非定常不稳定气固两相流动的离散涡数值仿真Ⅲ.非定常不稳定气固两相流动中颗粒运动与旋涡的相关结构

基于气固两相流动的离散涡模型与数值仿真方法,分别模拟了与重力方向垂直和与重力方向平行的平面内气固两相圆柱绕流(其中颗粒的St数为1.0),得到了流场中颗粒分布与旋涡分布的时间序列,由此进一步证明了高雷诺数下的二维气固两相流动中固体颗粒运动与流体旋涡存在着明确的相关结构:气体流经圆柱体时产生不稳定的剧烈分离流动,在圆柱绕流的尾迹区内存在着复杂的旋涡发展演化过程,由于流体旋涡对其周围固体颗粒的诱导作用,使得在尾迹区内中等尺度(St～o(1.0))的固体颗粒从均匀气固混合物中分离出来而往旋涡区运动,并最终在旋涡结构的外沿聚集.     

高雷诺数圆柱绕流分离的旋转控制

为了深入研究高雷诺数旋转圆柱绕流的流场特性,采用大涡模拟(LES)方法对雷诺数Re分别为3 900、1.4×105、1.0×V106的圆柱绕流在不同转速条件下的三维流场进行了数值仿真。首先以典型非旋转圆柱绕流为算例与相关研究结果进行了对比,验证了本文计算方法与结果的准确性,然后对旋转速度α分别为1、2、3、4时的圆柱绕流进行了模拟。结果表明,不同雷诺数条件下旋转效应都可以有效抑制旋涡脱落和尾部湍流的产生,且分离涡随着转速和雷诺数的增大而变小。同时,雷诺数越小,圆柱的升阻比越大,而超临界区升阻力系数的变化趋势不明显且其值较小;雷诺数越大,受到粘性力的影响越小。     

非定常不稳定气固两相流动的离散涡数值仿真Ⅲ．非定常不稳定气固两相流动中颗粒运动与旋涡的相关结构

基于气固两相流动的离散涡模型与数值仿真方法，分别模拟了与重力方向垂直和与重力方向平行的平面内气固两相圆柱绕流（其中颗粒的St数为1.0），得到了流场中颗粒分布与旋涡分布的时间序列，由此进一步证明了高雷诺数下的二维气固两相流动中固体颗粒运动与流体旋涡存在着明确的相关结构：气体流经圆柱体时产生不稳定的剧烈分离流动，在圆柱绕流的尾迹区内存在着复杂的旋涡发展演化过程，由于流体旋涡对其周围固体颗粒的诱导作用，使得在尾迹区内中等尺度（St-0(1.0)的固体颗粒从均匀气固混合物中分离出来而往旋涡区运动，并最终在旋涡结构的外沿聚集。     

PIV技术在流动测试与研究中的应用

粒子图像测速是一种基于流场图像互相关分析的二维流场非接触式测试技术,在流场测量中占有非常重要的地位.本文阐述了PIV粒子图像测速的基本原理及其在复杂流场测试中的应用状况,如泊肃叶流动及圆柱绕流、横流中水平方柱绕流旋涡、涡旋波流场、横流中近壁水平圆柱绕流旋涡、角区三维分离的附着奇点结构、漩流中间包流场、角区非定常马蹄涡结构.对掌握和了解PIV测试原理及方法具有一定的参考意义.     

正三角形布置下三圆柱绕流的数值模拟

利用有限体积法和非结构性网格对正三角形排列下的三圆柱绕流进行了数值模拟.取雷诺数Re=100,并考虑4个不同的间距比(1.5,3,5,7),着重研究了间距比对绕流流场特性的影响,结果表明:在小间距比的情形,下游圆柱发生的偏流现象为单稳态偏流;在大间距比的情形,尾流效应使得上游圆柱脱落的剪切层在下游圆柱间上下波动.     

基于流声分解法的并列双圆柱流声数值模拟

为了研究低流速下多体绕流激噪声,提出一种基于流声分解法的双圆柱绕流激噪声预报方法。在自主开发的通用流体力学数值模拟软件GTEA基础上,编写了双圆柱绕流噪声计算程序。采用单圆柱绕流噪声计算,验证了流声分解法的正确性和可靠性,对不同圆心距系数(圆柱间中心距与圆柱直径之比)S为1.1、1.7、3.0的并列双圆柱绕流和噪声进行了数值计算。研究表明:并列双圆柱绕流流场可分成单钝体绕流、混合绕流、稳定流3种形式,3种绕流形式对应3种不同声场,混合绕流的声场呈现多极子分布与单圆柱偶极子噪声分布有明显不同,流场分布形式直接决定声场分布形式。     

二维格子Boltzmann方法圆柱绕流湍流模拟

采用多松弛格子Boltzmann方法的大涡模拟技术对二维圆柱绕流问题进行了数值模拟.运用二阶插值反弹格式处理圆柱边界,同时结合Wall-Adapting Local Eddy-viscosity模型(WALE)对壁面附近湍流粘性进行修正,测算了其升、阻力系数和涡脱落频率.结果显示:在雷诺数小于300时,升、阻力系数以及涡脱落频率均跟实验值吻合较好;对于较高Re数问题,其三维效应不能忽略,模拟结果跟实验值有所偏差,但通过引入WALE模型进行壁面修正,该方法较其他二维方法在估算阻力系数上精度有明显提高.     

用格子Boltzmann方法模拟圆柱绕流的振荡边界层

提出了一种用于模拟圆柱绕流的振荡边界层流动的新方法--旋转系统平均法.该系综由一些相同的系统组成,每个系统除使用不同的网格外,具有相同的流动.经模拟圆柱绕流的振荡边界层发现,流体质点的流动具有平行于振荡方向离开圆柱、竖直于振荡方向流向圆柱的特点,同时也发现在紧邻圆柱出现的被称为二次流的4个涡旋流动现象.数值模拟结果符合经典的理论结果.该方法也可用于其他圆柱绕流问题.     

旋转圆柱绕流的动力模态分析

圆柱旋转对绕流尾迹影响显著,应用粒子图像测速仪(PIV)对不同旋转速度比的旋转圆柱绕流进行实验研究.获得了高时空分辨率的圆柱尾迹的瞬时速度矢量场发展演化的时间序列样本.实验中圆柱的转速比由0至5.0逐渐增加,来流雷诺数为Re=1 000.使用动力模态分解(DMD)提取不同转速比下的速度场的各阶模态,研究不同转速比对圆柱尾迹结构形态的影响.通过分析DMD结果发现,随着转速比增加,涡旋周期性脱落减弱,尾迹偏向圆柱旋转的方向;另外圆柱的旋转可改变圆柱涡旋脱落频率,转速比在0至2.0范围时,涡旋脱落频率有逐渐增大的趋势;当转速比为3.0时,发现了旋转圆柱与尾流结构共振表现出低频涡结构特性,对相关工程领域避免事故的发生具有重要的指导意义.     

绕圆柱非定常尾涡对液滴碰撞聚结影响的数值模拟

为了探究圆柱绕流下游非定常涡脱落对液滴的变形、聚结过程的影响,运用相场方法,建立了在圆柱绕流流场中液滴变形和聚结的二维模型.探究了在两相流圆柱绕流中,不同入口速度分布、流速以及液滴相对位置对液滴的变形及聚结的影响.结果表明:在平均速度相等的情况下,入口速度为抛物线型比定值更有利于液滴的聚结,发生聚结时间可缩短为定值的1...