旋转方式对并列双圆柱绕流特性的影响

基于层流模型,使用有限体积法对并列旋转双圆柱绕流进行数值模拟计算。首先计算雷诺数为100时静止单圆柱绕流与旋转单圆柱绕流的流动性能,并与参考文献结果进行比较,验证计算的可靠性;然后,分析了两圆柱在中心间距比为3.0时圆柱不同旋转方式与旋转速度比对双圆柱绕流流动性能的影响。结果表明:逆流向旋转比顺流向旋转的临界转速更小,对涡旋脱落的抑制效果更好;两种旋转方式下时均升力系数绝对值均随旋转速度比的增大而增大;逆流向旋转下时均阻力系数随旋转速度比的增大而减小,顺流向旋转下时均阻力系数随旋转速度比的增大先增大后减小。     

并列旋转双圆柱流动特性的数值模拟

该文基于k - ε湍流模型,采用Galerkin有限元法对并列旋转双圆柱的绕流特性进行了数值模拟,计算的雷诺数为 1550.为了考查两圆柱旋转和间距的相互作用,文中采用三种间距比分别是T/D = 1.2,1.6和3.0 (T 为两圆柱中心之间的距离,D为圆柱直径) 和一系列不同的旋转速度比 (|α| ≤ 2).计算显示,当 |α| = 0,即圆柱不转动时,对应三种间距有三种典型的流型,单钝体流型对应小间距、偏流对应中等间距和对称流对应大间距;当 |α| 达到临界值时,涡脱落得到了有效的抑制,流动趋于稳定,升力系数和阻力系数的脉动值趋于零;平均升力系数和阻力系数随着 |α| 的增大分别增大和减小.     

孔板后回流区长度数值模拟研究

孔板消能工具有结构简单和消能效率高的优点.孔板后回流区长度是孔板消能工的重要水力学参数之一,其大小不仅影响到多级孔板间距的设计,而且还影响到孔板的消能效果.此文通过理论分析和数值模拟的方法,分析了孔板水头损失系数与回流区长度的关系以及影响孔板后回流区长度的因素.研究结果表明,在雷诺数和孔板厚度不变的情况下,回流区长度随孔径比的减小而增大;在雷诺数和孔径比不变的情况下,回流区长度随孔板厚度的增加而减少;当雷诺数大于105时,回流区长度几乎不随雷诺数的变化而变化;随着回流区长度的增加,孔板的能量损失系数也增大.通过曲线拟合,此文还得到了孔板回流区长度的经验表达式.     

含充填节理岩体中应力波传播规律的三维模拟

为研究应力波在含充填节理岩体空间中的传播特性,采用离散元软件探讨不同产状节理对P波透、反射规律的影响。首先,建立三维节理岩杆的计算模型,合理选用透射边界和Rayleigh阻尼;然后,将所得计算结果与等效波阻抗理论解相比较,以验证模型的合理性;最后,分别考虑不同节理角度、厚度、间距、数目及入射波频率下的P波透、反射系数变化特征。结果表明:在节理倾向方位角β为0°~60°时,透射系数随β的增大而减小,而在β为60°~90°时随β的增大而增大;透射系数随入射波频率的增大而减小,反射系数反之。若定义节理间距与厚度的正比关系,则透射系数随节理间距的增加而增加,反射系数反之;此外,根据不同节理厚度下的节理数目与透（反）射系数关系曲线特征,定义图线中的包络线为临界透（反）射曲线,则在给定节理数目时,其透（反）射系数总大（小）于临界透（反）曲线上对应的透（反）射系数数值。     

不同风况和防振锤布置对圆管涡激力影响研究

长时间大幅涡激振动可能会使导管架平台发生疲劳破坏,为了研究不同风速、风向及不同布置间距下,防振锤对升力系数、阻力系数和尾流特性的影响,该文运用雷诺平均法(RANS)进行了数值模拟。结果表明：在发生涡激振动的风速区间内,安装防振锤可以减小升力系数55%以上;不同风速下,防振锤对升力系数的影响最多差10%,当风向角为45°时,防振锤可以减小圆管的升力系数约87%;此外,在相同的风速和风向条件下,防振锤间隔45°均匀布置时,对升力系数的影响最大;安装防振锤后,圆管背风侧负压区范围增大,且对升力影响越大负压区范围越大,尾涡尺寸减小,尾涡中心压力减小。     

底坡变化对坡面流水动力学特性影响研究

坡度是影响坡面流水动力学特性的重要因素之一,采用变坡试验水槽在变化水深条件下模拟坡面流,用于研究7种不同坡度对水动力学特性的影响。结果表明:水力坡度、弗劳德数、雷诺数随坡度增大而增大,阻力系数随坡度增大先增大后减小;在相同坡度条件下,弗劳德数随水深增大先减小后趋于稳定,雷诺数随水深增大而增大;当0≤J≤1.5%时,水力坡度随水深增大先减小后趋于稳定;当2%≤J≤3%时,水力坡度随水深增大先基本不变后减小。     

振荡流边界层中颗粒受力的三维格子玻耳兹曼模拟

应用格子玻耳兹曼方法对振荡流边界层中单个颗粒在近壁面处的受力进行了三维模拟,计算结果与已有数值模拟结果(雷诺数为300)和实验结果(雷诺数为2000)进行了比较,吻合均较好。计算结果表明,当雷诺数为300时,在振荡流做正反向运动时力系数的幅值变化过程相同,横向涡量的空间分布具有对称性。雷诺数为2000时,紊动增强使力系数在不同流动方向时的变化有所差异,而且横向涡量的分布呈现非对称性,这时颗粒受到横向力作用。     

基于熵产理论的水泵水轮机泵模式水力损失分布

基于熵产理论,研究原型水泵水轮机在泵模式不同流量工况下的水力损失空间分布及不稳定流动诱导的主要水力损失存在的位置和变化。结果表明：随着流量增加,总熵产与压差法水力损失变化一致,先显著减小后逐渐增大。间接熵产、直接熵产和壁面熵产与总熵产的变化趋势一致,且间接熵产和直接熵产占主导地位。间接熵产和直接熵产的分布与湍动能的分布基本一致,但直接熵产更靠近主涡区,而间接熵产在流场中具有更宽的分布范围。水泵水轮机流动区域内的水力损失位置强烈依赖于流动条件。小流量工况下高水力损失主要源于无叶区的高速环流、活动导叶区的旋涡以及尾水管弯肘段和直锥段的壁面分离,而蜗壳的水力损失较小。最优工况下的水力损失较小,主要源于叶片尾迹和少数固定导叶流道的旋涡。大流量工况下高水力损失主要源于水流对活动导叶的冲击和不稳定流动在固定导叶区的扩散,以及蜗壳进口处周向间隔分布的旋涡和高速流动,而尾水管的水力损失极小。     

高雷诺数下串列双圆柱绕流的影响因素研究

针对串列双圆柱绕流问题进行了数值研究,利用Fluent软件建立二维数值模型,探究了不同柱体间距、不同柱体表面粗糙度对串列双圆柱阻力系数、升力系数、St数的影响。采用SST k-ω湍流模型,对雷诺数为1×10~6,柱体间距L/D分别为1.75、1.90、2.20、2.50,表面粗糙度Rh在0~0.5%D范围内的串列双圆柱进行数值模拟。结果表明:柱体间距L/D在1.75~2.50范围内,光滑柱体表面下,St数、后柱平均阻力系数会随着柱体间距的增加而增大;同时,柱体间距对升力系数振幅也存在极大影响。改变柱体表面粗糙度,会使柱体间距为1.75的串列双圆柱前柱平均阻力系数在Rh=0.2%D时降低7%,而各柱间距下的后柱平均阻力系数会随粗糙度的增加而减小。研究成果能够为河道桥梁建设和圆柱绕流理论研究提供基础数据。     

地铁隧道局部冻结方案设计及参数分析

为了研究地铁隧道冻结工程中的冻结管形式选择和地表冻胀量控制问题,依托广州市轨道交通13号线北延线机场区间隧道冻结工程,采用了室内试验、现场实测、数值计算的方法,对保温工艺、形式和冻结孔间距、保温段长度、冻结时间对地表冻胀量的影响进行了研究。研究结果表明:冻结管采用保温材料隔热方式可有效实现局部冻结,但施工时保温材料需进行防水处理,防止因地下水进入保温材料造成导热系数增加;地表冻胀量与保温长度呈线性反比关系,且随孔间距的增大比例系数逐步减小,随冻结时间延长增大。根据实测数据、计算得到了适用于本工程工况的冻胀量预测公式;结合工程现场条件,分析了制冷能耗和冻胀量与孔间距的关系,提出了在保证地表冻胀量的前提下,尽量减少冻结孔间距达到缩减工期、能耗的目的。     

基于熵产理论的水轮机尾水管涡带研究

为了研究水泵水轮机部分负荷工况尾水管涡带产生的原因和压力脉动特性,本文以模型水泵水轮机为研究对象,对内部流动进行了全流道三维数值模拟并采用熵产理论进行了分析。计算结果分析表明:数值模拟与实验值吻合较好;固定导叶和蜗壳内的总熵产很小,而转轮和尾水管内较大,在小流量工况叶片压力面产生的流动分离会导致高熵产率分布区域的出现,并且会随着流量的进一步减小而扩大;在部分负荷出现了粗壮型和纤细形两种涡带,均呈现螺旋形,涡带的形成与叶片出口环量偏离零环量有很大关系;涡带的出现会在尾水管内形成漩涡,阻塞尾水管通道,涡带跟随转轮同方向旋转,但是转速更低,因此尾水管出现幅值较大的低频压力脉动。     

三岔管内水流流动的数值模拟与实验研究

结合江苏宜兴抽水蓄能电站工程建设中钢岔管的设计要求，对分岔角为64°的三岔管内水流的流动进行数值模拟与实验研究。计算中选择SIMPLE方法求解三维雷诺平均方程和k-ε两方程湍流模型，实验采用数字图像测速(DPIV)系统和在试验段前后断面上安装液体差压计对三岔管中心的水平面内的压强差进行测量。研究结果表明，无论水头损失还是三岔管内水流的流动模式，计算与实验吻合得较好，同时反向双管流动较正向双管流动的能量损失大，在相同的流速情况下，单管流动比双管流动的能量损失大，正向单管比反向单管的能量损失大。     

高压喷嘴流场及熵产数值研究

为解决喷嘴高压射流过程中的综合性能问题,探索高压水流动物理场,利用计算流体力学理论,改变主动流体的压强,对高压嘴进行数值计算。结果表明:内部产生的熵产值占全部熵产总和的2.64%,熵产产生一种"壁面现象";内部产生的湍流动能值占全部湍流动能总和的13.9%;湍流动能在渐缩段2、3的表面加大,在渐缩段1的增加值较大;且湍流动能随入口压力的增大而增大。在喷口直径范围内,水流动压、出口速度基本都在一个恒定值。轴向动压、速度在渐缩段1、渐缩段2梯度较大,渐缩段3梯度较小,在稳流段1、2梯度最小。     

混水角对强迫对流混水过程影响的熵产数值分析

以两入口流速相同情况下强迫对流混水过程这一物理问题为研究对象,采用计算流体力学、数值传热学理论进行数值计算,分析讨论了对流混水角在30°、45°、60°、90°条件下速度、温度、熵产的分布以及变化关系.计算、分析结果表明:熵产主要分布在两根进水管的交汇区域,及混水后的出水管区域,最大值发生在混水交点处,而两进口支管区域...     

二维明渠非恒定水流BGK数值模型

本文根据BGK波尔兹曼方程及明渠水流中波尔兹曼变量与宏观变量之间的基本关系，导出了明渠水流运动方程，验证了BGK波尔兹曼方程与明渠水流运动方程的一致性，并从理论上证明，圣维南方程是BGK明渠水流模型在局部平衡状态下的一个特例。以BGK波尔兹曼方程为基本方程，利用有限体积离散方法，建立了满足熵原理的二维明渠非恒定水流的BGK数值模型。通过对典型的明渠水流现象的模拟，并与其它计算方法获得的解以及实验结果相比较，表明BGK模型勿须人为的熵修正，能准确地模拟存在不连续运动的明渠水流运动，是一种较好的明渠非恒定水流模型。     

Numerical investigation of entropy generation and heat transfer of pulsating flow in a horizontal channel with an open cavity

In this study, the entropy generation and the heat transfer of pulsating air flow in a horizontal channel with an open cavity heated from below with uniform temperature distribution are numerically investigated. A numerical method based on finite volume method is used to discretize the governing equations. At the inlet of the channel, pulsating velocity is imposed for a range of Strouhal numbers St_p from 0 to 1 and amplitude A_p from 0 to 0.5. The effects of the governing parameters, such as frequency and amplitude of the pulsation, Richardson number, Ri, and aspect ratio of the cavity, L/H, on the flow field, temperature distribution, average Nusselt number and average entropy generation, are numerically analyzed. The results indicate that the heat transfer and entropy generation are strongly affected by the frequency and amplitude of the pulsation and this depends on the Richardson number and aspect ratio of the cavity. The pulsation is more effective with the aspect ratio of the cavity L/H= 1.5 in terms of heat transfer enhancement and entropy generation minimization.     

NFL系列量水计的应用研究

本文介绍了一种新型的量水设备，其结构形式是以文透里管为主管，喉管上连接一支管与上游水体或进入段接通，支管上安装一旋翼式水表。根据伯努利连续方程原理，即在同一时段内总管流量与支管流量之比是一常数，故可由水表在某一时段内的读数推算出同时段内总的过水量。该量水计具有结构简单、建造容易、造价低、测读简捷、灵魂度高等特点，而且在自由流和淹没条件下有同一的数值，量水精度达95％以上。     

SUPG方法解粘弹性流动问题

高Ｗｉ数下粘弹性流动的数值模拟一直是一个比较困难的研究领域，这主要是因为控制方程类型向双典型转变，常规Ｇａｌｅｒｋｉｎ有限元不适用于离散双曲型问题，计算结果产生失真振荡。本文采用原始变量的Ｎ－Ｓ方程和Ｏｌｄｒｏｙｄ－Ｂ本构方程，采用ＳＵＰＧ方法离散本构方程，计算了绕圆管内一珠的流动。计算结果表明，ＳＵＰＧ方法可以成功地用于离散本构方程，使计算的极限Ｗｉ数达到１．９。     

水激波管空穴现象数值模拟

水激波管是一种用于标定爆炸压力传感器的装置，本文构造出管内流动的数学模型，并进行数值计算，从而揭开了其中的非线性波动过程及其引起的水中瞬态空穴现象。     

Numerical investigation of flow and heat transfer performances of horizontal spiral-coil pipes

The flow and heat transfer performances of horizontal spiral-coil pipes of circular and elliptical cross-sections are studied.The numerical results are compared with the experimental data,to verify the numerical method.The effects of the inlet water mass flow rate,the structural parameters,the helical pitch and the radius ratio on the heat transfer performances are investigated.Performances of the secondary fluid flow with different radius ratios are also investigated.Numerical results demonstrate that the heat transfer coefficient and the Nusselt number increase with the increase of the water mass flow rate or the helical pitch.The maximum heat transfer coefficient and the maximum Nusselt number are obtained when the radius ratio is equal to 1.00.In addition,the fluid particle moves spirally along the pipe and the velocity changes periodically.The particle flow intensity and the spiral movement frequency decrease significantly with the increase of the radius ratio.Besides,the secondary flow profile in the horizontal spiral-coil pipe contains two oppositely rotating eddies,and the eddy intensity decreases significantly along the pipe owing to the change of curvature.The decreasing tendency of the eddy intensity along the pipe increases with the increase of the radius ratio.