半浸式螺旋桨水动力性能的数值模拟研究

针对半浸式螺旋桨的水动力性能问题,应用CFD方法对其流场进行了数值模拟研究,并把结果与实验进行比较。通过求解雷诺平均方程(RANS)来模拟流场,采用SST k-ω湍流模型来计算RANS方程中的雷诺应力。利用Fluent中的明渠流动(Open Channel Flow)功能模拟空泡水筒中的气液两相流动,采用VOF方法捕捉自由液面。应用滑移网格法完成搅拌桨的转动,实现了对一个五叶右旋半浸式螺旋桨的数值模拟。研究结果表明,桨的尾流场形态与实验结果吻合地较好,证明了CFD方法预测半浸式螺旋桨性能的有效性。在较低浸入深度时,数值模拟可以很好地预测半浸式螺旋桨的性能。随着浸入深度的增加,推力系数和效率的预测结果基本准确,扭矩系数的预测结果有一定偏差。从数值计算结果中,可以获得宏观力的脉动曲线和完全入水桨叶的压力分布,并且可以对桨叶出水和入水过程进行详细的研究。     

Motion and deformation of immiscible droplet in plane Poiseuille flow at low Reynolds number

Droplet migration in plane Poiseuille flow is numerically investigated with a dissipative particle dynamics method.The single droplet deformation in the channel flow is first studied to verify the current method and the physical model.The effect of the viscosity ratio between the droplet and the solvent and the effect of the confinement are systematically investigated.The droplet is in an off-centerline equilibrium position with a specific selection of the parameters.A large viscosity ratio makes the droplet locate in a near-wall equilibrium position,and a large capillary number makes the droplet migrate to the near-centerline region of the channel.For the droplet migration at the same Capillary number,there is a critical width of the channel,which is less than twice of the droplet diameter,and the droplet will only migrate to the channel centerline if the width is less than this critical value.     

水中气泡溃灭的理论与数值研究

从理论和数值两个方面研究了单个气泡在自由流场中的溃灭.采用Rayleigh方程推导出一个新的球形气泡演变的解析解.基于流体体积法( VOF),在考虑表面张力、粘度和可压缩性效应的情况下,对单个纯气体泡的运动进行了三维模拟.在第一次溃灭阶段,气泡体积演变的数值结果与解析解保持一致. 数值结果表明气泡体积到达最小值后开始回弹,气泡的形状、速度场和压力场在回弹点附近发生剧烈变化.     

滑移网格下泵内流场的非定常流计算

该文在OpenFOAM开源平台下,采用滑移网格方法对二维泵内流场进行了非定常流数值计算.计算区域分为旋转区和静止区,滑移界面通过GGI算法实现变量插值和传递.并分别利用RANS和LES模型进行模拟,研究了不同湍流模型对非定常湍流场计算的影响.计算结果表明,动静叶相互作用下的流场具有明显的瞬态特征,其中LES模拟能更好预报流场的大尺度脉动特征.并将该文计算的瞬时速度分布与实验数据进行了比较,结果表明该文的滑移网格数值方法具有较好的适用性.     

基于体积力控制的气泡绕流数值模拟研究

为了研究输运过程中的气泡绕流,提出了一种简单易行的体积力控制方法。该方法建立了控制力与气泡位移之间的关联关系,从而可以快速将气泡位置固定住。采用体积力控制方法,对不同了流动参数下的气泡绕流进行了数值模拟研究。结果表明,大We数下气泡变形均较为显著,气泡形状与Re数关系密切。该文模拟得到的气泡形状和阻力系数与文献中结果吻合一致,表明该方法能正确模拟变形气泡的受力问题。     

水平轴海流机空化流动模拟

海流机是海流能利用的一种新形式,其空化性能的好坏直接影响到海流发电机组的安全和稳定运行。基于两相混合流模型对一模型水平轴海流机空化流动进行研究,得到不同空化数下的空泡形态及其性能曲线。数值模拟结果表明,采用数值计算方法能够有效地预测海流机的空化现象,计算得到模型海流机的初生空化数,空泡形态与试验结果相类似;海流机空化通常发生在近叶尖吸力面上,并随空化数的降低沿叶片展向和弦向变长;空化数相对较高时,空化出现在叶片弦向中间区域,随空化数降低向叶片尾缘发展;空化初生时,海流机性能没有明显改变;只有当空化数降低到一定程度时,海流机推力升高,输出功率下降,海流机性能恶化,实际运行中应当避免在此工况下运行。     

基于VOF的蒸汽泡溃灭过程数值研究

针对蒸汽泡在外界压力作用下溃灭的问题,基于Open FOAM平台对单个三维纯蒸汽泡在外界压力驱动下溃灭及回弹的动态变化过程进行了数值模拟研究;提出了一种运用流体体积(VOF)方法追踪相间的运动界面,并考虑表面张力、粘度和汽液两相的可压缩性,采用汽液相变模型模拟蒸发和冷凝等相变过程的计算方法,通过蒸汽泡与气体泡的结果对照得到了蒸汽泡溃灭的一系列特征。研究结果表明,该计算方法能有效模拟蒸汽泡的溃灭过程,捕捉到高温高压现象。在第一次溃灭过程中,蒸汽泡、气体泡半径变化与解析解保持一致,但蒸汽泡溃灭达到的最小半径则远小于气体泡,蒸汽泡中心点处压强远大于气体泡;在回弹阶段,蒸汽泡只回弹到了初始半径的25%左右,而气体泡回弹半径几乎与初始半径相同。     

DTMB 4119螺旋桨噪声特性的数值模拟

将DTMB 4119型螺旋桨作为研究对象,在敞水和伴流条件下分别计算水动力学特性和非空化噪声声压级. 在多个进速系数下对单桨模型的敞水性能展开验证,与文献实验值比对验证准确性后,引入FW-H声类比方程求解监测点声压及频谱. 结果表明,现有模型可以在多个进速系数下取得较吻合的数值结果;单极子和偶极子噪声频谱在低频段出现显著高于宽带的线谱噪声,频率与桨叶BPF及谐波对应. 在轴向平面内,单极子噪声声压级呈现出8字形的分布特征,偶极子噪声声压级呈现出∞型的指向性分布. 伴流场不会改变单、偶极子总声压级的指向性,但会使得各方向线谱噪声声压级趋于均匀. 在径向平面内,单、偶极子的噪声声压级指向性不明显.