题的可行途径。     

用边界单元法分析井底流场

在设计和使用牙轮钻头或ＰＤＣ钻头时，要优选喷嘴的组配，必须了解不同喷嘴配置下井底流场水力分布情况，本文尝试把边界单元法用于分析井底流场水力分布，建立了描述井底浸流速度场的积分方程，给出了采用边界单元法求解井底速度场的数值方法过程，在算例中分析了多喷嘴钻头井底流场的速度分布问题，计算实践表明采用边界单元法可比较简单方便地计算分析多喷嘴井底流场水力分布问题，可用于优选钻头喷嘴组配。     

具有弹性和加工误差的槽轮机构动态分析

考虑槽轮机构的弹性和加工误差，建立了机构的运动方程，在方程中，古典机构理论运动转化为广州座标中的约束激振力，加工误差转化成约束力的变化和初始条件，槽轮融间隙成为非线性振动问题，工序盘的影响为两个自由度的振动，啮合点的变化中为变刚度问题。     

通气超空化流域径向尺度影响

为研究流域尺度对阵泄气通气超空化的影响,基于分相流模型和SST湍流模型,考虑通气可压缩性,建立了通气超空泡流动的三维数值模型,通过水洞实验对数值方法进行了验证,研究了流域径向尺度对通气超空泡尺度和压力分布特性的影响。计算结果表明:流域径向尺度对通气超空泡流型及压力分布影响显著。流域径向尺度比小于6.5时,无法形成完全包裹航行器的超空泡,随着流域径向尺度增加,超空泡尺寸增大,空泡内压力和外流场压力均减小;当径向尺度比大于54.0时,空泡尺寸和内部压力达到稳定收敛,计算结果与经验公式吻合,研究结果为模拟阵泄气通气超空泡自由流场空泡形态提供了流域径向尺度的选择标准,可用于指导工程实践。     

尾翼楔角对通气超空泡特性影响试验研究

为优化通气超空泡航行体流体动力布局,通过水洞试验,研究了航行体尾翼对通气超空泡航行体流体动力的影响.细致分析了通气超空泡的生成和发展过程,给出了尾翼、尾翼楔角对通气超空泡航行体流体动力的影响规律.试验结果表明:航行体尾翼增大了通气超空泡航行体阻力系数与升力系数.通气超空泡航行体阻力系数与升力系数分别随自然空化数减小而减小.通气超空泡航行体阻力系数与升力系数随通气率增大先小幅增加后减小.尾翼楔角越大,通气超空泡航行体升力系数越大.     

悬浮固粒存在于射流区的运动射流稳定性研究

利用相耦合模型,推导出大雷诺数下悬浮固粒存在于射流区的运动射流的稳定性方程,通过数值计算得到了不同运动速度和不同固粒属性的流场稳定性特征曲线,进而得到了关于悬浮固粒的属性及流场运动速度对流场稳定性影响的结论．这些结论对于运动两相射流的发展认识和工程实际中实施对运动两相射流场的人工控制有重要意义．     

内循环流化床下旋流场中气固多相流动的研究

基于已求得的内循环流化床下旋流场的气相流动场，求得了颗粒相运动方程，用四阶Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ法对此区域内颗粒运动特性进行了数值模拟。结果表明，内循环流化床能实现炉内分离和循环，延长颗粒在炉内停留时间，提高颗粒燃尽度和燃烧效率。     

高速旋转小球入水空泡特性数值模拟

为了深入研究旋转体入水空泡特性,采用VOF均值多相流模型、k-ω湍流模型以及动网格技术,开展了低弗劳德数条件下高速旋转小球入水过程空泡特性的数值模拟研究.分析已公开发表的关于运动体入水数值仿真的相关论文,总结了入水数值模拟的最优参数选择,建立了适用于高速旋转小球入水数值模拟方法.开展不同入水速度和比重的小球入水过程的数值模拟,对比分析了入水空泡的形成、发展、闭合和溃灭的演化过程.数值计算结果表明:高速旋转小球在入水深度0.25d范围内出现逆升力偏移现象,逆升力偏移距离随小球速度和比重的增加而减小;逆升力的大小与入水速度成反比,而与比重无关.相同比重的小球,不同入水速度的轨迹相似;速度相同的小球,比重越大的轨迹曲率较小.高速旋转小球入水空泡依次发生纵向闭合和横向闭合的二次闭合的现象,且入水速度越大,纵向闭合越明显.空泡闭合深度、空泡最大直径以及尾空泡直径均随着速度和比重的增加而增大,且速度变化产生的影响更加明显.     

纵平面回转运动通气超空泡形态及压力特性

通气超空泡技术是提高水下航行体运动速度的一种新兴技术,为研究通气超空泡在航行体纵平面回转过程中的机动性问题,本研究基于有限体积法,采用VOF多相流模型和RNG k-ε湍流模型,利用数值模拟软件Fluent建立了非定常通气超空泡流动的三维计算模型.通过求解多相混合物的雷诺平均Navier-Stokes方程,分析了空化器模型纵平面回转运动过程的非定常多相流动特性,得到了纵平面回转运动条件下通气超空泡的形态变化及其与空泡周围压力分布的关系.计算结果表明:通气超空泡在回转运动过程中受到离心力作用而产生弯曲变形,空泡轴线与航行体运动轨道有逐渐重合的趋势;向下回转时空泡最大直径逐渐减小,向上回转时最大直径逐渐增大;相较于向上回转运动,纵平面回转半径对向下回转运动的空泡形态存在较大影响,且空泡尾部闭合位置的偏转方向不一致,向下回转时空泡尾部发生外漂,向上小角度回转时空泡尾部发生内漂;由于离心力以及空泡轴向的逆压梯度限制,向上回转过程空泡长细比显著增大,向下回转过程空泡长细比缓慢减小.     

水涡轮机械中球形刚性小颗粒的运动

本文对球形刚性小颗粒在任意流场中的受力进行了分析,并根据对称方程,得到了小球在任意流场中的运动方程,为水涡轮机械中固液两相流动的理论研究奠定了理论基础。     

水平集法对流场相界面应用的分析与研究

研究水平集方法（Level Set Method）对速度场的应用。首先论述水平集方法的一般原理及解决问题的流程。然后，针对速度场的情况，研究并得出了多种求解精度要求下水平集方程的离散表达。在此基础上分别对不同精度下刚体小球在二维空间和三维空间流场中的运动进行了数值计算求解和归纳。最后对于求解结果进行了比对与分析。