轴对称射流研究进展

综述了轴对称射流的实验测试方法、理论分析和数值模拟。提出应加强对喷嘴前流体湍动程度对射流发展的影响，喷孔形状、喷孔孔长、喷孔孔径以及喷孔分布方式对射流发展的影响；以及固—液、气—液、气—固等混合体系的轴对称射流等问题的研究。     

射流泵内流场的大涡模拟

阐述了二维弱可压缩流体流动控制方程和大涡模拟湍流模型.基于该模型对射流泵各种运行工况进行了一系列数值模拟计算.计算中模拟了异常边界条件下射流泵的流场特性,重点模拟喷嘴出口回流旋涡并给出了可视化描述.对不同计算网格数和大涡模拟系数对计算结果的影响也作了论述.提出的网格生成和数值模拟方法具有较高的效率,计算结果可靠.     

湍流扰动对液滴破碎的影响及模拟方法研究

为考虑射流内部湍流扰动对雾化的影响,本文将喷嘴内部湍流扰动量用湍流长度和时间尺度来表示,并以权重的形式加入初次破碎模型中。对比分析了单液滴表面不稳定波和湍流扰动对液滴破碎的影响。计算结果表明:湍流扰动随液滴运动时间的增加对破碎的影响逐渐减小,不稳定波的影响比重逐渐增大;喷嘴内流速越大,湍流扰动量越强,影响的时间越久。对本文提出的破碎模型进行了验证,计算结果表明:湍流扰动会导致液滴的索特尔平均直径(SMD)减小4%左右;随入射压力升高,湍流扰动对贯穿距的影响逐渐增大;虽然二次破碎发生在距离喷嘴较远处,但初始湍流值的大小,还是能影响到二次破碎后液滴大小和速度。     

横向椭圆射流的大涡模拟

为探索大型电站锅炉横向再燃射流的穿透性，采用大涡模拟方法分别计算了射流速度比率为10的横向圆管湍流射流和椭圆湍流射流，基于射流速度50 m/s的雷诺数为16 600.模拟结果表明，圆管射流中心轨迹与试验数据基本一致，方向因子为0.3的椭圆射流的穿透能力远大于圆管射流穿透力.计算捕捉到了射流上游由开尔芬 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圆管射流尾涡区的垂直上升尾涡.与圆管射流相比，椭圆射流的剪切层涡卷的强度大大减弱，逆向旋转涡对狭长对称，尾涡区的垂直上升尾涡并不明显，这是椭圆射流穿透力提高的主要原因.     

离心喷嘴内部流动与液膜初级破碎的耦合模拟

了更准确地预测喷射特性,揭示喷嘴结构对雾化过程的影响,采用VOF多相流模型和大涡模拟湍流模型对航空发动机离心喷嘴内部流动和液膜破碎过程进行了耦合的CFD模拟,捕获了清晰的气液相界面以及油膜的不稳定波和初级破碎现象.模拟结果表明：供油流量增大时油膜的破碎形态由波浪式破碎和轮缘破碎变成穿孔式破碎,这主要是由于喷嘴结构造成的周向扰动对液膜破碎过程产生了较大影响、使液膜破碎长度缩短的缘故.数值计算的喷雾锥角和油膜破碎长度分别与实验测量值和半经验公式计算值符合良好.     

绕流柱形对层板流阻特性影响的数值模拟研究

利用有限体积法对三维可压缩的N—S方程进行离散，对内部绕流柱形分别为圆形、方形和菱形的多孔层板冷却结构进行了数值模拟。网格划分采用非结构化网格，湍流模型为Realizableκ-ε双方程模型，近壁处湍流采用壁面函数法处理，采用SIMPLE算法求解速度与压力的耦合。计算获得了3种冷却结构内部各气流参数的三维分布和流动阻力特性。结果表明层板内部的流场结构十分复杂，射流冲击后在扰流柱前反卷形成驻涡。3种绕流结构中方形结构流动阻力最小，菱形最大。将计算结果与实验结果进行了比较，两符合良好。     

旋流喷嘴内部流场的数值模拟和实验研究

为了揭示旋流喷嘴内部流动机理,有效预测其外部雾化特性,采用VOF多相流模型和RNG κ-ε湍流模型对旋流喷嘴内部的气液两相流动进行了数值模拟.通过对喷嘴结构进行合理的网格划分和特殊边界条件设置,计算了喷嘴内部的速度场、压力场和空气芯的形状尺寸.分别通过激光测速仪和高速摄像仪测量出口速度、空气芯的直径和雾化半锥角,对计算结果进行了验证.结果表明,旋流喷嘴内部流动为Rankine涡结构,其雾化特性如雾化角和液膜厚度等可以通过分析出口处流场得到.     

多孔仿生射流表面减阻特性数值模拟

利用RNGk-ε湍流模型对流体在多孔仿生射流表面上的流动特性进行了数值模拟。结果表明:减阻率和流速比呈线性关系,流速比越大减阻效果越好,最大减阻率为59.02%;单孔射流表面中心线上的摩擦阻力系数先减小后增大,局部减阻率最大为111.8%;射流孔越多,减阻效果越好。探讨了仿生射流表面减阻机理:射流通过改变其表面附近的流场结构,使得边界层黏性底层的厚度增加,垂直于壁面的法向速度梯度减小,达到了显著的减阻效果;同时产生稳定的流向涡结构,并在壁面处形成小的二次涡,抑制了流体间的动量交换,减小了摩擦阻力。     

壁湍流周期性吹吸减阻的实验研究

为了研究局部周期性吹吸小扰动对湍流边界层的影响和湍流相干结构减阻控制机理,用实验方法研究了局部周期性吹吸小扰动与湍流边界层的相互作用.采用热线测速技术精细测量了施加吹扰动前后平板湍流边界层不同法向位置的流向、法向和展向速度分量的时间序列信号;通过测量扰动源下游近壁区域平均速度剖面的变化,发现在扰动下游一定空间范围内,粘性底层增厚和壁面减阻;通过对湍流度变化的分析,发现扰动影响猝发的发生;此外通过对展向平均涡量变化的分析发现,在扰动下游形成了2个定常的、强度相似的、大尺度的展向涡,它们起到流体滚动轴承的作用,减小了壁面摩擦阻力.     

离散涡丝方法模拟矩形射流场的研究

采用三维离散涡方法对不可压矩形射流场进行了数值模拟，结果发现与圆射流不同的是，即使在不加扰动的情况下，封闭涡丝也极不稳定，不再呈现矩形，而是波浪形，并有流向涡产生。矩形涡丝失稳和演变的程度都比圆形涡环的情形更快，本结果对于矩形射流的利用具有指导意义。