基于大涡模拟的空气绕流微细管流动特性研究

在1000≤Re≤7000范围内,采用大涡模拟对空气绕流1mm微细管进行了数值研究,通过升阻力特性和时均雷诺应力分布等湍流统计特性着重研究微细管表面受力特性以及极近尾流区流动特性。结果表明,在获取空气绕流微细管湍流统计特性时,统计70个涡脱周期的时间足以获得可靠的时均统计结果;随着临界雷诺数的增大,时均阻力系数和微细管表面压差阻力变化趋势相同先减小后增大,表面摩擦阻力减小,流动分离提前;此外极近尾流区湍流脉动强度在雷诺数增大到5000后,继续增加雷诺数对极近尾流区湍流发展无明显促进作用。     

中雷诺数圆柱、方柱绕流PIV试验对比研究

介绍了粒子图像测速法的基本原理,设计开发了符合试验要求的开式低速循环水槽,建立了圆柱、方柱绕流数据试验平台,采用粒子图像测速法(PIV),获得圆柱、方柱绕流图像。采用INSIGHT 4G软件对试验过程进行全面调控,通过对图像的分析比对,揭示试验条件下中雷诺数圆柱、方柱绕流的流场特性。与已有的模拟及试验结果进行对比,验证了粒子图像测速法及试验台的准确性。并选取特定雷诺数进行(圆柱)周期性研究,分析圆柱,方柱绕流特性的区别与联系。     

亚临界雷诺数下凹坑圆柱绕流数值模拟分析及减阻性能研究

为研究非光滑圆柱绕流减阻性能,采用SST k-ω湍流模型对亚临界雷诺数R_e=40 000下凹坑圆柱绕流进行数值模拟及减阻性能研究。对凹坑深度、内部形状、分布形式进行了结构参数敏感性分析,研究各参数对凹坑圆柱绕流减阻性能的影响规律。结果表明:凹坑圆柱具有较好的绕流减阻效果;阻力系数、升力系数均随凹坑深度增加呈先减小后增大的变化趋势,且在h=0.015D时,凹坑圆柱绕流具有最佳减阻效果;圆柱形凹坑圆柱平均阻力系数为0.923,球面形凹坑圆柱平均阻力系数为0.94;菱形分布凹坑织构的圆柱绕流阻力系数平均值为0.923,矩形情况为0.973。     

k-ε涡粘湍流模型用于离心泵数值模拟的适用性

以IS80-65-160离心泵为研究对象,对设计工况和八种非设计工况进行了整机系列相对位置定常流动数值模拟.计算中分别采用标准k-ε模型、RNG缸k-ε模型和Realizable k-ε模型三种k-ε涡粘湍流模型,以考察比较它们对离心泵内流模拟计算的适用性.计算中考虑了叶轮和蜗壳之间相对位置变化对流场的影响,较全面反映叶轮与蜗壳间的相互作用.在数值模拟的基础上,计算了基于三种湍流模型的扬程、轴功率、效率及性能曲线,并与试验性能曲线进行对比.研究表明:三种肛k-ε涡粘湍流模型均可用于离心泵内部流动数值模拟计算,采用Realizable k-ε模型的离心泵仿真结果与试验吻合最好.     

基于准k-ε-v~2/LES模型的汽车外流场数值模拟

采用RANS/LES混合模式对汽车外部的平均流场进行计算分析。采用三方程的k-ε-v～2湍流模型作为RANS/LES混合模式中的RANS部分。针对k-ε-v～2湍流模型中的正应力(v 2)输送方程以及用于构造松弛函数f22的椭圆方程引起数值计算不稳定等问题,根据Boussinesq假设和量纲一分析对微分形式的v 2方程进行合理的简化,推导出代数形式的正应力v 2方程以及新的湍动粘度方程。最终获得新的准k-ε-v～2/LES混合模型,并将其应用于汽车外部流场计算仿真中。准2k-ε-v～2/LES模型的控制方程借用商业软件Fluent中的Realizable k-ε/LES模型中的k方程和方程,并采用Fluent UDF将代数形式的v 2方程以及新的湍动粘度方程写入计算程序中。计算结果与其他RANS/LES混合模型、完全大涡模拟以及风洞试验进行对比分析,结果表明,在同等的计算条件下该混合模型能更加准确且高效地模拟车身表面的气流分离以及尾部流场。     

串列三圆柱绕流的时均压力分布与气动力

运用刚性模型测压风洞试验方法对单圆柱、不同间距串列双圆柱和串列三圆柱绕流的时均压力分布与气动力进行了研究。首先,进行单圆柱模型和不同间距串列双圆柱模型的绕流试验,试验的雷诺数为3.4×104;其次,通过与单圆柱进行对比,讨论了气动干扰对串列三圆柱时均压力分布与时均阻力的影响规律;最后,通过与串列双圆柱进行对比,讨论了圆柱的数量对干扰规律的影响。试验结果发现,串列三圆柱的绕流存在两个完全不同的流态,其切换的临界间距(L/D)cr在3.5～4.0之间,两个流态下的时均压力分布与时均阻力存在明显的差异。本研究可对实际工程中串列圆柱结构的风荷载取值提供参考。     

近壁串列双圆柱绕流自激振荡及强化传热研究

近壁串列双圆柱绕流是研究强化传热的典型模型之一,在动力工程领域有着广泛的应用。针对该模型中特有的流动传热特性进行了研究,重点分析了局部区域的强化传热机理。结果表明：壁面传热在两圆柱附近的区域出现不同程度的增强,在Re=400时第二个圆柱影响区域3≤x/D≤5的强化效果最好。进一步分析强化传热的形成原因,-1≤x/D≤1区域的强化传热主要由流动加速效应引起;3≤x/D≤5区域的强化传热主要由第一个圆柱尾流的低频自激振荡效应与流动加速效应的共同作用引起。深入研究这一共同作用,得出第二个圆柱附近的流动不稳定性与传热不稳定性的相互影响是局部强化传热的根本原因。     

不同雷诺数下的单一圆柱绕流流场分析

为了分析均匀流体流经圆柱发生体后产生的绕流流场特性,采用数值计算的方法,对不同雷诺数下的均匀来流流经圆柱体的流动过程进行数值计算,研究分析不同工况下流场的流动形态,得到了不同雷诺数流动状态下的流场参数变化规律谱及流经圆柱发生体时的流线谱,并对同一雷诺数下不同时刻的流场形态及静压力变化情况进行了分析。结果表明,流体流经圆柱发生体时的阻滞作用随雷诺数的变化而产生变化,流体惯性力随雷诺数的增大对流场的平衡状态产生的影响增大,流经圆柱发生体后的旋涡由旋向相反的对称分布逐渐发生扰动,且旋涡尺度逐渐增大;同时,受圆柱发生体阻滞作用及流体黏性的影响,在圆柱发生体迎流面受到的力作用最大,圆柱发生体上下对称分布位置的力作用基本一致,随着流动距离的增大,流场的静压力逐渐变小,流场变化趋于平缓。     

中等半径比内轴高旋圆柱间湍流场的大涡模拟

利用大涡模拟对中等半径比内轴高旋圆柱间湍流场进行了数值模拟。半径比为0.83,形状比为6,侧墙为静止侧墙、旋转侧墙及无剪切力侧墙3种边界条件。模拟结果表明,大涡模拟对该类问题有较强的预报能力。侧墙静止时,涡流始于靠近侧墙的左下方和右下方位置,然后涡心向上向中间移动,涡胞逐渐变大,外轴上形成众多小涡,小涡的涡心向下移动涡胞变大,最后涡胞混合在一起,充满整个轴间。侧墙旋转时,涡流始于靠近侧墙的左上方和右上方位置,然后涡心向上向中间移动,涡胞逐渐变大,外轴上形成众多小涡,小涡的涡心向下移动涡胞变大,最后涡胞混合在一起,充满整个轴间。在无剪切力侧墙边界条件,涡流场形成过程与侧墙旋转时形成过程相似。轴间流场最终形成固定数量的涡胞,且随着时间的推移,各个涡胞呈现此消彼长的局面,始终保持固定数涡胞的存在。在侧墙静止和无剪切力条件,流场最终形成8个涡胞;侧墙旋转时,流场最终形成6个涡胞。     

不同网格划分方式的圆柱型舵杆绕流数值模拟结果比较

涡泄的存在使得舵杆表面周期性变化的升力和阻力增加,从而导致物体的振动,影响了舵杆的稳定性。阐述了将舵杆简化为二维圆柱模型。二维圆柱模型绕流分析主要依靠数值模拟,目前已经广泛运用,有限元软件模拟首先要考虑网格的选取与划分,运用两种网格划分方式模拟Re=200时二维静止圆柱的绕流情况,对模拟出的升力与阻力系数进行比较与分析。计算结果表明第二种划分方式计算出的结果更加接近实验结果。     

等热流热绕流运动密度场的加权残数解

本文给出了等热流条件下热绕流运动密度场的加权残数解，并且在一给定的工况下计算了相应的密度场，所得结果与数值解及实验情况相吻合。该解法具有解析结构清楚，计算工作量小的特点。     

基于改进的低雷诺数湍流模型的软性磨粒流加工仿真与实验

针对模具结构化表面软性磨粒流精密加工中壁面特性求解困难的问题,基于改进的低雷诺数湍流模型提出了一种对软性磨粒流壁面特性进行分析的方法。该模型仿真的湍流可以从充分发展的高雷诺数湍流到低雷诺数湍流,所以,对于壁面区域的求解精度更高。以机械加工中常见的U形沟槽为仿真对象,数值模拟了其内部流场,尤其是壁面区的流场特征参数。分析结果表明:当初始压力p0在2.5～4.5MPa之间时,流道的内部流动是不完全发展的湍流,详细分析了p0为4.5MPa时渐变截面流道的内部流动,压力与速度分布均是中心高、两侧低,而且越靠近U形底部,压力值和速度值越高;磨粒流速度一直增大,磨粒受到的驱动力增大,使得单位时间内颗粒与壁面的碰撞增加。通过碰撞观测实验发现磨粒对壁面的碰撞速度与仿真结果相符,加工实验进一步验证了仿真结果。     

三偏心蝶板绕流尾部涡脱落的研究

通过数值模拟的方法,对三偏心蝶板绕流尾部涡的脱落进行研究,根据全流场的流线图和涡量图,得出在不同工况下,Re为10~6～10~7量级时,蝶板尾部蒸汽的分离点位置相同,并且分离点与来流方向的夹角为106°。通过监测蝶板面升力系数随时间的变化历程,得到4种不同工况下,蝶板尾部涡的脱落频率,随着进口蒸汽Re的增加,涡的脱落频率也随之增大。此外,针对截面为凸台形状的蝶板,得到在Re为10~6～10~7量级时,其特征参数斯特劳哈尔数为0.19～0.22。     

FBM湍流模型在云状空化流动数值计算中的应用与评价

为评价一种基于滤波函数湍流模型在非定常空化流动计算中的应用,分别采用基于标准RNGk-ε的滤波器模型(Filter based model,FBM)、修正RNGk-ε模型、基于修正RNGk-ε的FBM模型对绕Clark-y翼型云状空化流动进行模拟,研究云状空化流动现象,获得了随时间变化的空化形态、压力场和升、阻力等流场和动力特性。通过与试验结果的对比发现,不同湍流模型的选取对计算所得的空穴长度、压力场和升阻力均有影响,而对流场动力特性的主要频谱分布影响不明显。采用基于修正RNGk-ε的FBM模型可更准确的模拟出云状空化形态与空化区尾部涡团交替脱落的非定常细节。     

基于Realizable湍流模型的弯管流动模拟分析

以工程实际中广泛应用的管道为基础,针对管道输送中弯管的薄弱环节,基于Fluent可实现湍流模型,分别采用定常与非定常模拟的方法,建立油水两相流流场的数学模型,研究弯管油水两相流动的速度、压力、流线部分的特性。研究结果表明定常与非定常数值模拟弯管两项流动都具有较好的模拟效果。     

滚道表面粗糙度对高速圆柱滚子轴承弹流的影响

建立了基于表面粗糙度的高速圆柱滚子轴承热弹流分析模型，分析了轴承滚道表面粗糙度幅值大小及其方向对轴承弹流的影响，结果表明：轴承滚道表面粗糙度、表面粗糙纹理方向、粗糙度幅值及其粗糙度波长对高速圆柱滚子轴承的弹流特性具有显著的影响；选择合理的轴承滚道表面粗糙度幅值、波长及纹理方向，可以有效改善高速圆柱滚子轴承的弹流特性。     

基于SST k-ω模型的汽车空调CFD仿真分析

以汽车空调为研究目标,利用SST k-ω两方程模型,在除霜模式下分别对带HVAC及不带HVAC的空调系统进行仿真计算,分析了HVAC系统对仿真计算结果产生的影响。此外,分析结果显示位于驾驶员侧的前挡玻璃表面速度满足要求,位于副驾驶侧的前挡风玻璃表面速度大于1.5 m/s的区域覆盖率仅为75%左右,不满足国标要求。侧窗玻璃表面速度均值不到1 m/s,也不满足国标,仿真结果与试验结果对比相一致。风道存在较大问题,导致除霜风道气体集中从中间风道吹出,两侧风道的气流极小。根据结果提出进一步的改进建议,即在除霜风道增加必要的隔板装置,为汽车空调的改进设计提供依据。