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。     

高雷诺数下有限长圆柱绕流阻力特性研究

针对不同长径比的有限长圆柱模型,采用大涡模拟及雷诺平均的方法,对高雷诺数下有限长圆柱绕流阻力特性进行数值模拟和分析,得到了圆柱阻力系数随长径比和雷诺数的变化规律,讨论端面效应对绕流阻力系数的影响。结果表明：在亚临界区内,相同雷诺数下阻力系数随长径比的增大而增大,呈线性变化规律,L/D的对阻力系数的影响明显大于Re对阻力系数的影响;在阻力危机区内,相同雷诺数下阻力系数随长径比的增大而增大,呈二次函数的变化规律,但各工况达到阻力系数“转折点”对应的雷诺数各不相同,基本呈现随雷诺数的增大向前推移的趋势,Re对阻力系数的影响明显大于L/D对阻力系数的影响;在阻力回升区,阻力系数回升的“转折点”随着雷诺数的逐渐增大而向后推移。在各分区内,端面效应对阻力系数的影响随雷诺数增大而更加明显,在高度方向上的最大影响区域约占圆柱总高度的16%。研究结果对有限长圆柱绕流特性的研究及应用具有重要意义和价值。     

垂直螺旋输送机空转时临界雷诺数的分析

垂直螺旋输送机空转时,随着螺旋轴旋转速度的逐渐提高,管中空气将先后出现Taylor-Couette-Poiseuille流动(TCP)和湍流等现象,TCP流中的流态为稳定螺旋涡时,有利于提高散体的输送效率。描述了螺旋输送机空转状态下不可压缩定常流的动力学方程组,分析出螺旋转速、螺旋轴直径、螺距等参数与雷诺数Re之间的关系,并利用Fluent软件进行数值模拟,得到不同的螺旋轴转速下垂直螺旋输送机内的流速矢量图和流线图,推荐出适宜螺旋输送机中TCP流稳定螺旋涡出现的临界雷诺数Re。     

不同雷诺数下螺旋槽径向气体轴承承载特性分析

为研究螺旋槽径向气体轴承在不同雷诺数下承载力的变化规律,建立基于Ng-Pan理论修正的气体轴承润滑模型,利用有限差分法求解该模型,得到不同雷诺数下轴承的承载特性,分析轴承几何参数和槽型参数的变化对承载力的影响。结果表明：螺旋槽径向气体轴承在非层流润滑状态下承载力大于层流润滑状态下的承载力;轴承几何参数对承载特性影响显著,其中随偏心率增大承载力呈发散式增大,且非层流状态下承载力与层流状态下承载力差距加大,随长径比增大承载力呈收敛式增加;轴承槽型参数中槽宽比、槽深比对承载特性有明显影响,随槽宽比、槽深比增加轴承承载力增加,而槽数对轴承承载力的影响并不显著,螺旋角对非层流状态下轴承承载力影响较大;轴承进口压力对承载性能有明显影响,随进口压力增大,承载力在层流状态下增加,在非层流状态下波动较大。     

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。     

来流具有空间攻角的波浪型杆件绕流特性研究

针对波浪型杆件,建立三种波长模型,通过大涡模拟方法在高雷诺数下对来流具有空间攻角的波浪型杆件绕流特性进行分析,研究了不同波长的波浪型杆件速度、压力分布规律,探讨了其周向压力系数、阻力、升力的时域和频域特性.结果 表明:表面倾斜度越大,则表面压力变化越大;波长越小,杆件阻力系数的幅值及主要峰值的范围也大.结合绕流场特性,...     

基于EEMD-Hilbert谱的气液两相流钝体绕流流型识别

为了有效识别气液两相流的流型,以水和空气为实验介质,以涡街流量计为元件诱发钝体绕流,通过管壁差压法获取气液两相流钝体绕流的尾迹波动信号,采用集总经验模态分解对信号进行分解,通过Hilbert变换得到Hilbert边际谱,利用最大互相关系数法对固有模态函数进行筛选,选取特征固有模态函数能量比分别与体积含气率、两相雷诺数构建流型图。结果表明,构建的两类新流型图对单相水、泡状流、塞状流、弹状流等典型流型的识别率分别可达91.67%和88.89%,能较好地满足工程实际应用的需求。     

低雷诺数下等边布置三方柱绕流的数值研究

采用有限体积法对雷诺数Re=100的等边布置三方柱的二维绕流问题进行数值模拟。考虑左"品"字形(布置1)和右"品"字形(布置2)两种柱体几何布置,间距比在1.5~5.0变化,着重分析间距比对流场特性、柱体阻力系数、升力系数及斯特劳哈尔数的影响。研究结果表明,对于布置1,间距比对流场特性与结构具有非常重要影响。当间距比g=1.5时,出现了周期性的双稳态间隙偏流;当g=2.0~3.0时,偏流效应随间距比增加逐渐变弱,下游柱B、C后的尾流流谱不对称;当g=3.5时,间隙流的偏流现象基本消失,柱B、C后的漩涡同步脱落,流场呈现同步对称结构;当g4.0时,柱B、C后的漩涡呈反相位脱落,流场关于来流方向对称。对于布置2,流场特性与结构受间距比影响较小,在所考虑的间距比范围内,未出现偏流现象。相对而言,在较小间距比的情况下,布置2比布置1具有更好的流动稳定性。各柱体的动力特性与流场结构及特性密切相关,各柱体的升、阻力及柱后漩涡的脱落特性与单方柱绕流情形具有很大不同。此外,三方柱绕流的流场特性与柱体动力特性也与三圆柱绕流的情形存在一些差异。     

翻板浮阀阀芯流道两相流流场分析

翻板浮阀是一种重要的内防喷工具,在实际使用中,其阀芯内流道中容易出现岩屑沉积而阻碍浮板的正常开启与关闭。针对其阀芯流道内容易出现岩屑沉积的问题,采用Fluent对其内流场进行仿真计算,研究对阀芯流道锥角变化对其内流场的影响,分析四种不同阀芯入口锥角情况下,阀芯内部流场的气体、岩屑速度情况和岩屑的分布情况。通过研究发现,随着阀芯入口锥度的增大,气体和岩屑的运动速度逐渐增大,阀芯内部流场的紊流情况加剧,在锥角达到5°和7°时,浮板动作区域出现大范围的漩涡;岩屑体积分数随着锥角的增大出现不均匀的情况,并从流道直径最小处向进口处,出现岩屑沉积。     

河道内构筑物承载的流固耦合研究

利用有限元软件ANSYS中的流体计算模块CFX和Workbench平台对受流体作用的河道内构筑物进行了流固耦合分析,显著减少使用以往理论公式带来的计算误差,精确、有效地对模型进行了仿真。通过CFX计算求得流体作用力,然后利用Workbench将其以插值方式传递到构筑物上进行固体分析计算,最后得到物体在流体作用下的变形和应力分布。分析了高雷诺数下,圆柱自由表面绕流模型作用在柱身上的流体作用大小和分布状态。结果表明:流体压力沿高度方向近似线性增长,沿圆柱截面方向先减小后增大。     

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。     

不同间距比下串列双圆柱绕流的可视化实验

为了研究串列双圆柱绕流规律,针对本实验设计了开式循环水槽,将染色法及粒子图像测速(PIV)系统相结合,对不同雷诺数下的单圆柱、不同间距比的串列双圆柱绕流进行定量及定性的可视化实验。首先验证实验装置的稳定性,然后对不同雷诺数下的单圆柱绕流进行可视化实验,将实验数据与文献数据对比,验证实验装置的正确性。Re=200时,得出以下实验结论:当中心距Ps≤3D时,上游圆柱的尾流呈现出稳态,而下游圆柱的尾流是非稳态;增大间距,上游圆柱的尾流逐渐由稳态变成非稳态,并且这种非稳态将会加强下游圆柱尾流的非稳态,随后下游圆柱后端出现有规则的涡脱现象。     

绕管式换热器的结构形式分析及应用前景

介绍绕管式换热器的基本结构和性能特点,综述国内外绕管式换热器中绕管的结构发展状况,重点阐述了绕管的表面形态和缠绕方式,结合国内外学者的试验和模拟研究结果,说明不同绕管换热器的技术特性,并展望绕管式换热器的应用前景。     

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。     

过渡流下异管径三圆柱绕流的可视化实验

为研究过渡流下不同雷诺数Re,不同横向中心距Ps的异管径三圆柱绕流的流动特性,采用二维粒子图像测速系统(PIV)对过渡流下异管径三圆柱绕流进行可视化实验研究.结果 表明,Re=120、150和200时,横向中心距的变化对上下游圆柱尾流有着明显影响.横向中心距的变化主要影响上下游圆柱的互相作用,从而引起尾流旋涡形态的变化...     

光整加工中两种旋涡流流场的计算机仿真与比较

运用了CFD通用软件Fluent和Gambit分别对具有3个喷嘴旋涡头的等直径圆管内和环形圆管内的旋涡液流场进行了数值模拟,并将模拟结果用矢量图、流线图、云图及曲线图表示,通过对模拟结果的分析和比较,显示了强制环流装置的优越性,为进一步研究提供了理论依据.