绕流流场无穷远处流函数边值条件的数值研究

利用流函数－涡量方程求解二维不可压缩低雷诺数绕圆柱流动，在与其它学者计算结果一致的情况下，本文数值研究了无穷远处流函数边值对圆柱定常绕流、圆柱起动流动以及非定常周期性卡门涡街形成的影响。本文计算了各种条件下绕圆柱的阻力系数、流函数涡量分布以及扰动流函数等。计算结果显示，对于定常绕流及圆柱起动流动，几种无穷无流函数边值条件求得的结果基本一致。对于非定常周期性圆柱绕流，不同的无穷远流函数边值条件对计算     

近壁水平圆柱绕流漩涡特性流场计算

该文运用计算机数值模拟了均匀流绕固定圆柱的流场.对3种模型进行了分析,分别是:孤立圆柱绕流、串列双圆柱绕流和并列双圆柱绕流.实验中主要模拟了雷诺数为20、40和100时的绕流流动,并得到流场的速度等值线图、速度欠量图和流线图.计算结果发现:当雷诺数为40时,流场有明显变化,有趋势但并没有形成明显的卡门涡街.     

圆柱绕流非对称涡发放的数值模拟

本文用有限差分法计算粘性流体绕圆柱的流动。通过有限解析的思想求解涡量方程,并用多重网格的方法计算泊松方程,得到了一个较为合适的格式来模拟中、低雷诺数的流动,计算了Re=40,200两种雷诺数下的流动,讨论了在不同人工干扰激发下圆柱后卡门涡街的形成。     

均匀流绕旋转圆柱分离流动的数值模拟

本文利用离散涡模型与边界层理论相结合的方法，研究了高雷诺数下，均匀流绕旋转圆柱的分离流动以及有关动力学特性，并验证了Magnus效应，数值模拟过程中，边界层方程用Keller盒式法求解，离散涡采用涡量均匀分布的圆形涡团模型并以涡核半径随时间增长来模拟涡旋的粘性扩散效应。在计算绕旋转圆柱的流动中，无须人为地引进非对称扰动，到一定时候就能自动形成交替脱落的涡街，旋转圆柱周向速度与来流速度比值α的变化范围为0.05-0.3。计算所得升阻系数、分离点的位置以及压力分布与理论和实验结果相符。     

高雷诺数下双圆柱绕流的数值模拟

本文使用表面涡法研究高雷诺数下不同排列方式双圆柱绕流的流动状态，计算了双圆柱在并列、串列及级列的情况下的各种流动结构，涡街的变化及作用在圆柱上的受力情况。本文结果清楚地描述了双圆柱绕流复杂的流动状况，计算结果与实验显示的流动状况十分相似，斯特罗哈数和阻力系数与实验结果符合得很好。     

电加热圆柱尾迹涡的流动显示

本文在低湍流度风洞及水槽中，就低雷诺数范围内对加势圆柱尾迹涡进行流动显示研究，实验表明在水介质中均匀加热圆柱时可促进其尾涡的脱落、而沿展向局部加热时，其局部涡脱落频率增大，导致原准二维卡门涡街三维化；相反空气中加热圆柱对旋涡脱落有扼制作用，本文首次观察到加热诱发的圆柱尾迹不稳定性的展向波，表现为Ｒｅ＾＊〈Ｒｅ（临界涡脱落雷诺数）时双子涡展向断裂成间距为展向波长λ的涡段。圆柱加热增强了尾迹近区的不稳     

非定常不可压绕流的有限元-有限差分计算

本文用一种有限元-有限差分混合法解不可压非定常Navier-Stokes方程来模拟非定常绕流。在同一时间步的不同计算步中,用三阶迎风差分格式离散动量方程中的对流项,压力修正方程用有限元离散,离散后的方程用直接法求解。本文给出了雷诺数(Re)为1200时的圆柱绕流结果。模拟了突然起动过程中对称主涡和二次涡的发展过程,以及柱后涡街的发展过程中主涡和二次涡的形成、合并、脱落过程。     

近壁圆柱绕流的壁面积沙现象机理分析

针对近壁圆柱绕流过程中出现的在平板壁面积沙现象用数值模拟方法进行了机理分析。应用标准k-ε湍流模型和流函数-涡量法分析了不同间隙比（圆柱与壁面间的距离对圆柱直径之比）下的尾流特性，得到圆柱表面升阻力和平板壁面压强脉动。结合流动显示的染色粒子图方法，进行了详细的分析并提出近壁圆柱绕流过程中在圆柱下游平板壁面形成沙粒线的可能机理。     

圆柱振荡流中的斜向涡街

本文用数字粒子成像测速仪 (DPIV) ,对圆柱体在静水中作正弦振动而产生的振荡流场进行了实测研究。通过相位锁定技术和互相关分析法 ,分别获得了圆柱体在振动周期中 8个不同相位的流场速度矢量及涡量强度等值线分布。实测表明 ,当 KC =12 时 ,圆柱振荡尾流中将存在一个有明显周期性且较规则的斜向涡街 ,涡街主要由一股较强的二次流及其两侧的非对称的涡对构成 ,涡街与圆柱体振动方向成± 45°夹角。而当KC =6.2 8时 ,由于吸附于柱体的涡对未能脱离柱体进入其尾流 ,因而无涡街产生。文中还分析和讨论了斜向涡街产生的机理并对振荡流中柱体受力情况进行了量测。受力测量结果表明 :当斜向涡街稳定时 ,圆柱体各向受力差异不大 ;但在涡街方向转变期间 ,柱体沿斜向的受力却明显大于沿运动方向的阻曳力     

双圆柱绕流的大涡模拟

基于FLUENT软件平台上的三维大涡模拟方法,对定常来流流场中的单圆柱及不同排列形式的双圆柱进行了水动力计算,并对圆柱周围的瞬时流场、时均流场以及圆柱受力进行了分析.分析结果表明,当Re=6×104时,串列双圆柱中上游圆柱受力明显大于下游圆柱,下游圆柱Gd、Cl的变化频率满足fd=2fl,两圆柱的脱涡频率近似相等,涡街的相位相同;并列双圆柱的Cd基本相等,且变化趋势有一定相似性,脱涡频率均接近单个圆柱,涡街的相位相反;交错45.排列的两个圆柱Cd基本相等,脱涡频率接近,下游圆柱的涡街相位明显滞后于上游圆柱.     

混流式水轮机卡门涡致振机理探讨与分析

水轮机出现卡门涡后易引起振动等问题。许多安装混流式水轮机的水电站发生卡门涡频率的强烈振动，严重时甚至造成转轮叶片裂纹破坏，学界多认为这是由卡门涡共振引起。本研究通过比较卡门涡频率和固有频率的巨大差异、大朝山电站转轮叶片减薄修型后强振工况向大负荷转移等事实，提出新观点：大多数卡门涡强振及其破坏并非由共振引起。本研究进行了模型水轮机卡门涡观测试验，比较了流量、空化系数对可见卡门涡的影响，发现可见卡门涡多发生于大流量工况或低空化系数导致的涡心压力较低时，指出卡门涡由其涡心空化造成。通过电站消除卡门涡危害的措施等进一步说明：卡门涡共振存在于小流量工况，但共振能量低，没有显著破坏性;大流量工况的卡门涡强振并非共振，而源于卡门涡空化空腔溃灭产生的巨大冲击力。     

绕圆柱非定常周期性涡旋脱落的数值模拟

利用非定常流函数涡量方程数值模拟圆柱突然起动尾流涡旋的形成及周期性脱落过程。对求解的流函数的一阶导数即速度项采用四阶精度的Hermitian公式，而方程的对流项则采用四阶精度的差分格式，并利用ADI方法迭代求解差分方程组。当雷诺数Re不大于40时，圆柱尾流为附体的两个对称涡，为定常解。当Re大于40后流动为非定常及非对称的，圆柱尾流呈现周期性涡旋交替脱落而形成著名的Karman涡街。选择Re=100为例，在初始条件未加任何扰动情况下，成功地模拟了圆柱非定常涡旋形成与脱落的完整过程（无量纲时间算到t=250及以上）。所计算的阻力系数与实验结果及其它数值方法的计算结果一致。约在t=200形成严格的Karman涡街。对涡量方程ADI求解方法的稳定性进行了分析。对流项采用四阶精度差分格式，若应用于定常问题，将极大提高数值求解的精度，若应用于非定常问题的求解，将对求解精度有所改善，其中时间空间两阶混合偏导数的处理是关键，有待进一步的数值实验。     

大型输水渡槽水流超常波动成因分析与对策

南水北调中线总干渠十二里河渡槽在大流量输水时出现波幅达1.0 m的超常大波动现象,总干渠输水能力受到影响,对相关建筑物构成危害.通过水力学模型试验,复演了原型渡槽大流量输水时的超常大波动现象;分析揭示了渡槽产生超常大波动的成因是渡槽出口的"卡门涡街"及由此引发的渡槽进口左右两槽进流量的周期性变化.从消除渡槽出口墩尾"卡...     

Capturing the process of wave to runup

An improved phase averaging method based on cross-correlation of the instantaneous velocity field determined by TR-PIV measurements is proposed in this article.A Time-Resolved Particle Image Velocimetry(TR-PIV) is used to measure the two-dimensional wake behind the square cylinder.The phase signals associated with the deterministic appearance of the Karman vortex street are obtained by calculating the correlation matrix of the low-pass filtered velocity field,and can provide the complete information of the ...     

STABILITY OF VORTEX STREET IN GAS-LIQUID TWO-PHASE FLOW

The stability of the Karmen vortex street in gas-liquid two-phase flow was studied experimentally and theoretically. The values of the parameter h/l characterizing the vortex street structure (i. e. , the ratio of the vortex street width to the distance between two vortexes) for a stable vortex street in gas-liquid two-phase flow were obtained for the first time. The parameter h/l was prpved to be a variable, not a constant as in single-phase flow, h/l is related to the upstream fluid void fraction. In gas-liquid two-phase fluid flow to form a steady vortex street is more difficult than in a single-phase fluid flow. Because in the unsteady vortex shedding the vortex shedding band frequency is broader than the one in the single phase fluid flow, so it is easier to induce the cross-cylinder resonance than in the single phase fluid flow, and this case should give rise to the attention of engineers.     

摆动柔性鳍尾涡流场的实验测试与分析

利用数字式粒子图像测速系统(DPIV)开展了摆动柔性鳍的尾流场测?分析了尾涡结构的演变过程.柔性尾鳍在一个摆动周期内产生两个反向卡门涡对.本文给出了沿涡对连线及其垂直方向上的速度分布,计算了涡对的速度环量,并初步构建出柔性尾鳍流场中的三维涡环模型.     

垂直上升气液两相流中三角形柱体两相斯托拉赫数的研究

本文试验研究了两种规格三角形柱体，在垂直上升气液两相流中，发生气液两相涡街时，气液两相斯托拉赫数的变化规律。在测得大量数据的基础上，得出了发生气液两相涡街时，气液两相斯托拉赫数的通用关系式，研究表明，气液两相斯托拉赫数在两相工况下为一变数，与来流截面含气率、涡街发生体形状和特征尺寸、来流方向等因素有关，应用此关系式，根据测得的两相涡街频率可钎涡街发展体作为测量两相流流量与组分的测量元件。     

水轮机卡门涡诱发振动分析研究

通过卡门涡频率预估模型对水轮机固定导叶、活动导叶、转轮叶片后产生的卡门涡频率进行分析计算,在水轮机设计阶段对叶片出水边进行卡门涡频率的预估和评定,确保水轮机投入商业运行时不会产生卡门涡诱发的机组振动问题。     

优选数值计算方法用于不对称街道峡谷的研究

分别将迎风、混合及调和QUICK格式用于对称街道峡谷的汽车排放污染物浓度预测,并与风洞实验结果相比较,研究表明数值模拟与风洞实验吻合较好,调和QUICK格式的预测效果最佳。将调和QUICK格式用于不对称街道峡谷的研究,发现当迎风面建筑物高于背风面建筑物时,峡谷内的流场和浓度场与对称街道峡谷相似,即峡谷内有一个顺时针方向的强漩涡,使得背风面污染物浓度高于迎风面污染物浓度。同时,随着迎风面建筑物高度的增加,漩涡中心的位置成垂直向上分布,且与迎风面建筑物的高度基本成线性关系;当迎风面建筑物低于背风面建筑物且差别较大时,街道峡谷内出现了两个反时针方向旋转的强漩涡,使得峡谷内的流场与浓度场都发生较大的变化,迎风面污染物浓度会高于背风面污染物浓度。同时表明,峡谷上方的顺时针方向漩涡的中心呈抛物线向右上方向发展,而峡谷下方的逆时针方向旋涡的中心呈抛物线向左E方向发展。     

Physical and numerical modeling of swirling flow in a scroll vortex intake

Scroll vortex intakes are hydraulic structures commonly used in water supply, drainage and sewerage systems. Water flows into the intake via an eccentric approach channel and a vortex chamber imparts swirl to the flow, leading to a stable air core vortex along the dropshaft. Although much effort has been devoted to investigate the scroll vortex flow, yet the understanding on its hydraulic characteristics is still far from complete due to a lack of detailed velocity field measurements. This paper presents the first comprehensive measurement of the three-dimensional (3D) flow field of a scroll vortex intake using non-intrusive Laser Doppler Anemometry (LDA). A validated 3D Computational Fluid Dynamics (CFD) model with the Volume-Of-Fluid (VOF) method is developed for interpreting the measurement. It is found that the vortex flow in the scroll chamber resembles a free vortex and the circulation is approximately equal to that at the chamber inlet, with a thin bottom boundary layer. The vortex flow at the bellmouth outlet possesses a circulation constant smaller than that in the chamber, and its vertical velocity component is approximately constant across the flow thickness.