外壁转速对圆环扇形截面流道内流动特性的影响

圆环扇形直流道内的流体在轴向压降及外壁旋转共同作用下形成三维螺旋流动,针对不同外壁转速下的三维螺旋流动进行数值模拟,探究不同轴向雷诺数以及周向雷诺数下外壁转速对流体三维速度分布的影响规律.研究结果表明:在较低的外壁转速下,周向速度关于环扇形流道截面角平分线成对称分布,而径向速度关于角平分线成反对称分布;随着外壁转速的提高,三维速度分量的对称或反对称关系遭到破坏,速度中心的径向及周向位置随外壁转速产生有规律变化;外壁旋转的圆环扇形流道内具有三个涡流区域,其中靠近外圆柱面的主螺旋涡旋转方向与外壁面旋向相同,而靠近内圆柱面上下角点的两个Moffatt涡旋向与外壁面转动方向相反;主螺旋涡在外圆柱面带动下向其旋转方向偏移,而距离主螺旋涡中心较远的Moffatt涡在低压作用下涡流区域随外壁转速的提高而显著增大.     

等腰直角三角形螺旋流道内湍流流体流动性能模拟

应用CFD软件研究等腰直角三角形螺旋流道内湍流流体流动特性,计算并对比不同结构参数的数值模型充分发展的湍流流场结构,得出流道内、外壁面的局部阻力系数分布,并分析雷诺数(Re)、曲率及挠率对流体流动阻力的影响.结果表明:等腰直角三角形螺旋流道内湍流流体的二次流为稳定的两涡结构,离心力的作用使外壁面处流体轴向速度梯度远大于内壁面处,因此外壁面的平均阻力系数较大,外壁面的平均阻力系数约为内壁面的1.5~1.7倍.壁面流体平均阻力系数随Re和无量纲曲率的增大而增大,但受挠率影响不大.     

旋转环形偏心圆截面弯管内流动特性分析

采用贴体坐标系下的SIMPLE方法来求解旋转环形偏心圆截面弯管内流体流动的速度场。分析了偏心距和旋转对于二次流以及轴向速度分布的影响，同时给出了平均摩擦系数和壁面摩擦力的分布。结果表明，二次流和轴向速度的最大值总是趋向位于内、外壁面距离较大的一侧。在计算参数保持一致的条件下，在所研究的3种偏心距（0，0.2，-0.2）中，当偏心距为0.2时平均摩擦系数最小。当旋转从负到正连续变化时，平均摩擦系数和二次流强度存在临界点，临界点的数值依赖于偏心距。     

恒热流工况下螺旋管内层流换热性能数值模拟

在恒热流工况下,数值模拟雷诺数为200～1000,无量纲螺距为0．1～0．2,曲率为0．1～0．3的螺旋管内不同截面上的温度场分布和速度场分布以及雷诺数、曲率和无量纲螺距对轴向不同截面上平均努谢尔特数、平均摩擦系数以及总熵产的影响规律。结果表明,随着转角增大,二次流作用加强,且垂直于轴向截面的最大速度向管的外侧移动,而温度分布出现两个Dean涡胞;轴向截面平均努谢尔特数和摩擦系数以及总熵产随雷诺数、曲率和螺距的变化呈现不同的规律;与曲率相比,螺距对热力性能的影响程度相对较小;且流动引起的熵产和传热引起的熵产相比可忽略不计。     

一种强化换热流道的传热特性及流体扩散性分析

以一种正交波纹流道为研究对象,应用CFD软件Fluent对其在低雷诺数下的特性进行了数值研究,并对数值结果进行了实验验证.研究表明,流体在较小的流速下,获得较好的传热效果.受流道的影响和流体黏性力的作用,随流体在流道中几何位置变化,流线间的相对位置与速度大小分布变化明显,在截面上形成了比较明显的二次流.流体受到了较大程度的拉伸与折叠作用,横截面内具有较大的横向速度分量且变化明显,流体在不同的几何位置处速度的大小与方向各不相同,不同位置处的流体质点受到不同的拉伸与折叠强度,形成复杂三维速度场,流道内形成较强的对流,增大了流体间的混合与传热.所得结论与研究方法可以为低雷诺数下流道内的传热、混合强化机理分析与结构优化提供参考.     

混沌对流强化传热的场协同分析

基于采用周期性计算模型得到的混沌对流流道内的流体流动与传热数值计算结果,应用场协同原理,对混沌对流内强化传热进行分析.分析了混沌流道截面上流场与温度场的协同关系,讨论了流道内不同雷诺数下Nusselt数与平均流速与温度梯度矢量积和平均协同角的对应变化趋势,并与普通直流道内层流下的流动与传热场协同情况进行了对比.结果表明,混沌流道改变了流体在流道内速度场的分布,流场的变化影响了温度场的分布,使得两场的协同效果得到明显的改善,从而强化传热.在整个流道内,混沌对流的Nusselt数与速度和温度梯度两矢量的点积具有相同变化关系,混沌对流强化传热的根本机理是改善了两场的协同关系.     

表面活性剂水溶液弹性湍流特性实验研究

弹性湍流是本世纪初发现的一种新的流动现象,发生在具有弯曲流线的粘弹性流体低雷诺数流态下,对其发生机理和特性的认识还很匮乏.利用传统的二维低速粒子成像测速仪和高速动态粒子成像测速仪(PIV)实验研究了自由面旋转流中的弹性湍流的统计特性.对PIV测得的低雷诺数表面活性剂(十六烷基三甲基氯化铵)溶液粘弹性流体旋转流中水平面和子午面内的速度场进行了流型观测.结果表明实验测量的弹性湍流以大涡运动为特征,表现出在时间上随机而在空间上光滑的特性.     

垂直井筒中涡流工具流动特性数值分析

为了更清楚地了解排水采气过程中管内流场分布情况及涡流工具中流体的运动情况,利用流体数值模拟软件,针对连续油管及涡流排水采气技术进行研究,同时对两种排水采气方式内部流场进行分析和对比,得到液相分布云图和速度图。通过对涡流工具的研究以及模拟分析可以得出以下结论:在该两相流模式中,管壁液相流动是主要的一种流动形式,涡流工具主要是依靠其结构对流体进行导向流动,流体在涡流工具的作用下产生旋转流动。在涡流排水采气过程中,含液量对轴向速度及切向速度影响相对较小,含液量主要影响过流压降。     

利用PIV测试水槽流场的实验研究

采用PIV瞬态流场测试技术,利用环形喷管,对水槽内法向面上一个截面上的速度矢量场和涡量场进行测量。定量分析不同雷诺数对速度场和涡量场的影响,描述水槽内涡旋的形成及其影响因子。分析涡旋流场强化传质的本质。结果表明,通过改变流量引起雷诺数的变化,改变了水槽内涡流的特性。为研究油品调和的流场提供一种途径。     

离心泵内变工况流动特性的数值研究

通过Fluent软件对某单级单吸涡壳离心泵内流动进行了变工况定常数值模拟,数值模拟值与实验值吻合良好。在此基础上分析流道内相对速度分布及总压分布情况。并探讨了轴向涡随流量的变化特征及叶轮与涡舌相对位置变化对流动的影响。数值模拟结果显示,随着流量的增加流道出口相对速度增加,总压降低,流道内轴向涡有所减小。靠近涡舌流道的流量较大,而远离涡舌的则较小。这种流动状态沿叶轮周向分布不均匀现象是普遍存在的,且在非设计工况下表现得更明显。