叶轮机扩压叶栅流道内三维可压湍流流动的数值模拟

对叶轮机扩压叶栅流道内三维可压湍流流动进行了数值模拟,采用了一种简化模型一单圆弧直到扩压叶栅。在正交曲线坐标系中对所研究的N-S方程做了抛物化处理,略去主流方向的扩散项并用一个已知的无粘压力场使动量方程分开求解,然后修正无粘压力场,引入简化的能量方程,计算中采用κ—ε湍流模型。     

扇形流道内Stokes流动特性的数值模拟

针对低雷诺数下外壁旋转的扇形截面流道内的流动特性进行数值模拟,得到不同扇形角度下的速度、涡量及流函数的分布规律.研究结果表明:在低雷诺数下扇形流道内的三维Stokes流可以分解为两个二维流动,即压力降推动的轴向流及圆弧外壁旋转诱发的扇形腔内截面流;流道内的轴向速度和周向速度与扇形角平分线成对称分布关系,而径向速度成反对称关系;随着扇形角度的减小,流道内会出现多个涡流区域,各涡流区域内的速度场、涡量场及流函数均具有自相似性,说明外壁旋转的扇形流道内的流体具有混沌运动特征;雷诺数相同的情况下,流道内的涡量随着扇形角度的减小而增大,表明小角度扇形截面流道有利于流体的混合.     

直管内流体特性的数值模拟

管道是人类日常生活中最经济的输水工具,但常发生管道泄漏和管道破裂等问题,这不但需要大量的维修费用,而且影响水质。因此,对输水管道系统进行研究具有重要意义。采用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）的方法,从流速分布、入口长度和压头损失等方面分析了直管的流动特性。结果表明,流体流动会经过入口区和充分发育区。在入口区域,管道长度上的压降是非线性的,其流体的特性不是稳定的,所以为了得到精确的结果,对流动特性变化的测量从充分发育的区域开始。此外,98次模拟试验结果表明,管径越大,压头损失越小。由于压头损耗低,管道泄漏和破裂的可能性较小。因此,大口径管道的应用更加经济可靠。     

发动机冷却系统内纳米流体强化换热模拟

为了提高发动机的经济性、可靠性,研究了以纳米流体作为冷却系统内的新型高效换热工质时的传热效果.分别对水、TiO2纳米流体、Al2O3纳米流体和CuO纳米流体的冷却效果进行了模拟研究,得到了冷却系统的换热系数及压力分布图.研究结果表明:TiO2、Al2O3和CuO这3种纳米流体能显著提高发动机的散热性能,与水相比,三者的平均表面换热系数分别提升了10.82%、8.43%和11.24%,而泵功则分别只增加了1.06%、1.30%和1.98%.以纳米流体作为冷却介质时,能以很小的泵功损失增加量带来换热系数的大幅度提高,有利于增强冷却系统的换热.     

多元平行流冷凝器传热与流动性能模拟研究

采用分布参数法对平行流冷凝器建立了数学模型,对目前广泛使用的制冷剂R134 a和替代制冷剂R404A以及R410A在平行流冷凝器中的传热和流动性能进行了模拟计算和分析比较.同时,对多元平行流冷凝器7种不同的各流程管数分配方案进行了模拟比较.结果表明:在采用平行流冷凝器的汽车空调工况范围内,R410A和R404A的流动和传热性能均优于传统的R134 a,且R410A比R404A性能更优越,更适宜作为中低温制冷剂用于汽车空调中.具有较好传热和流动性能的管数分配规律是各流程扁管数从前向后依次递减,且递减的速率逐渐加快.由于过冷段对压降的影响较大,扁管数不宜过少.     

多孔介质内流体压降的数值模拟

在实验研究的基础上,应用流体力学分析软件Fluent 6.3对多孔介质孔道内流体流动进行了模拟。研究了进口气速、多孔介质长度、多孔介质孔隙率对孔道进出口压降的影响规律。研究结果表明,多孔介质长度较小时,压降与进口气速成直线关系,长度超过一定值,成二次函数关系;气速较小时,压降与多孔介质长度成直线关系,气速超过一定值,成二次函数关系;压降随孔隙率增大而降低,两者成三次函数关系;模拟值与实验值吻合良好,但模拟值普遍略低于实验值。     

弯管内纳米流体非线性特性模拟与分析

采用欧拉-拉格朗日两相法研究了层流范围内方形管内血小板形和球形两种纳米流体的非线性特性。从努塞尔数、摩擦系数和充分发展段内的某个点的速度值分析了血小板形纳米流体的非线性特性,并与球形纳米流体进行了比较。结果表明:随着De数的变化,弯管内血小板形和球形纳米流体的非线性存在3种不同的解分枝,且在7个不同的De数下存在分枝结构;在同一De数下,弯管内血小板形纳米流体的平均努塞尔数和摩擦系数都要高于球形纳米流体。     

循环流化床提升管内稠密固液湍流的流体动力学模拟

为揭示循环流化床内稠密固液两相流动特性,对反应器内稠密固液湍流进行了流体动力学模拟.在考虑颗粒碰撞的欧拉-欧拉双流体模型的基础上,通过研究相间拖拽力模型和颗粒碰撞恢复系数的影响,建立了描述循环流化床内稠密固液湍流的流体动力学模型,并利用模型预测了反应器提升管中高浓度颗粒速度、体积分数分布和湍流特性.预测结果与实验结果符合很好,表明理论模型和求解方法有效.     

螺旋槽管管内强化传热的三维数值模拟

基于周期段模型,对不同结构参数的螺旋槽管管内流动和换热进行了三维数值模拟,得到了管内流体湍流流动的速度场和温度场的细观分布.结果表明,随着槽深增大,螺旋槽管换热性能增强的同时阻力系数也相应增大;随着螺距增大,其换热性能减弱且阻力系数明显减小.最后,结合模拟结果数据,拟合出了努赛尔数Nu和阻力系数f的相应关联式.     

塑性流体在光滑圆管内的湍流流动及屈服应力对流动的影响

本文应用随机湍流模型对塑性流体在光滑圆管内的湍流流动规律进行了研究,得到了包括近壁区域在内的断面时均速度分布和平均速度、沿程阻力系数的计算公式。结果表明,塑性流体的屈服应力对湍流流动的影响是由比值τ_0/τ_w(τ_0为屈服应力,τ_w为管壁处切应力)的大小来决定的,随着雷诺数R_e((?))的增大或管径减小,这种影响将很快衰减,而屈服应力对无因次速度剖面的分布影响很小。     

高拱坝表孔宽尾墩流道内水流特性的数值模拟研究

宽尾墩应用于高拱坝表孔后,其下泄水流的空中扩散特性与宽尾墩流道内的水流特性密切相关.采用k-ε双方程紊流模型对宽尾墩应用在高拱坝坝身泄洪表孔时的水流特性进行了3维数值模拟,给出了孔流道水面线、压力、流场等水流特性.计算值与模型试验值对比,两者吻合较好.计算结果发现,坝面中线压力分布与侧墙压力分布存在相似规律,所不同的是侧墙压力在宽尾墩转折点位置存在局部增大;墩尾压力分布受墩内水流流线弯曲影响,其分布不再符合净水压力分布规律;墩尾水流流速大小沿水深方向变化不大,但流速方向变化比较明显.     

直流电弧炉熔池内电磁流体流动与传热的数值模拟

建立了描述直流电弧炉内磁场强度、电流密度、速度场、温度场的数学模型。数值求解控制方程，绘制了描述３０ｔ直流弧炉熔池的磁场强度、电流密度、洛仑兹力、流函数、速度及温度分布曲线，预示与测定的温度场相符合，计算的循环流量与有关文献的相一致。     

基于格子法的平直通道内流体流动规律模拟研究

针对二维平直管道内流体流动规律,采用格子Boltzmann方法进行计算并对模拟结果进行分析。结果表明,雷诺数越大,模型中间区域的速度越小,边界区域的速度越大;在同一雷诺数下,流体在纵向上的速度呈锥形分布,中间区域速度比较大,越靠近边界速度越小,边界处的速度为0。     

旋流消能工内空腔旋流的数值模拟

为了克服试验研究的局限,揭示旋流消能工内部的流动特性,以公伯峡水平旋流泄洪洞为例,在原、模型试验研究的基础上,采用Realizablek-ε湍流模型对空腔旋流进行数值模拟.模拟结果表明,压强等值线沿径向大致以旋流空腔为中心的同心圆轴对称分布;旋流区和空腔内流速具有明显的分区特性,旋流区动能沿程由切向动能向轴向动能转变,并得到旋流角的印证;旋流空腔沿旋流洞轴向和径向均有变化;湍动能与湍动能耗散率的径向分布体现出水气交界面处水气混掺紊动、离心力引起壁面摩擦力的增加是空腔旋流具有较大消能率的原因.通过数值模拟与原、模型水力特性的对比分析可知,数值模拟能够客观地反映出空腔旋流内部的流场特性,成果可为旋流消能工内空腔旋流的研究应用提供参考.     

含能子弹膛内抛射过程的数值模拟

为研究子弹膛内抛射,以某新型结构防空榴弹战斗部为基础,建立含能子弹膛内抛射过程数值模拟数学模型,运用ANSYS/LS-DYNA软件模拟火药燃烧、推板及含能子弹在膛内的运动过程,得到各层含能子弹出膛时相对速度曲线,并将模拟结果与理论估算值进行比较。结果表明:模拟数据可为其结构设计和毁伤威力计算提供参考。     

螺旋槽管管内传热与流动性能的数值模拟研究

采用数值模拟方法对以空气为介质的7根螺旋槽管的传热及流阻性能进行了计算,并与圆形光滑管进行了比较.分析了螺旋槽管强化传热机理,发现其场协同程度得到改善是其传热得到强化的主要原因.同时还分析了管内Re数、槽深e、节距p以及滚球半径r对螺旋槽管换热与流阻性能的影响,结果表明:在相同流量下,节距一定时,槽深越深,换热效果越好,同时阻力也越大;槽深一定时,节距越小,流体边界层分离作用越明显,管内换热越强,流动阻力也随之增大;滚球半径对传热影响比较小,但是对流动阻力的影响却比较大.     

磁场作用下倾斜方腔内纳米流体自然对流数值模拟

采用Chebyshev配置点谱方法对倾斜方腔内纳米流体自然对流换热进行了数值模拟.倾斜方腔的左右壁面为恒温壁面,上下壁面为绝热壁面,并施加了与方腔下壁面平行的磁场.方腔内充满了以水为基液的不同纳米颗粒.研究方腔倾斜角度γ、Gr数和纳米颗粒对纳米流体流动与传热的影响.研究结果表明:传热在倾斜角度为π/4时最大,当方腔倾斜...     

多孔介质随机堆积填充床内流体流动的数值模拟研究

采用离散单元法（DEM）构建了多孔介质填充床内颗粒随机堆积结构,运用计算流体力学（CFD）对填充床内部的流体流动进行数值模拟,探究不同入口速度下床层内部流体流动的分布规律。结果表明：在小管径-粒径比填充床的床层中心截面处,流速分布存在局部不均匀性,颗粒表面和床层末端出现了明显的漩涡,床层末端处的漩涡几乎占满了整个流道;随着进口速度的增加,床层颗粒表面的漩涡个数增加,床层内部速度变化剧烈,有利于不同流体的互相掺混。     

水平三向撞击流反应(混合)器内湍流数值模拟研究

采用CFD软件FLUENT,对新型的水平三向撞击流反应(混合)器内部流场进行数值模拟研究.以4种工况作为研究对象,将模拟结果与PDA实验测试结果进行比较,具有良好的一致性.结果表明:水平三向撞击流的水平中心面湍流强度分布呈"单峰"分布,峰值位置即为湍流最为剧烈位置,即撞击中心处.水平三向撞击流反应器中,撞击中心区湍动能分布形状呈"正三角型"分布,三角形内部呈"靶式"分布,形状较为规则.湍流耗散率分布与湍动能在反应器内的分布规律非常相似,湍流动能分布较大的区域,湍流耗散率分布亦较大,反之亦然.