煤液化调节阀流场演变特性的测试与分析

利用粒子图像测速技术（particle image velocimetry,简称PIV）和涡量分析原理对调节阀不同工况下的流场信息进行测量,研究了进口压力对液压调节阀速度场、涡量场及湍动能的影响。结果表明：调节阀节流口处有对冲射流,其在阀芯头部下游汇合后形成向下游的整体喷射;节流口下游的油液轴向速度先减小后增大,在喉部末尾处附近趋于稳定;在靠近壁面区域油液径向流动速度都较低,在流道中心区域流动速度较高;阀芯头部和下游流道存在由速度梯度引起的介质回流旋涡,高涡量区域主要分布在阀芯头部和壁面处,强的正涡与负涡呈2条斜形宽带分布;阀芯头部为高涡量区且具有贴壁特征,壁面附近高涡量区向下游延展;随着调节阀进口压力的增大,阀口流量、流场高速分布区域、旋涡的强度和尺度以及湍动能均随之增大。     

基于滑移网格的小型垂直轴风力机气动性能的数值模拟

建立2D小型垂直轴风机模型,采用滑移网格技术,选用k-ε RNG湍流模型、SIMPLE算法,对模型的气动性能进行了非定常数值模拟研究。分析了垂直轴风机在不同工作时刻的流场情况,研究了速度场、涡量的分布以及风力机总转矩的变化规律。研究结果表明,风力机叶片周围速度存在明显梯度,计算区域在不同时刻的速度分布呈现较大差异。在旋转区域涡量较大,随着远离旋转区域,涡量值迅速减少。垂直轴风力机旋转过程中,风力机的总转矩呈现正负交替变化。     

高空低雷诺数压气机叶栅气动性能数值研究

本文采用数值仿真方法研究了亚声速叶栅损失特性和流场结构在高空低雷诺数条件下的流动特点,获得了叶型损失系数和流场结构在不同雷诺数情况下的变化规律。结果表明:随着雷诺数降低,平面叶栅总压恢复系数分布以及叶栅尾迹区流动均发生剧烈的变化;随着雷诺数降低,零攻角与负攻角的吸力面尾缘分离区增大,且在20km时吸力面出现明显的分离涡;随着雷诺数的降低,分离涡逐渐后移。     

波浪型结节改形风机翼型的气动性能研究

采用大涡模拟湍流模型对前后缘波浪型结节改形风机翼型在雷偌数5×104下不同攻角的流动控制机理进行了数值研究。研究表明:相比于标准直翼型NACA0012,改形风机翼型在失速区得到了更平缓的升力曲线。在小攻角(α<12°)工况下,改形翼型的升力系数稍小,然而当攻角(α>12°)时,其升力系数明显提高,最高可达37%。改形翼型由于其前后缘沿展向呈正弦波浪型变化,在不同截面处的呈现出明显不同的尾迹结构,从而导致其表面自由剪切层发生扭曲。这种三维涡在其产生、发展以及推移过程中的相互作用,使得其三维尾迹涡结构在失速区能得到很好的控制,从而达到延迟流动分离及减小失速影响的目的。深入研究前后缘波浪型结节改形风机翼型尾迹结构的流动分布及物理特性等,对于揭示前后缘结节改形风机翼型流动控制机理具有非常重要的意义。     

用CFD研究离心压缩机叶顶间隙对内部流场的影响

采用商用软件NUMECAL中FINE/TURBO模块对低速大尺度离心压缩机(LSCC)在不同间隙条件下的内部流场进行了数值模拟。给出了压缩机叶轮出口处的通流速度分布以及不同截面二次流矢量、二次流流线等计算结果。结果表明:叶顶间隙的大小与泄漏流动的强度和通道内的尾迹区位置分布密切相关,泄漏流动与通道涡的相互作用严重影响了通道内的流场分布。     

无动量亏损尾迹三维数值模拟

利用计算流体力学软件,对粘性不可压缩流体的平板翼型绕流进行了三维数值模拟,采用有限体积法计算程式,求解不可压缩Navier-Stokes方程,模拟平板翼型在尾缘有无吹气时的流动情况,得到了平板翼型尾迹的传播特性。并使用四种常用湍流模型在相同的网格条件下进行数值模拟,模拟结果与相应的试验数据对比,分析各种湍流模型对带尾缘吹气的三维模型数值模拟结果的影响,得出了不同湍流模型对带尾缘吹气的模型的适用性以及精度的评估性结论。数值模拟的结果表明SST湍流模拟对模拟尾迹区流动具有很好的适应性,预测得到的轴向速度分布、尾迹特征长度变化以及流动相似性和试验结果进行了对比,和试验结果吻合较好。     

不同喷口扩张比下离心喷嘴雾化特性研究

为研究喷口扩张比对航空发动机离心喷嘴雾化特性的影响,对多种结构离心喷嘴开展试验研究。用工业相机捕捉油雾场形态;用多普勒激光粒度仪测量喷嘴出口液膜速度、雾化粒径;结合数值模拟得到的液膜流动情况,对雾化性能进行详细分析。研究结果表明：随着喷口扩张比的增加,雾化锥角增大,雾化粒径减小,液膜轴向速度减小;当扩张比一定时,不同压差下雾化锥角基本一致;喷嘴下游存在三个流动区域,分别为燃油射流区、射流内侧空气区及射流外侧空气区,射流内侧形成对称的空气涡;在扩张段处液膜与壁面之间会形成分离区,当扩张比较大时,液膜可绕过分离区重新靠近壁面,且扩张比越大,液膜与壁面贴合程度越高。     

尾缘锯齿结构对压气机叶片尾迹特性的影响

航空发动机的效率和噪声一直是人们关注的热点,压气机是航空发动机的重要组成部件,压气机叶片尾缘结构对其尾迹特性影响重大。为此,对某型轴流压气机叶片尾缘进行典型三角形锯齿建模,通过Fluent软件模拟研究锯齿尾缘叶片尾迹区域的三维湍流流场信息,对比不同尺寸的锯齿尾缘叶片与无锯齿尾缘叶片的尾迹流动特征和声场特征,分析锯齿尾缘叶片的流动损失机理及降噪机理。研究发现:流过锯齿尾缘的气流会通过锯齿缝隙从压力面流向吸力面,给予尾迹区域一定的能量补偿,从而减小尾迹的速度亏损和总压损失;尾缘锯齿结构会破坏叶片展向涡流结构,使大尺度涡变成各种不同尺度的小涡,通过涡能量扩散来降低尾缘噪声;在齿宽一定的情况下,存在一个最佳的齿高,使得降低流动损失和降低噪声的效果最佳。     

PDA在炉膛气固两相流动特性研究中的应用

介绍了激光相位多普勒粒子动态分析仪(PDA)的测量原理,对冷态模化的炉膛再燃区域气固两相流场的速度和粒子粒径、浓度进行了测量,研究了炉膛主燃区过量空气系数在0.9时的再燃区的气固两相湍流流场的动力特性,分析了气固两相的速度分布、速度滑移以及颗粒数密度的分布规律,结果表明主燃区过量空气系数0.9时再燃区的气固两相流动及混合特性有利于形成均匀的还原场.     

进口总压畸变条件下离心压气机流动失稳特性的数值研究

采用数值模拟方法对比分析了畸变进口与均匀进口条件下离心压气机的气动性能。结果发现，离心压气机展现出一定的抗畸变能力，总压畸变对压气机整体性能未造成显著影响。进一步的分析表明，在均匀来流条件下，随着流量的降低，主叶片和分流叶片之间的低速区逐渐向叶顶区域发展，阻碍主流流动，相互排挤并由叶顶间隙溢出；畸变来流条件下，在近失速工况点时，叶顶沿流向流动出现局部负速度，叶顶泄漏涡前移，在进口畸变产生的低压区内吸力面流动分离增大，进而演变出龙卷风涡阻塞流道，并影响到相邻叶片，引发前缘溢流；通过Q-准则方法发现，在畸变来流条件下，近失速工况下的涡结构分为前缘失速涡、叶顶间隙泄漏涡、通道涡和前缘溢出涡。     

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。     

发动机入口粒子分离器流场数值模拟及流道改进

发动机入口粒子分离器设计要求在一定清除流量比情况下,分离效率高而流动损失小.本文针对不同入口雷诺数(2×105至9×105)、不同清除流量比(10%到20%)的入口粒子分离器进行了数值模拟与实验研究.通过细致分析不同截面上的速度场和总压损失系数Cp,显示在分离通道内存在明显的低速区域和涡结构,同时在该区域内的出现了大的流动分离.这一结果与实验测得的结构吻合.分析结果显示该分离区域导致了流动通道内部总压损失的增加,由此根据流线分布情况对该分离区域进行结构改进.改进后流动通道内的原分离位置的涡结构强度和空间尺度均大大减小,使在高雷诺数下分离器两个出口的总压损失都降低了30%以上,且通道主出口流动更均匀,同时给出了不同雷诺数下的总压损失,建立了Cp与入口雷诺数的函数关系.数值计算结果显示本文使用的流道改进方法使分离器形状获得改善,获得了更优的流动性能.根据数值模拟结果提出了入口粒子分离器的改进方案.     

旋流分离的湍流涡动数学模型及数值模拟

介绍了旋流器两相流分离的湍流涡动性质。根据修正的旋流器内k—ε湍流数学模型，分析了旋流场内部湍流度及相对湍流度对湍流场流动分布、湍流脉动和分离介质所产生的影响。利用流体计算软件对旋流器内部湍流场、分离介质运移轨迹及切向速度场分布进行了数值模拟。     

卷吸速度对点接触区域润滑剂流动性能的影响

对球盘点接触区域润滑剂的动态流动特性进行研究,利用高速摄影技术实时捕捉点接触区域润滑剂的流动情况,结合CFD软件FLUENT的计算结果,对不同卷吸速度下点接触区域润滑剂的速度场进行分析。结果表明:润滑剂在点接触区域的流动基本处于层流状态,在流经接触区域时出现了先汇聚后分离的现象,且这种现象随卷吸速度的增加有所增强;润滑剂在接触区域的速度大小与其所处位置有关,在入口附近速度有急剧增加的现象,这种现象随卷吸速度的增加逐渐向两侧偏移并减弱。     

采用不同湍流模型计算贯流风机内流场的比较分析

以二维贯流风机模型为研究对象,采用4种不同的湍流模型(RNG k-ε,RSM,DES,LES)进行非稳态计算,通过比较内流场瞬态速度和瞬态涡量分布以及沿叶轮外圆周的时间平均速度和时间平均总压分布,确定了不同湍流模型对内流场计算的差异,为数值模拟研究贯流风机内流场提供参考。     

轴流涡轮平面叶栅出口二维速度场的实验研究

将粒子图像测速仪(PIV)和热线风速仪(HWA)应用到低速轴流平面叶栅实验台上.在2个不同进口流量和3个不同叶片高度下,利用热线风速仪测量平面叶栅出口瞬态速度场,并采用激光粒子图像测速仪测量圆柱尾迹和出口速度场的整场信息.研究发现较大的进口速度或较低的叶片高度情况下,叶栅出口二次流流动强烈;同时发现尾迹的存在会破坏均匀流场,导致叶型流动损失的增加.     

旋转离心叶轮内部非定常流动的PIV测量

利用激光成像速度仪(PIN)测量了旋转离心叶轮内部的非定常流场。通过对实验数据的进一步处理，获得了旋转离心叶轮内部相对速度的非定常流场分布。详细分析了叶轮内部非定常流动现象和流动规律。通过实验研究发现，旋转离心叶轮内部的流动是非定常的；在叶轮出口处，叶片的吸力面与轮盖的夹角区存在一个低速区；并观察到了明显的射流／尾迹结构。射流区和尾流区的大小和范围在沿盘盖方向和跨叶片方向上是不同的，射流区和尾流区之间不存在明显的分界线。     

矿用通风机二级叶轮尾迹区域涡量与气动噪声分析

采用大涡模拟和Lighthill声比拟法,在额定工况下对矿用通风机二级叶轮尾迹区域的流场与声场进行数值模拟,分析涡量和气动噪声.分析结果表明,矿用通风机二级叶轮尾迹区域的涡量最大值产生于机壳壁面,沿扩散锥方向涡量逐渐减小;气动噪声最大声压级主要集中在靠近二级叶轮尾迹的涡流紊乱区域,沿出风口方向气动噪声逐渐减小.靠近矿用通风机二级叶轮尾迹区域的气动噪声主要是二级叶轮旋转基频的离散噪声,沿出风口方向气动噪声的离散性质逐渐减弱,并且逐渐以宽频噪声为主.数值计算结果与试验结果吻合,验证了数值模拟的正确性.     

载体长度对车用催化转换器流动特性的影响

采用计算流体动力学模型,利用UG对催化器进行三维建模,在Gambit中进行计算区域网格化和边界条件的定义,用CFD软件FLUENT对三种不同载体长度的催化转换器的速度场、压力场进行了三维稳态流动数值模拟,模拟结果表明:气流在扩张圆锥管壁面附近出现分离产生较强的扰动,造成局部流动损失和载体前气流速度沿径向分布不均匀.载体长度对催化转换器的气流分布有很大影响,对于同一直径的催化转换器,载体长度增加,催化转换器气流分布越均匀,其压力损失越大.     

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。