条纹薄膜减阻特性的数值分析

采用ＢａｌｄｗｉｎＬｏｍａｘ两层湍流模型，用有限差分法对Ｖ型条纹薄膜的流场进行了计算；分析了条纹薄膜的减阻特性，提出了具有最佳减阻效果的Ｖ型条纹薄膜设计准则。结果表明：当小筋倾角θ约等于６０°时，条纹薄膜减阻效果最好，减阻量可达１１％，而且减阻范围宽，ｈ＋值在５～１０之间。     

减阻水溶液槽道湍流特性POD分析

为进一步分析减阻水溶液湍流减阻机理,对质量分数为30×10-6十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)水溶液槽道湍流减阻流动进行了实验研究,并基于本征正交分解方法研究减阻水溶液流动中减阻剂对流动结构的影响．结果表明:CTAC水溶液流动在不同雷诺数(15×10⁴、25×10⁴和35×10⁴)下分别具有651％、700％和330％减阻效果;基于本征正交分解方法分析湍流脉动速度场,发现CTAC添加剂能够抑制湍流猝发过程中的低速流体的上喷及高速流体的下扫,即在一定程度上抑制了相干结构的发生及其发展过程,最终导致湍流减阻．     

基于LES模拟的微沟槽湍流减阻特性数值研究

湍流减阻对于能源工程领域的节能减排有着重要的意义,沟槽减阻则是其重要方法之一.为研究高雷诺数下沟槽减阻的适用性及其减阻特性,利用大涡模拟(LES)对光滑平板和微米尺度半圆形沟槽结构表面的高雷诺数湍流进行了数值计算,并分析了涡结构分布及其减阻能力.半圆形沟槽既能锁住沟槽谷内流体,使得沟槽上方产生流动滑移,同时通过沟槽尖峰...     

多孔仿生射流表面减阻特性数值模拟

利用RNGk-ε湍流模型对流体在多孔仿生射流表面上的流动特性进行了数值模拟。结果表明:减阻率和流速比呈线性关系,流速比越大减阻效果越好,最大减阻率为59.02%;单孔射流表面中心线上的摩擦阻力系数先减小后增大,局部减阻率最大为111.8%;射流孔越多,减阻效果越好。探讨了仿生射流表面减阻机理:射流通过改变其表面附近的流场结构,使得边界层黏性底层的厚度增加,垂直于壁面的法向速度梯度减小,达到了显著的减阻效果;同时产生稳定的流向涡结构,并在壁面处形成小的二次涡,抑制了流体间的动量交换,减小了摩擦阻力。     

壁面沟槽减阻数值模拟研究

针对壁面流动问题,在PHOENICS 3.6软件平台上,采用RNGk-ε湍流模型计算V型沟槽面的湍流边界层速度分布和粘性阻力,研究了不同雷诺数对V型沟槽减阻效果、湍流边界层内的速度分布以及沟槽壁面切应力的影响,结果表明,对于一种尺寸的V型沟槽,存在着一个具有较好减阻效果的来流速度范围,证明了沟槽具有削弱湍流湍动的功能。     

侧壁式气垫船峰值减阻数值研究

针对侧壁式气垫船在越峰过程中阻力峰值过大的问题,本文基于N-S方程,采用以多面体为核心的体网格形式,计算了其在静水中的阻力值,验证了数值计算在阻力峰值处的精确度。借助气幕减阻思想,利用一层高压高速的均匀气幕来代替传统的艏部气封装置,研究了侧壁式气垫船在气幕下的密封性能。在此基础上,数值计算了侧壁式气垫船在约束型气幕及非约束型气幕下,指端距离基线高度、喷口位置、喷口角度等气幕参数对减阻率的影响。结果表明:气幕参数的变化对减阻率影响较大,减阻率在气流量为180 m3/h时达到峰值,而最高减阻率可达到了35%;艏封采用合理的气幕形式可有效的降低侧壁式气垫船的阻力峰值。     

仿生非光滑旋成体表面减阻特性数值模拟

在前期进行的仿生非光滑旋成体模型低速风洞试验的基础上,将非光滑形态在旋成体模型上的排列方式固定为矩形布置,非光滑的尺寸固定为直径或宽度为1 mm,深度或高度为0.5 mm,在风速为44 m/s时,对布置在模型尾部的凸包形、凹坑形和棱纹形三种非光滑模型与表面光滑模型进行了对比模拟试验。试验结果表明,布置在尾部的非光滑结构能够有效地降低模型的压差阻力,尤其是棱纹状非光滑形态模型,压差阻力降低了25.3%,总阻力降低了11.12%。     

输气管道肋条减阻数值模拟

湍流阻力是长距离输气管道中能量损失的主要因素。为了研究V型肋条在输气管道中对阻力的影响,在雷诺数为74 880的条件下,采用CFD软件对光滑管道和内壁铺有尺寸不同的两种肋条的管道进行了数值模拟,并通过分析管道中的流场,涡量和壁面切应力的分布规律,找出两种尺寸肋条增阻和减阻的原因,得出肋条减阻的机理。结果表明,与光滑圆管相比,管道中的肋条尺寸s+=22(无量纲尺寸)时近壁区流体流速小,涡量小,壁面切应力增阻区面积小,切应力小,具有减阻效果;当管道中的肋条尺寸s+=44时,近壁区流体流速大,肋顶处涡量较大,壁面切应力增阻区面积大,切应力大,肋条具有增阻效果。     

输气管道肋条减阻数值模拟

湍流阻力是长距离输气管道中能量损失的主要因素。为了研究V型肋条在输气管道中对阻力的影响,在雷诺数为74 880的条件下,采用CFD软件对光滑管道和内壁铺有尺寸不同的两种肋条的管道进行了数值模拟,并通过分析管道中的流场、涡量和壁面切应力的分布规律,找出两种尺寸肋条增阻和减阻的原因,得出肋条减阻的机理。结果表明,与光滑圆管相比,管道中的肋条尺寸s+=22时,近壁区流体流速小,涡量小,壁面切应力增阻区面积小,切应力小,具有减阻效果;当管道中的肋条尺寸s+=44时,近壁区流体流速大,肋顶处涡量较大,壁面切应力增阻区面积大,切应力大,肋条具有增阻效果。     

输气管道肋条减阻数值模拟

湍流阻力是长距离输气管道中能量损失的主要因素。为了研究V型肋条在输气管道中对阻力的影响,在雷诺数为74 880的条件下,采用CFD软件对光滑管道和内壁铺有尺寸不同的两种肋条的管道进行了数值模拟,并通过分析管道中的流场,涡量和壁面切应力的分布规律,找出两种尺寸肋条增阻和减阻的原因,得出肋条减阻的机理。结果表明,与光滑圆管相比,管道中的肋条尺寸s+=22(无量纲尺寸)时近壁区流体流速小,涡量小,壁面切应力增阻区面积小,切应力小,具有减阻效果;当管道中的肋条尺寸s+=44时,近壁区流体流速大,肋顶处涡量较大,壁面切应力增阻区面积大,切应力大,肋条具有增阻效果。     

矩形管道内高分子减阻液的减阻特性

在设计较高稳定度矩形管道流动系统和可控人工扰动设备基础上,通过有效地率定管道断面尺寸,对高聚物(PAM)减阻液的减阻特性,特别是反应点和极限减阻线进行实验研究,为以“聚合物层流”存在为基础的减阻机理假说,提供矩形管道内的实验证据及实验基础.     

基于数值模拟的2种条纹沟槽减阻特性对比分析

湍流减阻是流体力学研究的热点问题,在诸多湍流减阻方法中,条纹沟槽因其结构简单和使用方便等特点,受到广泛关注。为了探究沟槽形貌对沟槽减阻效果的影响,采用基于大涡模拟的CFD方法,数值研究三角形与梯形沟槽对湍流边界层流场的影响及减阻特性。通过RANS、DES和LES方法分别对光滑槽道湍流进行数值模拟,并与直接数值模拟的结果进行对比,验证了大涡模拟方法的准确性和可行性。基于参考文献的实验结果,对三角形与梯形沟槽湍流边界层流场的积分统计量、一阶统计量和二阶统计量等流场参数进行了对比分析,并通过对减阻率、时均速度、速度脉动均方根、剪应力、湍动能生成项和展向脉动速度等物理参量变化及影响规律研究,探讨了2种条纹沟槽减阻特性,由此得出结论：在相同无量纲条件下,梯形沟槽相较三角形沟槽减阻效果更好。     

壁面湍流质量注入减阻效应的数值研究

为解释边界层质量注入减少摩擦阻力机理,采用雷诺平均纳维-斯托克斯方程,基于最近发展的的Wilcox k-ω湍流模式,对二维壁湍流质量注入进行了数值研究。计算得到的局部摩擦阻力系数与试验结果比较,表明该模式在该情况下具有较高的精度。在其他参数保持不变的条件下,分有无质量注入2种情况,确认了质量注入会增加边界层厚度的膨胀效应,促进了边界层内湍流的发展程度,解释了减阻效应。通过速度剖面分布、湍动能及涡粘系数的分布比较,有助于加深人们对该流动现象的认识。     

天然气管道肋条减阻数值分析

随着清洁能源的广泛应用,提高输气管道的输送效率成为热点问题,其中降低管输过程中的摩擦阻力至关重要。为探究三角形肋条在输气管道减阻中的应用效果,利用ANSYS-FLUENT软件对光滑管道和肋条管道中的湍流流动进行了数值模拟。结果表明,在近壁区域,肋条管道与光滑管道的速度剖面相差较大,主流区域相差较小,肋条结构的减阻效果主要基于近壁面;肋条结构将漩涡推离壁面,使肋底充满低速流体,降低近壁面处动量交换,减小摩擦阻力;与光滑壁面相比,尺寸为s=h=0.516 5 mm的肋条具有4.38%的减阻效果。     

仿生射流表面孔径与射流速度耦合减阻特性数值模拟

针对仿生射流表面流场问题,基于非光滑表面减阻的仿生学理论,对鲨鱼鳃裂部位射流特征进行分析研究,建立具有类似于鲨鱼腮裂部位射流特征的仿生射流表面模型及可拓模型.利用SST k-ω湍流模型对仿生射流表面模型进行数值模拟,在主流场速度为20 m/s时,分析了不同射流孔径与不同射流速度耦合情况对壁面摩擦阻力、压差阻力及减阻率的影响,并对仿生射流表面减阻机理进行分析.研究表明在射流孔为5 mm时与射流速度耦合情况下的平均减阻率最大,为11.566%,同时为仿生射流表面多因素耦合情况下的减阻特性研究奠定基础.     

驻留式微气泡阵列流动减阻机理数值研究

为了完善驻留式微气泡阵列减阻的机理理论,基于有限体积方法,采用大涡模拟（LES）方法对平板及驻留微气泡阵列近壁面复杂湍流流动开展数值模拟研究,采用本征正交分解法(POD)提取2种模型近壁区湍流拟序结构进行对比分析.结果表明：相较于平板,驻留微气泡阵列近壁面切应力变化更加平稳,减小了约13.7%;微气泡气/水界面的动态形变使边界层间歇性流动分离再附着,抑制低速流体上抛、高速流体下扫形成的“猝发”现象,湍流相干结构“猝发”频率减小5.6 Hz.利用POD方法,能够有效地提取近壁面复杂湍流拟序结构的主要分布特征,微气泡的存在加强了湍流近壁区内的小尺度结构,促进流场内湍流动能的均匀分布,抑制了拟序结构的发展,体现了驻留微气泡良好的减阻特性.     

圆管内高聚物湍流减阻流动特性研究

高聚物湍流减阻可降低传输过程中的流动阻力和能耗,研究其减阻特性具有工程应用价值。文章采用等效黏度模型和湍流模型,利用计算流体力学方法建立三维模型,结合减阻参数,模拟了流动速度和高聚物浓度等影响高聚物减阻的主要因素,分析了管道内湍流减阻的流动特性及减阻规律。结果表明：圆管管道内高聚物湍流减阻率随减阻参数的增大而增大,其最大减阻率约在50%处,而后减阻效果降低,且管道内流速越大,减阻效果越好;管道中雷诺应力分量、湍动能、涡黏系数、湍流涡耗散随减阻参数的增加逐渐降低,当减阻参数为28时,高聚物湍流减阻效果最好。     

聚丙烯酰胺稀溶液减阻特性的实验研究

本文在实验基础上,论述了我国研制的PAM(FLA—801)稀溶液的减阻性能,指出PAM(FLA—801)是一种良好的水溶性高分子减阻剂,实验结果可供生产中应用。     

CTAB表面活性剂水溶液的减阻特性

为探讨表面活性剂CTAB作为一种减阻剂使用的可行性,使用5 mm圆管研究了CTAB水溶液的粘度流变特性及减阻特性。结果表明,C16TABr/NaSal水溶液属于非牛顿流体,“SIS”和剪切稀化现象明显;表面活性剂质量分数分别为1.0×10-4,2.0×10-4,3.5×10-4,5.0×10-4的C16TABr/NaSal水溶液的临界雷诺数以及最大减阻率分别为4 800,6 100,8 900,13 500和56%,58%,63%,68%,与牛顿流体相比层流范围扩大。     

柱塞泵阻尼槽噪声特性研究

提出了一种研究液压动力元件中阻尼槽噪声特性的新方法，通过把柱塞泵配流盘上的阻尼槽映射到滑阀上，隔离其他噪声源，对阻尼槽的气穴噪声特性进行单独研究。对两种典型阻尼槽（V形槽和U形槽）进行了压力分布测量、流场仿真及噪声信号测量，分析了阻尼槽结构、压力分布和噪声之间的内在规律。研究发现，配流盘吸油槽侧的渐扩形阻尼槽（V型槽）容易导致在柱塞腔卸压时出现气泡析出，诱发严重的气穴噪声，而具有等截面的阻尼槽 （U型槽）压力回升快速，可以显著抑制气泡析出。