横掠膜片管束周期性充分发展流动的数值模拟

本文用ＳＩＭＰＬＥ方法对横掠顺排和叉排膜片管束周期性充分发展层流流动进行了数值模拟，得到了不同Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数下的流动阻力系数和流动图象。计算发现，Ｒｅ＞９００，流动已进入自模化。     

输气管内壁仿生减阻大涡模拟

流向的微小沟槽表面能有效降低壁面摩阻,降低输送能耗。针对内表面有三角形肋条的输气管道,采用大涡模拟对不同流动状态进行模拟,分析了流场速度矢量图、均方根速度剖面线和雷诺切应力。结果表明,肋条无量纲尺寸s＋＝20.7时肋条的减阻效果最好;湍流形成的涡经过肋条时被肋峰切开在肋条中形成小的反向小涡,将流体与壁面之间的滑动摩擦转变为滚动摩擦,降低摩擦阻力;光滑管壁、肋条的肋峰和谷底表面的速度剖面线只有在壁面附近差别较大,在远离壁面处趋于一致,肋条对流场的影响主要发生在近壁区。     

两种典型肋条形状大涡模拟

在长距离输气管道中最主要的能量损失形式是湍流阻力。为了研究肋条形状对湍流情况下流过肋条的流体介质的影响规律,采用CFD软件,在雷诺数为5 300的条件下,对间隔三角形肋条和刀刃形肋条两种典型肋条进行大涡模拟,通过分析壁面阻力和流场,得出减阻效果更好的肋条形状,并找出不同形状肋条影响流场的原因。结果表明,与间隔三角形肋条相比,刀刃形肋条受到的壁面阻力更小,近壁区速度梯度更小,产生的二次涡使流场更加稳定,具有更好的减阻效果。     

JONSWAP波环境下湍动射流三维大涡模拟研究

在σ坐标下,采用分步算法求解3维滤波后的Ⅳ-S方程,其中亚格子模型采用作者提出的动力拟序涡粘性模型封闭.数值模拟了波动环境下湍动射流问题.其数值计算结果与实验值和理论值吻合良好.分析了JON.SWAP波环境下垂直湍动射流回流区域拟涡能分布特性以及JONSWAP波作用下射流掺混特性;给出了射流掺混图像和射流对JONSWAP波波能损耗影响特性.成果为随机波作用下污染物排放的掺混与稀释特性研究提供了手段与理论依据.     

闸门释放重力流的大涡模拟研究

采用大涡模拟(LES)数值计算有环境流体密度分层的闸门释放重力流,并分别与Sutherland等的实验结果及RANS的模拟结果进行对比分析。结果表明,采用标准Smagorinksy亚格子模型的LES和RANS在模拟重力的行进速度方面与实验接近,LES能更好地模拟实验所观察到的重力流头部和环境流体界面处的Kelvin-Helmholtz滚动结构,但LES模拟的2个方向相反的重力流之间的密度分层交界面处的波动比实验结果偏大。为此,进行了2种改进亚格子模型系数的大涡模拟,当Smagorinksy常数Cs取0.10时,交界面的波动有减小的趋势;采用近壁阻尼函数修正Cs系数时,将密度分层界面作为1个假想的固壁边界来处理,模拟效果较好。采用改进的亚格子模型的LES比RANS更适用于重力流的机理研究。     

横向波纹通道内定型层流流动的研究

对平行放置的横向波纹平板形成的通道内的定型层流流动,以壁面波纹的波幅为小量进行了摄动展开,提出了一级近似模型.得到了速度分布的近似表达式,考察了流速和流量与壁面波纹的波幅、波数及上下波纹板的排布相位之间的关系.研究表明,对于波纹通道几何参数的不同组合,流量可能增大,也可能减小.     

潜艇流水孔排水与进水过程数值仿真研究

以潜艇流水孔为研究对象,基于大涡模拟(LES)对潜艇流水孔三维模型进行数值模拟,比较排水和进水过程中潜艇航行阻力以及流噪声水平的差异。结果表明,潜艇排水过程呈现负阻力,对航行起助推作用。而进水过程阻力表现为正阻力,对航行起阻碍作用。排水过程较进水过程拥有更高的噪声级,流水孔位置处流噪声差异主要体现在低频段,高频段两者差异较小。可为潜艇流水孔的设计提供参考。     

排沙漏斗流场的大涡模拟

排沙漏斗是一种截沙率高、冲沙耗水量小的新型的泥沙处理设施.为了得到全面详细的排沙漏斗流场结构信息,进一步探明排沙漏斗的排沙机理,采用大涡模拟和VOF方法,对排沙漏斗内水气两相流进行了3维数值模拟.计算的水流流速分布与用激光多普勒测速仪(LDA)所测得的试验结果基本一致.根据模拟结果对排沙漏斗内水流流速分布提出了一些新的认识.计算结果显示了排沙漏斗中二次流的特征,分析指出二次流是排沙漏斗能够顺畅高效排沙的关键.     

更正说明

室内火灾具有较高的危险性,是建筑火灾造成人员伤亡和财产重大损失的灾害之首。利用计算流体动力学（CFD）的方法,建立了室内火灾时期烟气流动的三维大涡数值模型,目的是通过对火灾烟气流动的数值模拟,为多室火灾的控制和人员救助提供理论基础。模拟结果认为,火灾及附近地区温度较高,烟流浓度较大,高温引燃其他易燃物品的可能性加大。通风与火灾的发展状态存在密切关系,通风既能降低室内温度,加快烟流及有毒有害气体的扩散速度,同时也为火灾的进一步发展提供条件。从模拟结果与实验验证可得出结论：火源功率大小及房屋的几何尺寸影响着火灾程度、温度及烟流浓度的分布和变化,数值计算的结果总体上与实测结果存在较好的一致性。     

室内火灾烟气流动的三维大涡数值模拟

室内火灾具有较高的危险性,是建筑火灾造成人员伤亡和财产重大损失的灾害之首。利用计算流体动力学(CFD)的方法,建立了室内火灾时期烟气流动的三维大涡数值模型,目的是通过对火灾烟气流动的数值模拟,为多室火灾的控制和人员救助提供理论基础。模拟结果认为,火灾及附近地区温度较高,烟流浓度较大,高温引燃其他易燃物品的可能性加大。通风与火灾的发展状态存在密切关系,通风既能降低室内温度,加快烟流及有毒有害气体的扩散速度,同时也为火灾的进一步发展提供条件。从模拟结果与实验验证可得出结论:火源功率大小及房屋的几何尺寸影响着火灾程度、温度及烟流浓度的分布和变化,数值计算的结果总体上与实测结果存在较好的一致性。     

浅水垫消力池的大涡模拟研究

浅水垫消力池与常规消力池相比,消能效果更好,而且可以减小挖深和池长,经济效果显著。以往对浅水垫消力池的研究多局限于试验手段,本文采用大涡模拟方法对浅水垫消力池进行了数模计算。计算结果表明,在流态、流速、时均压力及脉动压力等水力参数上,数值计算结果都和模型试验结果基本一致,说明大涡模拟方法能较好地模拟具有复杂流动的浅水垫消力池的各种水力特性,可以采用该模拟方法深入研究该型消力池的水力特性及消能机理。     

室内气流大涡模拟的基础性问题研究

室内气流流动是暖通空调工程中的一个重要问题,大空间内的空气分布尤其如此.由于湍流结构的极端复杂性,用解析法对它求解目前是不可能的.大涡模拟作为一种最新发展起来的湍流模拟方法,不但计算工作量较直接模拟小而且在许多情况下具有很高的精度.然而,在把它用于大空间室内气流数值模拟前必须解决一些基本的问题.以高大空间强迫对流为例,研究了大涡模拟中诸如边界条件设定、空间差分和时间差分及时间步取值等重要问题,为大涡模拟在室内气流数值仿真中的应用打下了基础.     

水轮机全三维粘性大涡模拟数学模型研究

采用大涡模拟技术,建立了绝对坐标系和相对坐标系下的联合计算数学模型,控制方程的离散在空间上采用有限体积法,时间上采用了具有二阶精度的“预测-校正”法,固壁边界使用“部分滑移”条件,使用该模型对高水头、高转速混流式水轮机流动特性进行计算。结果表明,转轮计算流场分布与实际情况吻合,在部分负荷工况下,叶片出水边存在脱流现象,造成叶片出水边表面出现负压。尾水管直锥段和弯肘段在部分负荷工况下存在较强的旋流,在轴心线附近存在回流现象,并成功地模拟了尾水管中的涡带现象,与实际观测结果一致,该涡带频率为机组旋转频率的三分之一左右,振幅较大,属于低频大幅值性质,是引起机组振动的根源之一。     

基于大涡模拟的旋风分离器锥体结构影响研究

采用数值模拟方法比较研究两种几何尺寸旋风分离器内流场和颗粒运动。对单相流场采用湍流各向异性的大涡模型(Large Eddy Simulation),对气、固两相流场采用相间耦合的随机轨道模型。研究锥体下口直径对旋风分离器速度分布,压力分布,和对颗粒运动轨迹的影响,为进一步研究旋风分离器的分离机理理论及实验研究打下基础。     

涡电流检测仪的电路设计及仿真研究

许多单晶半导体材料的生长都使用了垂直Bridgman法，而在晶体生长过程中对固液界面的位置和形状进行监测虽十分重要却相当困难。为此，根据许多半导体材料的电导系数在固态与液态时相差很大的特性，设计了涡电流检测仪对界面进行检测。针对涡电流检测仪设计了两模拟测量电路，并用protel对它们进行了仿真比较。在截止频率相同的情况下，涡电流检测仪后采用二阶RC有源滤波器纹波较小，效果较好。     

高速列车车头曲面脉动压力的大涡模拟

为了得出车头曲面脉动压力的分布规律,利用参数变换技术,生成了高速列车车头曲面的四边形贴体网格,进而生成了高速列车头部流场的六面体网格.对车头流线型曲面的脉动压力进行了大涡模拟,得出了脉动压力的分布特性:在流场中某点处产生的压力主要影响该处本地,而对其余点的影响作用则随着距离的增加而迅速减弱;脉动压力的频带很宽,无明显的主频率.各点脉动压力的频谱在低频时幅值较大,随着频率升高,幅值以负指数规律持续下降.脉动压力1/3倍频程频谱的主要能量集中在20～500 Hz频率范围内,随着列车运行速度提高,频谱的主要能量范围有向高频移动的趋势.     

基于球泡模型的大气湍流光束漂移Monte Carlo模拟

大气湍流光束漂移会降低大气光通信系统的性能.把大气湍涡建模为三维空间中随机分布的空气球泡,其折射率和尺寸分别服从正态分布和均匀分布.使用Monte Carlo方法,根据几何光学理论分析光线在球泡中及球泡之间传播时的三维轨迹,并计算在接收面上光线偏离真空传播时的到达点的距离.最后通过模拟大量光线的传播,统计得出不同大气参数和传播距离条件下的光束漂移半径均方值.对比Monte Carlo模拟结果和理论计算结果,发现二者之间具有一致性.     

颗粒群在平面湍射流中输运弥散的大涡模拟

该文针对不同质量流率颗粒群在平面湍射流场中的运动进行了大涡模拟,对颗粒相采用拉格朗日观点的轨道方法进行跟踪.结果显示当流率较小时,颗粒相在漩涡外围聚集较多,流率逐渐增加时,会有颗粒从流动区域逃逸到原先静止的流体区域,以至于在整个射流区域,都相对均匀的分布着颗粒.质量流率对颗粒相在y方向上的平均浓度分布影响相对较小,在流...     

基于湍流自旋理论的二维方腔旋转流动的数值模拟

基于湍流自旋理论对旋转方腔内不可压流体的流动进行了二维数值模拟,用有限容积法在交叉网格上对控制方程进行离散,采用SIMPLEC算法进行计算,对流项的离散方面采用了延迟修正的QUICK格式,最后采用二维的TDMA算法进行迭代求解,并对边界条件处理采用了Block块技术.同时与经典理论即Navier-Stokes（N-S）方程的模拟情况做了比较.得出下列结论：N-S方程表明方腔旋转时内部流体只会作刚体旋转;而自旋模型表明该类流动具有不平凡性和不稳定性：即流体的内聚力不足以使流体跟随固体边界作刚体运动,旋转边界必然在流体中诱导出小尺度耗散涡旋,这些小尺度涡旋在固壁附近组织出正负相间的拓扑缺陷（涡旋场强）,这一流体定向奇性会与速度场耦合,并容易形成复杂的大尺度的涡旋运动.     

基于大涡模拟法的水轮机全流道内部流动的数值模拟

作者建立了水轮机各部件及全流道的的几何物理模型 ,对整个过流通道进行网格 ,利用大涡模拟法对混流式水轮机的内部流动进行数值模拟