矩形高层建筑风荷载气动导纳研究

为探究深宽比对矩形高层建筑风荷载气动导纳的影响,本文对深宽比为0.11～9的矩形高层建筑进行了风洞测压试验,研究了正交风向作用下不同深宽比建筑各立面脉动风压与基底阻力的气动导纳的变化规律,并与基于准定常假定的Vickery模型和Solari模型作了比较;通过拟合分析获得了适用于不同深宽比建筑基底阻力的气动导纳的闭合表达式.结果表明:当建筑深宽比小于0.5时,迎风面脉动风压及基底阻力的气动导纳与Vickery模型较为接近,但随深宽比增大,气动导纳在高频区的衰减速度变缓,Vickery模型和Solari模型较试验值显著偏小;在建筑背风面和侧风面上,因流动分离、再附和旋涡脱落等非定常流动的影响,脉动风压的气动导纳在高频区域会出现大小不等的峰,此时Vickery模型在变化规律和数值大小上均不再吻合.本文获得的幂函数形式的基底阻力气动导纳拟合式可以较准确地预测不同深宽比矩形建筑的基底阻力气动导纳.     

联焰板宽度对单凹腔驻涡燃烧室流线形态的影响

为了研究联焰板宽度对单凹腔驻涡燃烧室流线形态的影响,设计了一个带扩压器和内外机匣的单凹腔驻涡燃烧室,并在此基础上进行了常温、常压状态下的冷态流场试验,试验中设置联焰板宽度分别为40、30、20 mm。研究结果表明:在主流中心截面(PM)上,凹腔内存在双涡流动结构,主涡位于凹腔的中间位置,副涡位于主涡与主流之间;在联焰板中心截面(PA)上,不同的联焰板宽度会形成两种不同的流线形态,当联焰板宽度较宽时,凹腔内为单涡流动结构,仅存在主涡结构,主涡回流气流沿联焰板向火焰筒下壁面流动;当联焰板宽度较窄时,凹腔内为双涡流动结构,主流气流卷入联焰板后方。     

矩形微通道内油水两相流摩擦压降实验研究

研究了微通道内油水两相流的摩擦阻力特性.实验采用横截面为矩形的微通道,其宽度和深度通过化学蚀刻法制作,壁面具有一定的粗糙度,其水力直径分别为167.3μm和192.0μm,相应高宽比为0.673和0.793.利用数字显微摄像技术对矩形截面微通道内油-水两相流的流型进行实时观测,并根据流型选择合适的物理模型,得到了不同含油率时矩形微通道的摩擦压降.实验结果表明:矩形微通道内的摩擦阻力压降与均相理论模型计算结果一致,黏度机理是影响微通道内油水两相流摩擦压降的主要因素.水包油流型向油包水流型的转变是在含油率为60%～70%范围内发生的.     

驻涡燃烧室后驻体喷射角度影响冷态数值研究

为深入了解配置于后驻体某确定位置的喷射孔对驻涡燃烧室整体性能特别是对驻涡腔内及附近区域流动的影响,对喷射孔以不同角度向流场喷射气体时,对燃烧室内流场进行了数值研究.研究发现驻涡腔内均形成双旋涡流动结构,驻涡腔上、下侧间相互独立,形成有利于值班火焰的流动条件,且当后驻体喷孔以向内约为70°角向流场喷射时,驻涡腔内形成有旋涡的流场平均流速低,旋涡稳定性强,驻涡燃烧室整体流动阻力较低,从而给出设置后驻体最佳喷射角度范围为向内70°到向外80°.     

旋转矩形截面螺旋管内对流传热特性的研究

利用数值计算方法研究了旋转矩形截面螺旋管内的粘性流动，分析了在离心力、科氏力共同作用下曲线管道中的二次流动结构、轴向流速分布、截面温度分布、摩擦系数比以及管道Nusselt系数数比随各参数的变化情况，计算结果表明：对于不同截面的矩形螺旋管道，当旋转方向和主流方向相同时，旋转的作用与增大Germano数的作用相同，使得管道摩擦系数变大，管道换热效果增强；而当旋转方向和主流方向相反时，管道内流动结构变化十分明显，当F≈-1．3时，二次流出现类似于直扭管内的鞍状流动结构，轴向速度类似与静止直管内的流动结构，管道内的摩擦系数近似于静止直管内的磨擦系数，换热效果减至最弱。     

矩形通道内纵向涡发生器作用下流场的PIV实验研究

利用PIV系统对矩形通道内布置纵向涡发生器时的二次流结构进行了测量,并与光通道的流动结构进行了比较.分析了组合翼、辅翼的布置位置和布置方式对流动结构的影响.实验结果表明,在光通道入口附近,由于地球自转作用空气产生整体旋转运动,随着流动的进行,旋涡强度减弱,最后形成多个小旋涡.与光通道相比,纵向涡发生器产生的旋涡强度及影...     

撞击流反应器内压力波动信号的间歇性分析

结合小波变换模极大值的方法对撞击流反应器撞击区压力波动时间序列进行多重分形分析,并确定相应的压力波动信号的间歇性指数,探讨撞击流反应器撞击区非线性、非均匀性和混沌特性机理。对计算机采集的压力波动信号通过Matlab以及Origin进行数据分析处理。通过分析不同转速以及不同位置的信号得出:撞击流反应器内部流体流动具有多重分形的特性,由于通过间歇性参数随转速变化出现的最低拐点可以判断反应器内部流型的转变,得出流型的转变区域,即由撞击流向平推流的转变;随转速的变化,流型的转变基本一致,在z=20 mm附近;同时随着转速的增大,z=-10 mm流型的转变要先于z=0 mm时流型的转变。     

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.     

凹腔长深比对超声速燃烧室内振荡现象的影响

为研究不同长深比的凹腔对超声速燃烧室内的流动状况及自激振荡现象的影响,采用数值模拟方法改变凹腔长深比由2至6研究入口来流马赫数为1.58的超声速燃烧室内的压力振荡现象,计算捕捉到了超声速燃烧室中的压力脉动和凹腔剪切层拟序结构的演化过程以及振荡频率和声压级的变化.研究发现:凹腔内剪切层状态决定凹腔前后缘激波的强弱;随着长深比增加,振荡增强、声压级变大,而振荡频率整体向低频转变;长深比不同时振荡主频也在变化.剪切层波动与声波传播相互耦合是导致自激振荡现象的主要原因.     

煤矿主通风机内流规律的实验观察及理论探讨

采用“流痕法”研究了现场运行条件下的通过风内流流型和空间旋涡结构,构造出一幅生动的叶型流动图画,将叶型流动图画与涡动力学理论相结合,建立了风机叶型附面层发展的弦向三区物理模式,且描述了旋涡结构物特征。     

环形截面小曲率弯管内粘性流动的摄动解

以曲率为小参数,采用摄动方法求解了小曲率环形截面弯管内的粘性流动,得到该问题的二阶摄动解,研究了Dean数和环形截面内外径之比对二次流动和轴向主流速度的影响．结果表明：环形截面上的二次流动和主流速度的分布不仅受Dean数的影响,而且内外径对流动情况的影响也是显著的．     

Numerical simulation of flow interference between four cylinders in in-line square arrangement

In the present paper,two-and three-dimensional numerical simulations of the flow interference between four cylinders in an in-line square arrangement at Re = 200 are performed.Assisted with the two-dimensional(2-D) numerical simulation,the mean and fluctuating forces,Strouhal number(St) and vortex shedding pattern in the wake for each cylinder were analyzed with the spacing ratio(L /D) ranging from 1.5 to 6.0.It was found that,four different vortex modes(viz.,flip-flopping,shielding anti-phase-synchronized,in-phasesynchronized and anti-phase-synchronized) gradually appear with the increase of the L/D ratio.The average drag coefficient of the upstream cylinders is larger than that of the downstream cylinders,while the downstream cylinders usually undergo serious fluctuating forces.When the L/D ratio ranges from 3.0 to 4.0,the dominant frequency of the drag coefficient is equal to the value of St of upstream cylinders.This indicates that a simultaneous resonance in the in-flow and cross-flow directions may occur for some single structures of a multi-body oscillating system.For the 3-D numerical simulation,the L/D and aspect ratios are kept constant as 5.0 and 10,respectively.It was found that some vortices are formed in the wake of the upstream cylinders.Besides,with the same spacing ratio,the calculated drag coefficient and lift coefficient fluctuation are slightly larger than the 2-D results,but with a phase difference.     

切向进气道内燃机进气系统流场的数值模拟

为提高换气系统流动性能，采用数值计算方法对具有切向进气道的内燃机进气系统三维流场进行了研究。模拟计算采用三维、可压、粘性、湍流模型和SIMPLE数值计算方法。通过计算发现，在进气道内，切向气道没有涡流产生；进入气缸的气流，以一定的倾斜度与气阀和缸壁产生碰撞，是产生缸内旋流的主要原因，气体的碰撞和分离沿气缸横截面产生两个旋转方向相反的旋涡；随着气体逐渐远离气阀，缸内小旋涡与主旋流逐步合，形成了单一方向的旋流。研究结果表明，采用三维流动数值模型可获得稳流试验中难以得到的进气道和缸内流动规律，为气道设计提供更有力的依据。     

基于DDES的离心泵蜗壳内部涡动力学研究

为研究离心泵蜗壳内部涡结构、涡演化的过程,基于DDES湍流模型和涡动力学的涡量对离心泵多工况下的旋涡运动进行非定常数值模拟。研究表明:对比外特性数值预测和试验数据,两者差值在允许的范围内,表明延迟分离涡方法的可靠性;对比涡量云图,DDES湍流模型较RNGk-ε湍流模型能清晰地看到由大旋涡破裂而成的小旋涡,能更好地模拟精细流场结构;蜗壳内的旋涡主要集中在进口和隔舌附近,旋涡随着流体一起运动,在运动的过程中,大旋涡破裂为许多小旋涡,同时涡量逐渐减小;随着流量的增加,流道内旋涡的分布范围逐渐减少,同时涡量也逐渐减小;在蜗壳第三断面处,沿径向取3个压力脉动监测点,发现随着直径的增大,压力脉动幅度逐渐减弱,同时隔舌位置的压力脉动远大于蜗壳其他位置。     

Experimental study of the wake characteristics of a two-blade horizontal axis wind turbine by time-resolved PIV

Wind tunnel experiments of the wake characteristics of a two-blade wind turbine, in the downstream region of 0x/R10, have been carried out. With the help of the time resolved particle image velocimetry(TRPIV), flow properties such as the vortex structure,average velocity, fluctuations velocities and Reynolds stresses are obtained at different tip speed ratios(TSR). It is found that the wind turbine wake flow can be divided into velocity deficit region, velocity remained region and velocity increased region, with generally higher velocity deficit compared with a three-blade wind turbine wake. Once a blade rotates to the reference 0° plane,the tip vortices generate, shed and move downstream with the intensity gradually decreased. The leapfrogging phenomenon of tip vortices caused by the force interaction of adjacent vortices is found and more apparent in the far wake region. The axial fluctuation velocity is larger than radial fluctuation velocity at the blade root region, and the turbulent kinetic energy shares the similar trend as the axial fluctuation velocity. The axial normalized Reynolds normal stress is much larger than the radial normalized Reynolds normal stress and Reynolds shear stress at the blade root region. As the TSR increases, the radial location where the peak axial normalized Reynolds normal stress u'u'/U~2 and axial fluctuation velocity appear descends in the radial direction.     

纵向涡发生器对强化传热的影响

纵向涡发生器可以产生纵向涡,而纵向涡可以影响流体的结构,进而可以影响它们的传热过程.通过使用FLUENT计算软件和粒子图像测试仪(PIV),采用数值模拟和实验来研究布置一种新型纵向涡发生器的流场的非定常流动特性及它对槽道的传热的影响.新型涡流发生器为高宽比为0.5的斜截椭圆柱体.数值计算所用的湍流模型为大涡模拟.将数值模拟和PIV实验结果进行比较,两者的涡量场等极为相似,证明数值模拟的计算准确性.模拟和实验表明:高宽比为0.5的斜截椭圆柱体可以产生纵向涡,可以提高槽道的对流换热系数,起到强化传热的作用.     

基于非定常空化流动的离心泵涡旋结构数值分析

To elucidate the formation mechanism of the vortex structure in cavitation flow, the unsteady cavitation flow field of the centrifugal pump was investigated by simulation. The two-dimensional vortex structure on the mid-section was examined based on the method with velocity components. The vorticity on the blade surface and the evolution of the periodicity was compared. In addition to investigate the three-dimensional vortex structure in the impeller passage, the new Omega vortex identification method was also utilized. The results show that: as the NPSHa decreases, the cavity coverage area grows progressively, and the local vortices emerge and the flow in the pump becomes disordered. Due to the effect of cavitation flow field, the vortex structure is mostly formed and evolved on the blade suction surface. During the critical cavitation, the vortex is also detached the blade surface as the cavity rolls up. At the effect of rotor-stator interaction, the blade trailing vortex sheds and attaches to the volute wall at the front end of the tongue. According to the Omega method, the structure of the three-dimensional vortex within the cavity is stable. At the critical cavitation condition, the structure of the three-dimensional vortex downstream of the impeller passage is fragmented and disordered.     

非线性波作用下潜堤周围的流体分离与涡流结构

采用粒子图像测速技术（PIV）和基于雷诺时均纳维尔-斯托克斯方程（RANS）的数值模型研究了斯托克斯二阶波作用下抛石基床矩型潜堤周围的流体分离与涡流结构。越堤前后试验波面发生了非线性变形,迎浪面波形的不对称度和偏度分别为-0.21和0.04,波面前倾,背浪面波形的不对称度和偏度分别为-0.39和0.99,相对于垂直轴和水平轴的不对称性更显著。由PIV数据得到的相平均速度场和涡量场显示,迎浪面和背浪面周期性地生成顺时针涡和逆时针涡,但均未能充分发展,由随后到来的变向水流携带与自由液面或结构表面相互作用而耗散。迎浪区域的涡对运动范围较窄,局限于距离堤面约0.5倍Keulegan-Carpenter数的范围内,波能损耗小,背浪区域的涡对扩散范围较大,局限于距离堤背约1倍Keulegan-Carpenter数范围内,波能损耗大。迎浪基肩上存在一个小型环流系统,影响范围约2个水质点运动轨迹,可能引起局部冲刷。基于RANS-VOF（Volume of Fluid）格式构建了数值波浪水槽,借助试验数据探讨了不同造波方法的适用性和海绵层的消能效果,进一步研究了边界层的分离现象。数值结果表明,涡旋的涡量供应主要来自于结构表面的剪切边界层,而这些反旋涡量是由前一时刻的分离涡运动引起的逆压梯度诱导生成的。涡旋的生成、泄放、拉伸、对流、耗散会显著改变水下结构物周围的局部流场,进而影响局部冲淤和受力,工程设计中应考虑涡旋引起的复杂流动效应。     

存在垂直加热时的矩形池内热毛细对流的数值模拟

为了了解垂直加热对矩形浅液池内稳态热毛细对流的影响,利用有限容积法进行了二维直接数值模拟,液池左、右壁分别维持恒定温度Th和Tc,且ThTc,底部被加热,自由表面存在散热,液池宽深比为(20~30),流体为1cSt硅油。结果表明,随着底部加热热流密度的增大,矩形液池内的流动会由单胞或多胞流动转化为旋转方向相反的非对称双胞流动,流动转化过程的临界热流密度随Marangoni数和Biot数的增加而增大,随液池宽深比的增加而减小,液池内的最高温度会随Marangoni数和宽深比的增大而减小。     

燃气轮机火焰筒双耳孔冷却特性的分析

为进一步提高燃烧室火焰筒的冷却性能,提出一种具有更高冷却性能的双耳孔型气膜冷却结构。采用数值模拟方法对比分析吹风比在0.67～2.01时,传统圆柱孔、扩散孔、收敛孔、双耳孔的流动传热和冷却特性。计算结果表明：与其他3种孔型相比,冷却壁面长径比在0～40时,双耳孔出口冷却气流在高温主流作用下形成的肾形涡对尺寸较小,强度较弱,对涡中心的间距较大,且冷却气流横向分布更广,壁面换热系数比更低,提高了气膜冷却性能。在吹风比为2.01时,与圆柱孔相比,扩散孔的流量系数提高了13.7%,展向换热系数比降低了1.5%;收敛孔的流量系数没有变化,展向换热系数比降低了2.7%;但双耳孔的流量系数却降低3.1%,展向换热系数比降低了11.25%。在吹风比为1.33时,与扩散孔和收敛孔相比,双耳孔的流量系数更低,在长径比小于40时,双耳孔的换热系数比最低,冷却效果最好。