基于两相欧拉模型的回转体微气泡减阻数值研究

为了研究回转体的微气泡减阻影响因素,以及回转体形状对减阻的影响,该文基于Open FOAM中两相欧拉模型对两个回转体进行了微气泡减阻数值模拟。考虑了相间作用力与气泡直径的变化,研究了流体速度、通气速率及气泡尺寸等因素对微气泡减阻的影响。数值结果与前人研究得到的结论相一致,验证了模型的可行性。比较了两种不同形状回转体的减阻效果,分析了不同回转体附近气体分布规律及压力云图,探讨了微气泡减阻机理。数值结果表明:相同通气速率下,流体速度较低时,摩擦阻力的减阻率较大;通气速率与回转体边界层附近的气体体积分数对减阻效果有重要影响;微气泡的存在可以增大回转体的压阻力;对于总阻力的减阻效果,存在一个最佳通气速率;一般微气泡直径较小时,减阻率较高;回转体尾部形状可以影响气体体积分数与局部压力分布,进而影响减阻率,尖尾比钝尾更有利于微气泡减阻。     

重力场下平板边界层内气液两相流动数值分析

通气减阻技术因具有降低能耗和环境污染小等效果,在工程领域内得到广泛关注。为研究重力场中气相在平板湍流边界层内流动演化过程及由此产生的减阻效应,该文耦合连续表面张力(CSF)的VOF多相流模型和标准k-?湍流模型,求解非定常RANS方程,对边界层内气液两相流动进行数值模拟。通过计算结果与实验结果的对比,验证了数值方法的有效性;进而对不同通气流量和来流雷诺数下,气泡当量直径、近壁区空隙率及流动减阻率进行定量分析。结果表明:减阻效应与近壁区空隙率密切相关;来流雷诺数和通气量的提高,均能增强减阻效应。     

仿生非光滑沟槽形状对减阻效果的影响

利用有限体积法对三角形、扇贝形和刀刃形三种仿生非光滑沟槽表面流场进行了数值计算.近壁面区采用B-L两层模型,远离壁面区采用雷诺应力模型.分析了三种沟槽非光滑表面的流场特性,对计算域中心 Z＝3mm平面的速度场和湍流统计量进行了研究,分析了不同沟槽形状对减阻效果的影响,为最佳减阻沟槽设计提供了理论依据.三种沟槽具有相同的特征尺寸,顶点间距 s＝0.1mm,沟槽尖顶到谷底高度 h=0.05mm,与光滑表面相比减阻效果分别为 3.2%、9.1%、9.7%,数值计算结果和风洞与油槽实验结果有较好的吻合.     

沟槽面管道湍流减阻的数值模拟研究

采用标准κ-ε模型，通过数值计算考察了两种沟槽面管道湍流减阻性能，包括不同的沟槽深度、沟槽间距以及零压梯度和逆压梯度的阻力性能，获得最大11％的减阻效果，并对其进行了实验验证；探讨了沟槽面的减阻机理，分析结果与沟槽面平板湍流减阻的结果较一致。     

浅谈浆体管道输送阻力损失研究现状

阻力损失是在工程应用中影响浆体管道输送效率的一个主要因素,其研究工作具有重要意义。从阻力影响因素、计算模型、减阻措施等方面介绍了浆体阻力损失的研究现状,为浆体管道输送减阻的进一步研究提供了参考。     

水面舰船加装减阻节能球鼻艏研究

该文基于波形叠加的消波原理,对一艘仿阿雷.伯克级大型驱逐舰加装减阻节能球鼻艏进行研究,研究表明大型驱逐舰加装减阻节能球鼻艏可获得较好的减阻效果。文中首先给出了基于细分曲面表达船型,采用船体曲面法向量分量表示源强的船舶兴波阻力及波形计算的数值方法,通过与实验结果的比较,分析了该方法的合理性和有效性;在此基础上通过逆向设计法优化计算和分析得到了一仿阿雷.伯克级大型驱逐舰船型加装减阻节能球鼻艏消波减阻定性规律和定量效果,在特定的中高航速下通过减阻节能球鼻艏优化设计可以使兴波阻力最多减少33.7%。     

分层强剪切环境下减阻板对圆柱减阻效应研究

由于上下水层流动反向,柱体在分层流环境中与密度均一流环境中受力差别较大。将密度均一流环境下上游减阻板对柱体减阻的概念引入分层流环境下的圆柱受力研究中,建立三维数值模型,采用大涡模拟(LES)技术,研究内波环境下圆柱的减阻效应。结果表明:在上层水体中,减阻板对柱体受力影响较大;在下层水体中,减阻板几乎不起作用。减阻板背部的漩涡形态是影响柱体减阻效应的根本原因。减阻参数(阻塞比l/D及“板-柱”间距s/D)决定了柱周漩涡结构特征,直接影响减阻效果。引入减阻比B_R量化了减阻效果,采用回归分析拟合出B_R与s/l的经验公式。需将减阻参数控制在合理范围内,避免发生“减阻过度”。研究成果对提高近岸及河口建筑物墩柱安全有重要意义。     

顶管施工中新型聚合物添加剂对润滑减阻浆液性能的影响

本文选取聚丙烯酰胺、羟甲基淀粉、羟甲基纤维素、瓜尔胶、黄原胶和N-二甲基丙烯酰胺共聚物共6种聚合物,作为顶管施工润滑减阻浆液添加剂,通过对比和分析加入不同聚合物添加剂的浆液体系性能参数,得出以上六种聚合物适合用作顶管施工润滑减阻浆液添加剂的是羟甲基纤维素、黄原胶和N-二甲基丙烯酰胺共聚物。在此基础上,再通过调节加入浆液体系添加剂的掺量来研究其掺量变化对浆液性能产生的影响,得到最为适宜作为顶管施工润滑减阻浆液添加剂的聚合物是N-二甲基丙烯酰胺共聚物的结论。     

圆盘摩擦损失的降阻研究

本文根据间隙流场的特点，提出了在旋转圆盘与外壳间流场插入一能自由旋转圆盘的减阻方案，并进行了数值计算和实验研究。数值计算与实验结果均证明该措施有利于降低旋转圆盘上的摩擦损失功率。     

长隧洞施工有毒有害气体迁移规律研究

目前在建抽蓄电站长隧洞的施工大多以爆破为主要开挖手段,爆破后产生的有毒有害气体给施工环境带来了较大的影响。基于大涡模拟(LES)数值方法,建立了施工长隧洞空气流动及不同气体组分输运的数值仿真模型,针对在建的安徽金寨抽蓄电站施工隧洞爆破后有毒有害气体迁移规律进行仿真计算。通过现场实测数据对数值计算模型可靠性进行了验证,得到了与实际较为吻合的气体浓度迁移变化规律。在此基础上,进一步模拟了不同通风速度和不同掘进深度下的有毒有害气体运移规律,预测了气体停留时间。研究成果对抽蓄电站地下施工隧洞通风设计和安全施工具有指导意义。     

高速掺气水流数值模拟研究

应用FLUENT商用软件及其二次开发技术,采用双流体模型及混合k-ε 湍流模型对带有掺气挑坎的陡槽高速掺气水流进行了二维数值模拟。根据掺气水流的特点,重点对相间阻力模型进行了改进,特别在构建相间阻力本构关系式时考虑了湍流扩散的影响。计算结果表明,在相间阻力模型中考虑湍流扩散的影响,可明显改善以往数值计算对水流掺气估算不足的状况,使掺气浓度的分布和掺气量的计算结果与试验数据符合更加良好。说明在合理构建相间相互作用力的基础上,采用双流体模型可较好地模拟高速水流掺气现象。     

Drag reduction of wall bounded incompressible turbulent flow based on active dimples/pimples

The control of turbulence by dimples/pimples has drawn more and more attention. The objective of this paper is to investigate the effectiveness of the active dimples/pimples for the drag reduction in the incompressible turbulent flow. Firstly, the drag reduction by the opposition control based on active dimples/pimples at the lower wall is studied via the direct numerical simulation of the turbulent channel flow. It is found that large active dimples/pimples can not suppress the streamwise vortices significantly and thus almost no drag reduction is achieved. Small active dimples and pimples with the diameter of one fourth of the streak width can both reduce the friction drag, but pimples will induce a larger pressure drag than dimples. Then the suboptimal control scheme is examined based on small active dimples using the spanwise wall shear information only. It is shown that the friction drag decreases by about 4.5% but the total drag is only reduced by about 2.7% abated by the pressure drag. Compared with the actuation of the all-point blowing/suction or the all-point wall movement, the effectiveness of the turbulent drag reduction based on active shallow dimples is much smaller.     

海气界面动量、热量及水汽交换系数的数值模拟

本文采用了有效波加表面粗糙度的风浪模型R 糊涂980）的浮力修正k-ε模式数值模拟了不同风速=大气稳定度及风浪发展状态下的海面大气湍流边界层，计算了不同海气状况下的速度、温度、湿度湍流流场，得出阻力系数CD、Stanton数CH、Dalton数CE随风速U10和大气稳定度的变化规律，也讨论了它们与波龄的依赖关系，与理论及实测数据进行比较，证明计算结果与实际情况符合良好。     

基于结构化网格的DPW-W2翼型跨声速阻力预测计算

本文详细介绍了针对第三届AIAA阻力预测会议公布的标准DPW-W2模型的N-S黏性流计算考题,考察了两种不同数目的结构化网格和两种不同的湍流模型.结果确认400万数目的网格可以准确地预测模型的阻力数值.     

Advances of drag-reducing surface technologies in turbulence based on boundary layer control

Our living environment is surrounded by turbulence, which is also a concern of the global energy consumption and the greenhouse gas emission, and the viscous force on the solid-liquid/solid-gas interface is an important part of the turbulence. Reducing friction force in turbulence to the greatest extent is becoming an urgent issue to be resolved at present. In this paper, the various state-of-the-art approaches of drag-reducing and energy-saving technologies based on the boundary layer control are reviewed, focusing on the polymer drag reduction additives, the micro-morphology, the super-hydrophobic surface, the micro air bubbles, the heating wall, the vibrant flexible wall and the composite drag reduction methods. In addition, the mechanisms of different drag reductions based on the boundary layer control and the potential applications in fluid engineering are discussed. This paper aims not only to contribute to a better understanding of drag reduction mechanisms, but also to offer new perspectives to improve the current drag-reducing and energy saving technologies.     

液滴特性对气液两相喷嘴效率影响的研究

从液体特性对两相喷嘴效率影响方面考虑,研究了一种两相喷嘴的流动模型-液体热传递模型,该模型能够完全描述两相混合物在喷嘴中的无摩擦流动情况。用VB软件就该影响进行了数值模拟,模拟结果显示液滴特性中的液滴破碎对两相喷嘴的效率影响是很大的,而液滴拉力系数和液滴热传递系数对两相喷嘴效率的影响较低,液体的比热越大,两相喷嘴的效率越低,而液体的表面张力或密度越低,两相喷嘴的效率越高。同时,对用该模型所设计的空气/水和空气/DTA两相喷嘴分别进行了实验测试,测试结果与理论模拟能够较好的吻合。     

块石形状尺寸对水平拖曳力系数影响的数值模拟

水平拖曳力系数是研究黄河坝垛水下散抛根石受水流作用的重要力学参数,而水流流速、根石尺寸和根石在水中的仰角对水平拖曳力系数有着不同程度的影响。基于试验数据,应用FLOW-3D数值模拟软件,采用RNG k-ε紊流模型、VOF方法和FAVOR技术模拟水下块体在水流作用下的水平拖曳力。在数值模拟结果验证可靠的前提下,分析块体不同尺寸及其与水流不同夹角对水平拖曳力系数的影响。数值模拟结果表明:当长高比小于等于3.0,水平拖曳力系数随块体长高比增大,先处于波动状态,随后趋于稳定;当长高比大于3.0,水平拖曳力系数随长高比增大而增大;水平拖曳力系数随块体宽高比增大而先增后减,最后保持稳定;水平拖曳力系数随着水流夹角角度增大而先减后增,当夹角为3°时出现最小值。     

弹性管湍流输水减阻的效果评价和应用前景分析

为开发弹性管减阻技术,通过双重管结构,在对弹性管外壁充入几乎与管内压力相平衡的压力空气的条件下,实验考察了弹性管湍流输水的减阻效果。研究结果表明:基于双重管的弹性管减阻特性的评价是可行的;弹性管的壁厚越小,减阻率越大,雷诺数越高,减阻效果越好。使用激光位移传感器对弹性管外壁的脉动振动特性测试表明,弹性管外壁的脉动振动幅度与弹性管减阻率之间存在正相关关系。认为弹性管湍流输水减阻在国内的应用潜力巨大。     

低表面能涂层的减阻试验研究

平板表面上涂履一层低表面能疏水性的涂层，在循环式水筒中Ｕ≤９为／秋的低速下，可使平板的阻力下降１８－３０％左右。而高速时，涂层表面的粗糙度和涂层平板的形阻抵消了一部分或全部分由于低的涂层与水界面间的相互作用力而引起的摩阻下降。低表面能涂层的低表面能疏水性质，使平板的湍流边界层增厚和层流向湍流转捩点的后移，造成了平板阻力的降低。