空腔不可压缩流动特征及其声学特性研究

空腔作为舰船表面常见结构之一,其流动特征和声学特性近年已成为学术界研究的热点。该文以长深比L/D?2的空腔为原型,改变空腔底面坡度,用数值模拟方法考察空腔形状对空腔流涡结构和声辐射特性的影响。空腔非定常水流场数值模拟采用二维大涡模拟方法,分析了空腔底面坡度对空腔时均和瞬时流动特征的影响,比较了腔中瞬时涡量变化和壁面脉动压力特性。计算结果表明,底面坡度使空腔振荡模式从剪切层模式转变为尾流模式,振荡频率减小;计算结果与空腔流动流场PIV测量结果相比较吻合良好,验证了流场计算的有效性。同时采用LES-Lighthill声类比法混合方法,比较了不同形状空腔的噪声辐射特性;结合流动特征,分析了刚性壁面空腔的噪声机理和空腔底面坡度对声场的影响。分析结果表明,空腔流激振荡发声是主要噪声源,腔体的水动力噪声以低频噪声为主,总噪声级和低频纯声辐射具有指向性,上游辐射声压级较高;底面坡度使声压级增大,对声场指向性影响不大。     

透空潜坝附近水流特性的数值模拟

透空式潜坝是一种兼顾生态和环境的新型整治建筑物。为深入了解透空潜坝附近水流特性,基于N-S方程和不可压缩气液两相流理论建立三维数值水槽,对梯形透空式潜坝附近水流特性进行数值模拟,研究了透空率、水深和流速对潜坝附近流场、紊动能和涡量等水流特性的影响规律。结果表明:相同水流条件下,随着透空率的增大,坝后回流流速减小,坝后根部紊动强度逐渐增大,而坝后1~4倍坝高范围内紊动强度逐渐减小,涡量先增大后减小。透空率不变情况下,在相同断面平均流速条件下随着水深增大,透水率逐渐减小,潜坝附近紊动强度整体减小,但紊动范围变化不大,坝顶强涡量区面积减小。在相同水深条件下随着断面平均流速增大,涡旋回流强度逐渐增大,潜坝附近高紊动区紊动强度整体也增大, 坝体顶侧和透水圆孔附近正负涡量间隔分布,强度逐渐增大。     

45°斜式轴流泵装置的流动特性分析与实验

基于三维不可压缩流体的雷诺平均N-S方程和RNG k-ε湍流模型,采用CFX软件计算了对某一45°斜式轴流泵装置在额定转速下210 L/s~370 L/s流量范围内多个工况点的内部。分析了进、出水流道的流动特性,重点研究了旋转叶轮对进、出水流道内流场及水力性能的影响,预测了泵装置的水力性能。通过计算得出泵装置的水力性能,并与泵装置模型试验结果比较,表明斜式轴流泵在低扬程泵站中具有较优的性能特性。研究结果对低扬程泵站的水力设计具有重要的参考价值。更多还原     

基于全模拟的水泵装置模型虹吸出水流道水力特性分析

虹吸式出水流道是大型泵站出水流道的主要形式之一,由于实际工程地形条件的限制,南水北调东线水源工程江都一站所采用的虹吸出水流道在工程设计中并不常见。针对江都一站泵装置模型虹吸出水流道,通过CFX软件对该泵装置全流道进行数值模拟,研究虹吸出水流道内部水流的运动特性、预测水力性能。计算结果表明管路水头损失主要来自于弯管段的水头损失,从出水流道进口至出水流道出口涡量呈现下降趋势,但是在出水流道出口,由于截面面积过大导致出口截面速度分布不均且引起了涡量的增加。对该泵装置进行外特性预测得到的结果与试验数据的整体趋势基本一致,表明计算结果真实可信。     

不可压缩空腔流振荡模式和声学特性研究

不可压缩空腔流的振荡模式和声学特性研究近年来成为研究的热点,而空腔的长深比(L/H)是影响空腔流振荡模式和声学特性最重要的参数之一。该文在五类不同的长深比(L/H=4:1、2:1、1:1、1:2和1:4)下,来流分别为2 m/s和4 m/s时,对比分析了空腔流的振荡模式和流动特性。另外,使用大涡模拟(LES)声类比混合方法预测不同情况下空腔的声学特性,先用LES计算所得到的空腔非定常流场建立声源项,然后使用Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)声类比来预测远场噪声,比较不同长深比空腔的声学特性。计算结果表明,对L/H=4:1的空腔流动,振荡模式是尾流模式;而在L/H=2:1的情况下,振荡模式是剪切层模式;当L/H减小到一定程度时,将不会发生振荡。空腔的主要噪声源是空腔流激振荡,低频下声源声压级较大;空腔的总噪声级具有指向性。     

淹没丁坝附近三维水流运动大涡数值模拟

通过大涡数值模拟研究了丁坝附近水流特性。在数值模拟过程中基本方程采用大涡模拟方程,由Smagorinsky模型得到小尺度涡粘性系数,在此基础上给出了大涡模拟数值计算方法;并利用试验观测数据,验证了数值模拟结果,同时比较了上挑、正挑、下挑3种淹没的不透水丁坝附近水流特性     

沙纹床面上波流共同作用的数值模拟

海滨地区广泛存在涡动沙纹，它很大程度上决定着波浪衰减和泥沙运动。本文建立了描述波浪、水流共同作用下底层流动特性的立面二维数值模型。模型成功模拟了波浪、水流共同作用下底层分离涡随时间、空间变化的动力特性，文中还进一步对波浪、水流不同对比情况下的涡动力特性及分离涡尺度和紊动特性进行了讨论。     

明渠均匀流流速横向分布的涡黏性模型

为了研究明渠水流的运动特性,开展了明渠水流流速横向分布数学模型的研究。本文根据量纲分析方法和实验资料,得到水流横向剪切作用下横向涡黏性系数的关系式;基于均匀流的水流运动方程,按照有限差分方法,建立流速横向分布计算模型。该模型具有计算简单、快捷和精度较高的优点,且数值计算不受横向涡黏性系数的结构形式和断面形态的影响。采用明渠水流实验资料验证数学模型,数学模型计算的流速横向分布与实验资料较一致,具有较高的理论意义和应用价值。     

杨树浦港贯流泵流道流态的计算分析

本文采用三维不可压缩雷诺平均N-S方程作为紊流的控制方程,对杨树浦港泵站4台双向贯流泵组在排涝和引水工况下的进出水流道进行模型计算,从而得出合理的流道布置。     

两种簸箕形进水流道泵装置数模分析与比较

利用三维湍流数值模拟方法分析比较了两种流道在带泵与不带泵情况下进水流道的出口流场情况以及流道水力损失情况。研究结果表明,两流道在各工况下,内部流态良好,无漩涡或脱流。水流在到达两流道出口断面时速度均匀度已经比较理想分别达到94.40%和94.58%,速度加权平均角分别达到89.9°和89.9°。泵装置的计算结果表明叶轮旋转对水流流速均匀度的影响较为明显,而对水流速度加权平均角的影响微小。水泵叶轮旋转对进水流道的水力性能会有一定的影响,泵装置水力特性并不是泵水力特性和流道水力特性的迭加。在大流量工况区流道形式1的水力性能稳定性要稍优于流道形式2。更多还原     

Vorticity vector-potential method based on time-dependent curvilinear coordinates for two-dimensional rotating flows in closed configurations

In this study, a vorticity vector-potential method for two-dimensional viscous incompressible rotating driven flows is developed in the time-dependent curvilinear coordinates. The method is applicable in both inertial and non-inertial frames of reference with the advantage of a fixed and regular calculation domain. The numerical method is applied to triangle and curved triangle configurations in constant and varying rotational angular velocity cases respectively. The evolutions of flow field are studied. The geostrophic effect, unsteady effect and curvature effect on the evolutions are discussed.     

通量差分分裂上风差分格式求解船舶粘性流动

本文阐述了采用人工可压缩方法计算不可压缩粘性流体的流动问题。对一般曲线坐标系下的流动控制方程采用了通量差分分裂上风差分格式和二阶中心差分格式离散。在隐式求解格式下，代数方程组用线松弛方法求解。本文计算了Ｍ维圆柱绕流和Ｗｉｇｌｅｙ船的绕流问题，计算结果同试验相当吻合，这说明本文所采用的方法是处理不可压缩流动的可靠方法。     

混流式水轮机飞逸过程瞬态流动与能量耗散研究

水轮机经历飞逸过程时,其内部将出现流动分离、涡漩及高振幅压力脉动等瞬态水力特性。为明确其在飞逸过程的不稳定流动特性,本文以某典型水头段混流式模型水轮机为研究对象,对其由额定转速过渡至飞逸转速的瞬态流动过程开展研究,数值计算获得的飞逸单位转速及流量与试验测试结果吻合较好。结果表明:飞逸过程中,转轮进口处水流在大冲角作用下形成较强的流动分离,诱发转轮叶片通道产生大尺度的涡漩结构,且随转速升高,涡漩体积逐渐增大,对主流形成强烈扰动。过流部件内均捕捉到低频、宽频特征的高振幅压力脉动,频率范围在0.5倍叶频以下,且对应的转轮域压力幅值最高。进一步,本文基于能量平衡方程分析水轮机能量耗散特性,发现各过流部件能量耗散主要发生在转速上升的初始阶段,且转轮和尾水管内的能量耗散之和超过耗散总量的90%。此外,湍动能生成项和雷诺应力做功项远大于黏性耗散项和黏性力做功项,表明不稳定飞逸过程中的能量输运和耗散主要由湍流主导。转轮内的主要能量耗散位置与涡漩结构位置对应,表明转轮内流动分离诱导的复杂涡漩结构是引起能量耗散的根源,为进一步揭示水轮机飞逸过程的能量耗散机制研究指明了方向。     

船体各种剖面的横摇阻尼与旋涡的形状

本文运用求解N－S方程的手法研究船体的横摇阻尼问题。利用作者原先提出的计算方法，数值模拟船体各种二维横剖面在横摇时的粘性流场。计算结果表明涡的位置与实验结果相当吻合，同时给出了横摇时各种横剖面的剪切应力与压力分布，比较各种不同剖面的旋涡形状可以发现，对于船舯附近的剖面，船体周围有两个涡，而对于船首或船尾附近的剖面，船体周围只有一个涡。利用这一数值模拟结果计算了包括粘性影响的横摇阻尼，计算结果表明横摇阻尼中压力成分比剪切应力成分要大。     

两层黏性流体中直立圆柱体绕流的三维数值模拟

研究了两层流体中直立贯底圆柱体的三维黏性绕流问题.以不可压缩Navier-Stokes方程为控制方程,应用VOF方法追踪两层流体的内界面,建立了该问题的数值模拟方法.成功地数值模拟了两层流体中圆柱体黏性绕流产生的三维尾涡特征,表明了流体的密度分层效应对直立贯底圆柱体的尾涡特性和阻力系数都是有影响的.在海洋立管涡激振动的研究中,考虑流体的密度分层效应是重要的.     

NUMERICAL SOLUTION OF INCOMPRESSIBLE VISCOUS FLOW OVER AEROFOIL WITH H-TYPE GRID

The numerical solution of incompressible viscous flow over an aerofoil is obtainedby H-type grids and a special difference scheme. The method of mass flux corection is introducedwith success in order to accelerate convergence in iteration of velocity and pressure calculation.     

H网格数值求解粘性不可压缩叶型绕流

本文用H型网格和特殊的差分格式数值求解了粘性不可压缩叶型绕流。为了加速速度和压力迭代的收敛性成功地引入了质量流量校正法。     

基于LES方法圆柱绕流三维数值模拟

该文采用计算流体软件CFX5中Large-eddy simulation(LES)模型计算了均匀流场中三维圆柱绕流的水动力特性。使用有限体积法对三维N-S方程进行求解。数值模拟着重研究了高雷诺数时展向各截面的压力、阻力、升力及涡管特性。数值计算结果表明:展向各截面柱体受力关于中截面对称且小于二维情况,柱体周围流场呈现明显的三维特性。     

弯肘型尾水管非定常涡旋流动数值模拟

本文采用有限体积法求解用代数雷诺应力模型封闭的雷诺平均N—S方程组，对湖北清江隔河岩水电站l号发电机组的尾水管，在部分负荷工况运行时的非定常涡旋流动进行了数值分析。结果表明，在水轮机部分负荷运行，特别是负荷为40％左右时，尾水管内形成了明显的旋转涡带。数值模拟得到的尾水管中压力脉动的频率，与湖北中试所在隔河岩进行测试的结果基本一致。     

THE PARALLEL CALCULATION METHOD OF INCOMPRESSIBLE VISCOUS FLOW IN CYLINDRICAL PASSAGE

ＴＨＥＰＡＲＡＬＬＥＬＣＡＬＣＵＬＡＴＩＯＮＭＥＴＨＯＤＯＦＩＮＣＯＭＰＲＥＳＳＩＢＬＥＶＩＳＣＯＵＳＦＬＯＷＩＮＣＹＬＩＮＤＲＩＣＡＬＰＡＳＳＡＧＥＨｅＨｏｎｇ－ｑｉｎｇ；ＺｈｏｕＸｕ；ＣａｉＴｉ－ｍｉｎＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，...