湍流边界层内钝体扰流的流动与传热特性

应用大涡模拟方法对小尺度开缝圆柱涡流发生器强化传热和流动减阻的机理进行研究。水平开缝圆柱置于充分发展湍流边界层内,分析不同间隙比对开缝圆柱尾流、湍流边界层拟序结构以及槽道底面流动与换热特性的影响。为验证所采用数值方法的准确性与可靠性,将矩形空槽道的计算结果与前人直接数值模拟结果及与采用相关准则关系式所得结果进行对比。计算结果表明：湍流边界层内钝体扰流的尾迹流与壁面边界层的相互作用能够显著提高槽道的换热性能。与未开缝的基准圆柱相比,间隙比小于2.0时,开缝圆柱通道的整体热性能较好;间隙比为2.0时,其综合性能系数最大;间隙比大于2.0时,整体热性能较差。与矩形空槽道相比,最大努塞尔数可提高17.45%,最小摩擦因数可减小4.94%。     

低压亚超混合层燃油雾化特性数值研究

对内嵌火箭发动机低压条件下的亚超剪切混合层中的燃油雾化特性进行研究,分析总结了环境压力、气液比、韦伯数对燃油雾化性能的影响。研究过程中采用ANSYS软件,使用了可有效捕捉漩涡的RNG k-ε模型并加入了TAB二次破碎模型,在0.01 MPa～0.1 MPa中改变环境压力,并通过改变燃油入口速度改变韦伯数和气液比。研究结果表明,随着环境压力降低,索泰尔平均直径增加,颗粒直径下降速度在接近常压时逐渐放缓,雾化性能下降;随着气液比的增加,索泰尔平均直径减小,颗粒分布更为均匀,提升了雾化性能;提高韦伯数使得气动力增加,索泰尔平均直径几乎呈线性趋势降低,提升了雾化性能。对数值模拟的数据进行分析,在低压条件下得到了索泰尔平均直径的经验计算模型。     

离心泵内流场计算及空间导叶内流动分析

以带有空间导叶的离心泵为研究对象,通过CFD方法,在三种工况下,对包括吸入室、叶轮和导流壳在内的全三维湍流场进行数值计算,获得了导流壳内的速度分布和压力分布.结果表明:导流壳能很好地将叶轮中流出的流体的动能转化为压能,并消除速度的圆周分量;在0.8Q工况下,空间导叶的进口冲角增大,容易在空间导叶背面产生流动分离,造成水力损失增加;在1.2Q工况下,空间导叶的进口接近无冲击入流,在进口处流速分布较均匀,其内部未发生流动分离现象.此计算结果可以为试验研究和模型优化提供参考.     

流固耦合下轴流压气机叶片振动特性数值研究

气流扰动触发的叶片振动是导致叶片疲劳失效的主要原因,针对此问题,首先,建立叶片流固耦合时域计算模型,研究叶片振动特性,并进行叶片失效分析;其次,建立压气机叶片振动分析模型,结合叶片振动试验来验证模型的有效性;然后,考虑气体与叶片的耦合作用,通过数值仿真模拟得到典型工况下的叶片表面气动载荷,并将其引入旋转叶片有限元振动分析模型进行叶片振动响应计算;最后,引入坎贝尔图确定叶片危险工况,得到危险工况下的叶片动应力分布,并进行叶片疲劳失效分析。结果表明:临界工况下叶片振动应力分布与发生共振的模态振型密切相关;临界转速下叶片发生的1阶共振是造成叶片失效的主因。     

粉末注射成形充模过程特有边界层效应的数值模拟

基于粉末-粘结剂的双流体模型,利用CFX软件粉末口射成形(PIM)对充模过程中粘结剂的分布变化进行了模拟计算.结果表明:在注射坯的表面薄层内粘结剂含量多于在注射坯中的平均值,且表面薄层内粘结剂体积分数由表到里逐渐下降,证实了PIM特有边界层效应的存在.随着注射温度由420 K升高到440 K,PIM特有的边界层效应变明显;随着入口的喂料流量由60cm3·s-1增加到80 am3·s-1,这种效应反而略有减轻.试验结果与模拟结果基本一致,表明了双流体模型用于PIM研究的可靠性.     

来流附面层对吸附式压气机叶栅影响的数值研究

数值研究低速条件下来流附面层特性对吸附式压气机叶栅气动性能的影响,在不同正冲角时,设计不同方案的附面层厚度分布,对比分析叶栅出口气动参数的分布以及叶栅内的三维流场结构,讨论不同来流附面层情况下在压气机叶栅中采用附面层吸除的效果。结果表明,数值模拟结果与试验数据有较好的一致性;附面层厚度的增加导致角区流动三维性增强,且变冲角性能下降,二次流横向作用和角区范围的增加使得附面层抽吸效果减弱;当来流附面层厚度增加时,通过增加抽吸量可以有效降低强吸附式压气机叶栅的损失,变冲角性能得到改善。     

离心泵非定常空化流动特性的数值研究

采用压力边界条件对一单级单吸蜗壳离心泵进行了三维空化非定常相变流动的数值计算,模拟过程通过定常计算、基于滑移网格技术的非定常计算、以及结合混合项模型和Schneer-Sauer方程的空化演变计算,成功捕捉了泵内非定常空化流动特性。计算结果表明:设计工况叶轮前缘空化率在0.92%～1.12%范围内以叶片旋转频率做周期性变化;当叶片靠近蜗舌时空化加剧,而泵流量略有降低;当叶片远离蜗舌时空化减轻,流量有所增加。     

Ghost离心叶轮内部湍流流动数值模拟

应用FLUENT软件对Ghost离心叶轮内部湍流流动进行了数值研究,其中湍流模型采用雷诺应力模型(RSM),转子和定子的耦合采用混合平面模型(MP).计算结果与Johnson的试验结果基本一致,表明了RSM能较好的预测离心叶轮内的湍流流动.分析了离心叶轮内部的湍流流动特性,表明边界层内的二次流对低能流体的输运,使叶轮出口形成"尾迹一射流"现象,同时尾迹区的存在造成能量的损失,且尾迹区位置取决于无量纲数Rossby数.     

小喉径音速喷嘴热效应对流量影响的热边界层分析

随着气体在音速喷嘴中膨胀降温,低温气体与管壁的热交换会产生一系列复杂的影响,称之为热效应。用于微小流量测量的小喉径音速喷嘴由于喉部直径很小且精度要求高,热效应的影响更为严重。利用热边界层理论分析不同入口压力、不同位置、不同喉径和不同保冷条件下的管壁温度变化规律,根据试验结果,从理论上分析管壁动态温度分布与热边界层的相互作用关系,利用CFD软件仿真,分析管壁温度变化引起的边界层厚度变化对音速喷嘴流动特性的影响规律,并通过数据拟合得到了雷诺数和管壁温降对流出系数偏差的影响的计算公式。结果表明,以仿真数据为例,当管壁温降15 K时,由热边界层变薄引起流出系数增大可达0.195%,其影响不容忽视。     

液下泵内三维湍流流动的数值模拟

为研究泵内三维湍流场,以FY型液下泵为研究对象,基于Reynolds时均化的方程和标准的两方程湍流模型,采用多重参考坐标系法,对单级液下泵包括进水室、叶轮及压水室的三维湍流场进行了耦合计算.得到液下泵叶轮内静压、相对速度沿叶片表面的变化规律以及压水室内静压、速度分布.计算结果表明,叶轮各叶片间流道内相对速度沿叶片工作面先减小后增大,沿叶片背面先增大后减小;叶轮内流速及压力等分布不对称;隔舌附近静压分布存在较大梯度;压水室出口段处速度分布不均匀以及压水室内的流体以涡旋的形式向出口推进.此数值计算结果对液下泵的水力设计或改型优化设计等研究具有指导意义.     

不同离散格式在湍流旋流流动数值模拟中的应用

针对石油工业中径向水平井钻进技术的需要，采用RNGk-ε模型，应用二阶上风格式、QUICK格式和MUSCL格式对带有螺旋导叶的径向水平井锥形喷嘴外湍流旋流流动进行了模拟研究，以此来评价离散格式对湍流旋流流动数值模拟结果的影响。结果表明：当计算结果满足网格无关性时，离散格式对时均速度场模拟结果的影响很小；采用二阶上风格式可以在保持计算绝对稳定的情况下获得QUICK格式和MUSCL格式的计算精度。要进一步改善模拟结果与实验数据间吻合的程度，需要采用基于各向异性假设基础上的湍流模型，如代数应力模型、雷诺应力模型等。     

定常固液两相流动边界层的数学模型

利用两相流动理论和边界层理论,分析了固液两相流动中的受力情况,以及边界层中的流动特征,对二维粘性定常不可压流体边界层中的层流运动进行了讨论,推导出了边界层的数学模型,为进一步全面研究固液两相流动流场奠定了基础。     

细小直角弯管流道的压力损失及迪恩涡特性

利用RNG k-ε模型对旋流雾化喷嘴中的直径为2 mm的细小直角弯管流道的流场进行了三维数值模拟,获得了流道内的压力分布和不同截面的迪恩涡结构。结果表明:沿着流动方向,弯曲段流道中内外壁面的压差先增大后减小,内壁面45°截面附近,压力下降到最低,最大下降幅度为74.1%。弯管流道中迪恩涡形成于弯曲段10°截面附近,迪恩涡的旋转中心,从两侧中心位置附近向两侧上端偏移,在65°截面偏移方向发生转折,最后又回到两侧中心位置。迪恩涡的边界和强度先增大后减小,在下游直管段中消失。     

空调贯流风机湍流流场的数值模拟

以某型号空调用贯流风机为研究对象,建立其整机二维全流场整机模型,采用数值模拟方法对其在设计工况下的内部湍流流场进行了数值模拟,着重分析了贯流风机速度场、压力场及重要湍流参数湍动能的分布规律,揭示了贯流风机内流场的基本特征。分析结论可为贯流风机的优化设计提供参考,对提高其整体性能具有工程应用价值。     

后置灯泡贯流泵三维紊流计算

通过计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)方法研究某一后置灯泡贯流泵内部的三维流场,采用RNG k-ε紊流模型和SIMPLE算法对泵叶轮、导叶和进出水流道内的流场进行数值模拟.分析最优工况下装置纵断面的流速和压力分布以及叶轮出口、导叶出口和灯泡体尾部的流速分布情况.着重研究小流量工况、最优工况和大流量工况等不同工况下叶片压力面、吸力面的静压分布以及各断面翼型附近的相对流速分布.同时还计算贯流泵装置各种构件的水力损失,发现导叶体和灯泡体段在水力损失中所占的比重较大.将数模计算结果与模型试验的泵装置性能数据进行对比,结果表明数模计算结果跟试验数据在高效区附近吻合较好,在小流量和大流量工况下存在偏差.采用CFD方法对灯泡贯流泵装置内部流场进行数值模拟可以为泵装置进一步设计优化提供依据.     

含油污水分离动态旋流器湍流流场特性研究

采用DSM湍流模型对含油污水分离动态旋流器的湍流流场进行了数值模拟。模拟结果表明油污水分离动态旋流器内的流场是三维非对称分布的,分析了湍流流场速度的分布规律,轴向和切向速度的模拟结果和实验结果基本吻合,径向速度的模拟将有助于动态旋流器结构及性能的分析,压力降与入口压力对分离效率的影响都是单独通过转速或流量的变化间接体现的。深入研究动态旋流器湍流流场特性及分离机理,对提高分离效率和结构优化提供了参考。     

旋流燃烧器空气流场特性CFD数值模拟

一二次风配风比及其流动特性决定燃烧过程氧气供应,对旋流燃烧器燃烧质量有着决定性的影响。旋流燃烧器内部结构设计、各部件布局、二次风门开度都会影响一二次风配风比及其流动特性。CFD技术因成本低、周期短,能直观全面了解流场分布情况而在燃烧流动领域研究被广泛应用,故采用Fluent对燃烧器空气流场情况进行数值模拟和分析,研究不同二次风门开度下旋流燃烧器空气流场特性。结果表明,压力最大区域主要分布在空气入口处到二次风门间、一次风管入口附近区域,随二次风门开度增大二次风门内部空气流速逐渐增大,整体平均空气压力、空气旋流强度、旋转气流存在区域不断减小,负压区存在于旋流器前端到燃烧器空气出口之间区域,维持火焰稳定,对燃烧器结构设计和实际应用起到重要指导作用。     

基于ANSYS CFD的离心泵内部湍流数值模拟分析

叶轮是泵的核心部位,离心泵的性能参数主要包括流量、流体流速及压力,压力特性曲线的走向与叶轮的设计有重要的关系.观察离心泵的有限元分析曲线,可以准确、直观地得到叶轮内部流体的流速、压力曲线分布及内部受力情况.为了分析离心叶轮内液体流动特性,采用扩展的标准k-ε湍流方程与Smplec算法,应用流体动力学软件Fluent,对...     

长短叶片离心泵的三维湍流数值模拟研究

采用全粘性三维湍流数学模型数值模拟长短叶片离心泵内流场,对比分析数值模拟计算和试验测得的水泵流量-扬程和流量-效率特性曲线;对小流量、设计流量和大流量3种工况下的数值模拟计算与PIV测量获得的内流场进行分析研究;给出叶轮出口相对液流角及出口相对速度沿叶轮周向的分布情况;结果表明,在相同流量下数值模拟计算的扬程要大于由实验测量获得的扬程,且随着流量的增大,两者之间的差异呈增大的趋势;在相同工况下,相对速度矢量方向以及叶槽内的流态基本吻合.     

高比转速混流泵时变湍流特性分析

为分析混流泵内部流场的时变湍流特性,采用时变不可压牛顿流体的控制方程和RNG k-ε湍流模型,基于ANSYS CFX软件数值计算了3种不同工况时混流泵内部的时变湍流场,计算考虑了各过流部件间的相互干涉作用。在叶片安放角0°时,给出了最优工况1.00QBep有、无叶轮时进、出口干涉面的静压分布云图,直观地显示了一个物理周期内动静干涉情况,分析了叶片表面流动的细部结构,并对比了基于时均流场和时变流场预测泵外特性的差异。进、出口断面静压分布受叶轮旋转的影响很明显,流量1.46QBep时进口断面静压表现出较强的非稳定性,扭矩和扬程呈周期波动。