单管系统水流运动的数值模拟与总流描述

针对湍管流,从粘性不可压缩流体运动的控制方程出发,得到了单管系统总流机械能损失和过流能力的关系式,实现了流场描述和总流描述的对接.采用雷诺应力模式封闭雷诺时均方程,通过针对性的网格布置对单管系统的水流运动进行了数值模拟,计算成果表明:1)当管道离底部壁面距离大于3倍管径后,进口段流场基本不受底部壁面条件影响,水流表现为完善收缩;2)当进口段的水流处于不完善收缩时,其总流机械能损失最大,过流能力最小;而当作用水头大于15倍管径后,作用水头对总流机械能损失和过流能力的影响很小.     

矩形断面明渠中恒定均匀流的机械能损失

明渠流中机械能损失的确定是水力学乃至工程流体力学中的重要内容.以构建的明渠恒定流新的总流能量方程及矩形断面明渠三维层流运动的理论解为基础,通过理论分析与三维数值计算,就矩形断面明渠中恒定均匀流的机械能损失系数随雷诺数及宽深比的变化进行了深化研究,得到如下成果:1)在层流条件下,机械能损失系数一般均与雷诺数和宽深比有关,只有对宽深比大于6.5的宽浅明渠,其相应流动的机械能损失系数才仅与雷诺数有关,且在雷诺数相同的条件下,一般矩形断面明渠流的机械能损失系数要大于宽浅明渠流的机械能损失系数;2)在紊流条件下,机械能损失系数也一般均随雷诺数与宽深比而变,但对给定的宽深比,存在相应的特征雷诺数,当流动的实际雷诺数大于该特征雷诺数后,机械能损失系数则不再随宽深比而变化,且在宽深比一定的条件下,雷诺数越小,其机械能损失系数的修正值越大.     

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。     

闸孔出流水流特性数值模拟

闸门是一种控制水位和流量的建筑物,其出流特性与出流计算是工程水力学中颇为关注的问题.对淹没出流条件下冲刷坑形成过程中,闸孔出流的泄流能力、冲刷坑内水流流态及机械能的变化尚未开展研究,通过数值模拟对此进行了探讨,得到如下成果:1)在闸孔出流过程中,伴随着河床底部边界的变形及水跃的调整,过闸流量有变化但变化很小;2)在闸孔出流过程中,冲刷坑内的回流形态不断调整,重汇点位置也从冲刷坑形成初期的最大冲深位置下游不断回缩,直至与最大冲深位置相当;3)在闸孔出流过程中,伴随着河床底部冲刷的发展,闸门下游急变流段水流运动的总机械能损失是朝着减小的方向调整的,且机械能损失系数随冲刷时间不断减小趋于某一定值.     

旋流消能工内空腔旋流的数值模拟

为了克服试验研究的局限,揭示旋流消能工内部的流动特性,以公伯峡水平旋流泄洪洞为例,在原、模型试验研究的基础上,采用Realizablek-ε湍流模型对空腔旋流进行数值模拟.模拟结果表明,压强等值线沿径向大致以旋流空腔为中心的同心圆轴对称分布;旋流区和空腔内流速具有明显的分区特性,旋流区动能沿程由切向动能向轴向动能转变,并得到旋流角的印证;旋流空腔沿旋流洞轴向和径向均有变化;湍动能与湍动能耗散率的径向分布体现出水气交界面处水气混掺紊动、离心力引起壁面摩擦力的增加是空腔旋流具有较大消能率的原因.通过数值模拟与原、模型水力特性的对比分析可知,数值模拟能够客观地反映出空腔旋流内部的流场特性,成果可为旋流消能工内空腔旋流的研究应用提供参考.     

圆柱绕流涡致振动的平面湍流数值模拟

为了研究工程中存在的湍流涡致振动问题,应用平面湍流k-ε模型和重整化群k-ε模型,结合分块耦合方法及任意拉格朗日欧拉法（ALE）数值模拟了圆柱绕流涡致振动,求解基于非交错网格系统, 其中包含满足连续性方程的压力泊松方程解法.计算了湍动能、湍流耗散率、湍流黏性系数及柱面涡量的变化情况.结果表明,当雷诺数为5 000～2×105时计算所得的阻力系数与实验数据吻合良好.研究发现,在涡致振动情况下的湍流耗散率比固定圆柱涡脱落情况下小得多,湍流黏性系数与雷诺数呈对数律增长.     

基于湍动能的转套式配流系统流场特性分析

为了分析转套式配流系统内部流场动能损失及耗散情况,本文以配流系统全流场为研究对象,基于湍动能求解雷诺应力,采用专业流体软件Fluent模拟其流体域内部湍动能分布、流速分布和流量脉动情况,并详细分析了三者之间的关系及湍动能分布对流速与流量脉动的影响。分析结果表明,湍动能大小分布与流速大小分布特性基本吻合;流场内部动能损失较大,流动不稳定点出现在进、排流质转换瞬间,且在转换瞬间出现较大流量倒灌现象。该研究具有重要理论意义和工程应用价值。     

不同运行参数和结构尺寸气缸内流动的数值计算

内燃机缸内流动是极其复杂的三维湍流流动,其流动具有强压缩性、强旋转和各向异性的特点,正确地模拟和分析内燃机的燃烧和排放,离不开对缸内湍流运动的正确描述和模拟。为了考察运行参数和结构尺寸对内燃机缸内湍流特性的影响,用修正的非线性三方程模型对不同运行参数及燃烧室几何尺寸的缸内流动进行计算,特别考察挤流和旋流对湍能的影响,给出了用非线性三方程模型计算得到的结果,结果表明改变内燃机运行参数及燃烧室几何尺寸对缸内流动及湍流特性有很大的影响,旋流和挤流共同作用能有效改善压缩后期缸内湍流特性。     

燃气涡轮带肋冷却通道流动与换热的大涡模拟

为研究涡轮内部扰流肋结构的流动和传热机理,分别采用雷诺平均(RANS)方法和大涡模拟(LES)方法对肋通道周期性计算域和全尺寸计算域进行数值研究;结合实验数据,对比分析雷诺平均方法和大涡模拟在流动和换热方面的准确性.结果表明:大涡模拟捕捉到了肋顶扁平涡结构的产生与脱落过程,该旋涡在近似肋顶面的高度和下游空间内发展并掺混,强度逐渐衰减,该过程与湍流强度的分布规律一致;获得了肋前分离流动中向侧壁面偏转的横向二次流等更加详细的流场结构,更加真实地反映了流场的特性;在流动预测方面,大涡模拟更加准确地预测到了平均速度分布和脉动量湍动能的分布规律;在换热方面,大涡模拟方法对换热增强系数的预测误差比雷诺平均方法要小.     

元件长径比对SK型静态混合器湍流流场的影响

以SK 型静态混合器为对象,运用FLUENT 软件对混合器内湍流流场进行模拟计算分析,并利用激 光多普勒测速仪对其中部分型号混合器内的流场进行测量,研究混合元件长径比对混合器内速度变化特性和湍动 性能影响。结果表明,元件长径比的变化并不改变流体各方向时均速度及湍动能沿轴线的变化趋势及幅值分布规 律,但对幅值大小有影响;元件长径比越小,各方向时均速度沿轴线变化的幅度越大,斜率越高,这一作用在径向速 度上表现最为明显,在轴向速度上表现最弱;随元件长径比减小,流体的湍动程度加大,湍动能赠高,且增加速度较流速变化更为显著。     

射流主动流动控制对舰船甲板流场的影响

随着舰船的发展和大量应用,舰船甲板流场的分析与控制的重要性进一步凸显出来。为改善舰船甲板流场,提出了一种新型的基于射流装置的主动流动控制方法,并以直升机桨盘位置为例分析了不同射流装置参数对于直升机桨盘流场优化的效果。首先基于Navier-Stokes方程建立了舰载直升机甲板流场的数值模型,以研究基于射流主动流动控制对舰船甲板流场的影响。然后该方法选取k-ε湍流模型,并通过算例验证了方法的有效性。最后模拟得到添加射流装置的舰船甲板流场流线与速度分布,结合流场信息对旋翼受力的影响对比分析了加装射流装置对舰船甲板流场的流动控制作用。结果表明：上射流的添加可以使得甲板流场中回流区的影响范围减小,从而使得桨盘流场速度梯度减小;桨盘流场速度梯度的减小可以有效降低旋翼气动力变化和响应水平;不同的来流角下添加上射流装置均能通过控制甲板流场从而减小响应,提高直升机的安全性。射流速度对流场控制效果影响显著,应结合射流装置安装位置选取最优射流速度从而达到较好的控制效果。     

真假流水施工辨析

文章指出了不少文献资料中关于流水施工描述与应用的不足,将之界定为"假流水施工"。同时,通过分析提出了什么是"真流水施工"以及应用关键。     

圆柱绕流的流动分离控制

流动分离现象在穿透自由液面的圆柱绕流过程中非常明显,也是造成各种海洋结构物阻力性能恶化的重要原因.针对此问题,开展了应用生涡器装置控制流动分离的试验研究和CFD模拟.通过生涡器可以在流动分离以前向边界层内触发小尺度涡,从而增加边界层底部的动量,抵抗流动分离的发生.圆柱绕流的拖曳试验结果表明,生涡器可有效抑制圆柱后体的流...     

气液两相流流型的ECT软测量技术

提出一种基于ECT技术的气液两相流流型判别软测量模型．以ECT传感器输出中提取的特征参数作为软测量模型中的辅助变量，气液两相流的流型作为模型中的主导变量，利用人工神经网络建立了主导变量和辅助变量之间的数学关系，进而实现对气液两相流流型的在线判别，仿真结果表明，此方法判别精度高、判别速度快，为两相流流型的在线辨识提供了一种有效的手段。     

漩流中间包流场的数值模拟

采用CFD软件Fluent对漩流中间包内的流场进行了数值模拟,分析了漩流中间包内的流场特征,以及漩流室的加入,中间包内的流动形态.模拟结果表明,由于漩流室的加入使湍动能耗散主要集中在漩流室内部,有利于夹杂物的聚合长大;漩流室的加入可改善钢液的流动状态,利于夹杂物的上浮。由于入口位置的非对称布置,造成了漩流中间包内的流场在入口区呈明显的非对称分布,这些结果为进一步优化漩流中间包内漩流室的位置和中间包挡墙参数提供了理论依据.     

旋流排气管的一维非定常流动研究

在不考虑摩擦,且管道通流面不变时,针对旋流排气管的一维非定常流动数理模型中旋流动量矩方程的特殊性,采用一种新型含有可导函数的变形加法分离变量法,导出满足该方程新的代数显式解析解。该解含有任意可导函数,即有无限多个解。由此提出了求解一阶线性齐次偏微分方程的新算法,即含有可导函数的加法分离变量法。理论研究表明,由加法分离变量法所得的解为自变量的任意可导函数都可满足该类方程。     

分叉隧道分流局部损失特性及流动特征

搭建同步满足阻力和压力相似的1/20分叉隧道通风比尺模型试验平台,并构建分叉隧道分离流动的三维CFD模型.研究分叉隧道流动特征和分流局部损失特性.结果表明：流速梯度变化和流动分离是产生主线分流局部损失的主因,而匝道分流局部损失还进一步受到流速转向的影响;主线隧道分流局部损失系数基本不受夹角的影响,而匝道分流局部损失系数在分流比小于0.5时,随着夹角的增大而增大,在分流比大于0.5时,随着夹角的增大而减小.利用试验数据修正Bassett公式,建立可准确预测夹角为5°~15°分叉隧道的分流局部损失系数计算公式,从而为分叉隧道的通风计算提供理论参考依据.     

活塞内冷油腔两相流振荡可视化模拟

设计并搭建一个活塞振荡两相流可视化模拟试验台,利用3D打印技术还原某型号柴油机的活塞内冷油腔,针对甘油水溶液以及大豆油2种不同的冷却介质,在可视化拍摄流场图像的同时,收集出油数据并计算通过率. 研究发现,所采用的试验方法可摒弃喷油飞溅干扰,准确采集出油量数据,获得了清晰可辨的可视化图像. 将拍摄结果进行对比分析,并对两相流振荡的流型进行辨识和分类,发现当雷诺数达到20 000以上时,两相流振荡的流动状态会发生明显变化,流动进入强湍流状态.     

基于三维流动理论的液力变矩器设计流程

介绍了W 305型液力变矩器开发的过程。在基本几何参数一致的基础上,设计了5种液力变矩器叶栅系统方案,并且对包括W 305型液力变矩器比较基型在内的6种方案进行了稳态试验比较分析。对内流场进行了仿真分析,探讨了液力变矩器性能提高的本质原因。试验和仿真的结果充分证明了本设计方法的科学性和准确性。     

复合流化的烟气脱硫循环流化床气固相研究

针对常规循环流化床烟气脱硫技术中仍存在的问题,提出了复合流化的烟气脱硫循环流化床.在文丘里管内安装轴向叶片,形成了直流和旋流组合的流化方式,并采用试验和数值模拟相结合的方法研究了气固相冷态流动规律,与文丘里管直流流化的规律进行了比较.结果表明,这种非均匀布风的复合流化方式比直流流化方式提高了切向速度,增加了塔内颗粒的停留时间,提高了颗粒浓度,增强了湍流脉动,加强了横向的扩散与混合,有效改善了流场均匀性,而且流动更快地达到均匀分布,改善了脱硫塔内的流动.复合流化的烟气脱硫循环流化床技术是一项有应用前景的技术.