高速公路隧道口液态防风栅流场数值分析研究

采用CFD数值模拟的方法研究液态防风栅对某高速公路隧道口的防侧风作用.首先建立气液耦合模型,给出了对其相互作用进行高效数值计算的方法,对侧风与液态防风栅共同作用下产生的流场做了分析解释,研究了不同液态防风栅喷口在相同水流初速下的挡风性能.结论如下:液态防风栅以消耗风能为主要方法,产生的加速区风速小,液态防风栅后流场气流流动较为有序,挡风耗能保证行车安全的作用明显;40mm喷口的液态防风栅能起到较好的防侧风效能,宜布设在距高速公路11m处.该研究成果为侧风灾害防治提供了一种环境友好、对安装结构气动影响小、挡风墙后气流稳定的技术,对高速公路隧道口、跨海大桥的侧风防治提供了重要依据.     

侧风对轿车气动特性影响的数值模拟研究

选用某国产轿车1∶1模型,利用混合网格方案对不同强度侧风作用下的轿车外流场进行数值模拟,得到不同侧风强度下的流场速度压力分布及气动力系数变化情况.分析不同强度的侧风作用下的流场速度和压力分布,着重分析了尾部流场的变化,定性地解释了侧风对轿车气动力特性的影响,初步研究了尾流随侧风作用的变化机理.模拟结果表明,该车型在不同强度侧风作用下,侧向力系数和升力系数均随着侧风作用的增强而增大.研究结论为深入分析侧风作用下轿车外流场特性提供了有利的参考.     

煤场挡风网效果数值模拟

运用CFD技术对某煤场挡风网的除尘效果进行了数值模拟,区别于通常将煤堆边界条件设为壁面,而是采用多孔介质模型进行模拟,结果区别于壁面条件时的煤堆表面内侧速度为零.考虑到计算机的承受能力挡风网采用多孔介质阶跃模型进行模拟.风速变化采用风廓线曲线模拟真实风速变化,更好的接近实际情况.模拟结果显示使用挡风网后煤堆表面风速降低,挡风抑尘效果良好.     

立磨选粉机导流圈的数值模拟与分析

为解决立磨改造中进入选粉机分级室气流速度过低的现象,设计了一种用于提升气流速度的导流圈.采用RNG k-ε湍流模型和DPM模型分别对立磨选粉机的气相流场和气固两相流场进行了数值模拟研究,对比分析了不同导流圈α角下的速度、压力分布云图和颗粒运行轨迹.模拟发现,导流圈α角过大,会限制进入选粉机分级室的气流速度;α角过小,则将增大立磨选粉机的压阻.结果表明:α角为60°时,大部分颗粒能够被迅速提升至分级室,同时选粉机自身的压阻也相对较小,细粉在选粉机内的停留时间较短,选粉机具有最高的分级效率.试验结果和工程应用表明,导流圈的设计有效提升了立磨选粉机的性能和产量.     

用CFD方法模拟膜生物反应器内部流场及布气优化

采用Eulerian多相流模型对膜生物反应器进行气液两相流数值模拟,对“对齐”和“对齐导流”两种反应器构型内部流场气含率、速度场和膜面液体流速进行了分析比较,并就布气方式进行了分析和优化,同时借助缩小实验模型对模拟结果进行了实验验证.结果表明：两种反应器构型流场内的气泡呈现出汇集于膜组件中心位置,然后在膜组件顶端散开的流动状态;导流作用对反应器内气含率分布的影响不大,但对速度场分布特性影响显著;体积缩小100倍的对齐导流模拟装置中的气液流动状态与CFD模拟结果基本一致;通过对布气方式的优化模拟发现,不均匀布气方式可以改善气体分布状况,提高反应器内气含率和流场的湍流强度.     

导流器对潜水泵性能影响的数值模拟研究

采用同一叶轮配两种导流器的方法研究潜水泵的性能,选用RNG k-ε湍流模型,利用FLUENT计算软件对潜水泵进行了全流道内部流场数值模拟.通过对导流器叶片工作面绝对速度矢量图和压力云图的分析,发现采用增大导流器长度、加大导叶片进口冲角和壁角等措施,可减少导流器内部流动能量损失、提高泵效率的措施.数值模拟结果与实测结果比较表明,用数值模拟方法预测潜水泵性能是可行的.     

四轴垂直起降喷气式无人机气动数值仿真

基于无人垂直起降飞行器对高机动性、高负载、高动态响应的严苛要求，设计一款四轴垂直起降喷气式无人机.根据流体力学三大基本方程以及湍流k-ε方程对气动数值仿真模拟，确定无人机飞行时外部流场计算域.利用ICEM CFD软件对外部流场进行混合式非结构化网格划分，在Fluent求解器中设置流场边界条件，以湍流模型为基本模型，对无人机整机进行气动性能进行模拟并求解，得到无人机各部分表面的阻力系数、流速分布图、压力分布图和湍流动能图.对其进行气动特性分析，得出无人机上表面顶部、尾部、下表面头部以及喷气支架处存在动能损耗较大、阻力系数较高的问题.根据仿真结果，对无人机上述部位进行气动造型优化，结果表明，无人机总阻力系数由原来的0.165减小至0.121，有效改善了无人机表面压力、气流流速和湍流度.优化后气动特性更加优良，气动造型符合设计理念.     

离散相磨粒粒径对磨粒流研抛共轨管质量的影响

为研究磨粒粒径对磨粒流研抛质量的影响,以共轨管为研究对象,通过计算模拟不同磨粒粒径下磨粒流的状态,分别从流场动压力、速度场、磨粒的运动轨迹、湍流动能进行不同场的离散相分析。从数值分析可知,随着磨粒粒径增大,动压力、速度和湍流动能降低,磨削效果减弱。对经磨粒流研抛前后的共轨管工件进行了表面粗糙度和表面形貌的检测,测得磨粒流研抛前的表面粗糙度为3.401μm,研抛后的表面粗糙度为1.138μm,从而确认了磨粒流研抛具有内通道结构的工件的有效性,也证实了数值模拟的正确性,为磨粒流研抛技术的发展提供了理论支持。     

高层建筑空气绕流运动的数值模拟

采用Ｋ－ε双方程湍流模型和ＳＩＭＰＬＥ算法，对风作用下高层建筑周围的空气绕流流动进行数值模拟，从而得到高层建筑外表面上的风压分布及其他流场信息。     

电站锅炉SCR脱硝系统导流板的设计与优化

为了优化某燃煤电厂选择性催化还原（SCR）脱硝系统的流场,研究不同导流装置的设计对该系统内流场的影响.基于fluent软件,对SCR脱硝反应器的流场进行数值模拟,应用可实现（Realizable）k-ε双方程模型计算气体的湍流运动,采用物质输运方程预测烟气组分的混合,研究反应器原设计方案下的速度场和浓度场信息,并通过优化导流装置对SCR脱硝系统结构进行优化.研究表明：优化后可以保证系统内烟气速度标准偏差小于10%,浓度流场小于5%;有利于减少SCR系统的压降,优化后压降小于800 Pa;同时将数值模拟结果和试验数据进行对比,得到了较好地吻合.     

小翼对水平风力机流场特性的改变

实验和数值模拟已经证明了风力机叶片的叶尖添置小翼,可以提高风能转化效率。为了清楚地了解小翼对风力机动力放大的影响,对加小翼和不加小翼的风力机流场——速度场和压力场的特性进行了分析。这个分析是基于对风力机加V(8.8×8)型小翼和不加小翼时叶轮周围流场数值模拟的结果。可以看出小翼对风力机的叶端产生的影响较大,即加大了风力机叶端的压差和速度。同时结合一定位置的压力和速度图的分析,可以看出小翼使风力机叶尖的漩涡强度降低,提高了能量的转换,从而提高了效率。     

高层建筑周边三维瞬态风场的混合数值模拟

为了改进高层建筑周边瞬态风场数值模拟方法的计算效率,在随机流场生成方法和计算流体动力学(CFD)的基础上提出高效的混合型数值模拟方法.采用雷诺应力模型求解标准高层建筑模型(CAARC)周边的时均化湍流场,结合获得的雷诺应力张量修正瞬态风场的风功率谱.运用随机流场生成方法和快速傅里叶变换技术模拟得到该建筑周边的三维脉动风速场.以谱密度函数、互相关函数以及空间相关系数为特征指标量,对风速场模拟样本的物理和数值特征进行验证.研究表明：计算得到的风场满足流体不可压缩条件,与传统模拟方法的结果相比更符合风谱能量分布等真实大气湍流物理特征,证明提出的瞬态风场混合模拟方法可以高效准确的求解受建筑干扰后的真实三维脉动风速场.     

水平轴风力机叶轮流场的数值模拟

利用GAMB IT建模软件对某大型水平轴风力机进行了整机建模,采用计算流体力学软件FLUENT对风力机整机的流场进行了数值模拟,给出了水平轴风力机流场数值模拟的原理和一般性步骤,得到了风力机流场的压力分布、速度分布,以及叶片截面的流动分离情况等结果.对风力机流场的数值模拟和分析可为风力机叶片的设计、改型和研发工作提供一定的指导.     

低屋面横向通风牛舍倾斜挡风板流场数值模拟

针对低屋面横向通风牛舍在实际运行时会出现牛舍内气流不均匀的问题,提出了一种改变牛舍上部挡风板倾斜角度的方法来改善牛舍内空气的均匀度.利用fluent软件建立挡风板与垂直方向成不同夹角的牛舍三维模型,设置风机和湿帘为边界条件.利用计算流体动力学方法对牛舍内的空气流场进行三维数值模拟,并获得了挡风板的最佳安装角度.结果表明,当挡风板与垂直方向夹角为60℃时,牛舍中气流分布最为均匀,奶牛生存高度的气流速度也最合适.     

轿车并列行驶湍流特性的数值模拟

为了研究复数车辆并列行驶的湍流特性对交通安全的影响,采用移动地面模拟轿车相对地面的运动和旋转壁面模拟车轮转动的方法,进行了两辆轿车并列行驶外部流场湍流特性的数值模拟研究。以单倍车宽侧向间距的两辆轿车为典型算例,给出了汽车车身表面的速度和压力分布,并讨论了右侧轿车尾部流场3个典型截面的速度分布和尾部流线分布情况。重点对比了0.1、0.3、0.5、1、2倍车宽间距的两车流场的流线分布情况。右侧轿车侧向力系数的对比分析说明:随着两车侧向间距的减小,迅速增大的侧向力将两车压向彼此。为保证行驶安全性和操纵稳定性,两车并列行驶的安全距离应该在单倍车宽与0.5倍车宽之间。     

离心泵内小间隙环流瞬态流体力计算

基于湍流润滑理论建立小间隙环流数学模型,计算层流假设时层流、过渡流及湍流3种流态下环流内压力分布情况,并与实验结果进行对比.结果显示采用层流模型进行计算时,层流工况下求得结果与实验吻合很好,但当雷诺数增加导致小间隙环流发展至过渡态及湍流状态时,数值计算结果与实验结果相比有较大偏差.利用几种典型湍流模型及过渡流模型对数值结果进行修正,修正后的数值结果与实验结果吻合较好;引用过渡区域摩擦因子对模型进行修正后的计算结果可修正采用层流模型和湍流模型时产生的误差,更接近于实验结果.针对离心泵启动的瞬态过程,求解考虑转子涡动角速度及涡动幅值变化时小间隙环流内压力分布,结果显示,涡动角速度及涡动幅值的变化对环流内正压区及负压区分布均有明显影响.     

建筑物风压分布随侧风面长度变化的数值研究

用计算机数值模拟风作用下高层建筑周围的紊流流场，从而得到高层建筑外表面上的风压分布沿侧风面长度方向的变化规律，并对风压及风压系数进行数学回归，拟合风压系统分布公式，为建筑结构风荷载和暖通渗风量的计算提供依据。     

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.     

蒸汽发生器致畸变入流对核主泵流动性能的影响

为了探究由蒸汽发生器（SG）引起的畸变入流对核主泵（RCP）流动性能的影响,采用计算流体力学方法,建立核主泵与下封头的联合计算模型;利用多参考坐标系模型和滑移交界面技术,开展运行工况下的全三维稳态和瞬态数值模拟;采用入流畸变度和平均偏流角公式定量表征畸变入流的流场速度分布,通过正则化螺旋度法捕捉核主泵叶轮的涡流流动特征. 研究结果表明：与均匀入流相比,畸变入流复杂化了核主泵进口流场,导致核主泵的湍动能和湍耗散增大,降低了主泵的水力效率;在泵的进口流场形成了明显的非对称分布的涡核区域,引起叶轮各流道流态产生差异,造成叶轮内部压力和速度分布不均;导致各流道流量分配不均,加剧叶轮受载波动;降低其运行的稳定性和安全性.     

近壁区网格Δy对TTU建筑风场湍流计算的影响

为了研究近壁区网格厚度旬对建筑物风场绕流时湍流计算结果的影响,提高k-ε EARSM湍流模型用于建筑物数值风洞模拟的准确性,结合TTU试验建筑的实测数据,以△y为参数进行了数值风洞模拟。对k-ε EARSM的雷诺方程进行了解析,并推导了旬的简化计算公式。基于准稳态时步逼近技术,计算了（y=0．001、0．005、0．01、0．05和0．1m等5种工况下的时均流态,对绕流特征、湍动能分布和中轴线脉动风压系数、平均风压系数进行了比较。研究表明,过小的△y会导致高湍动区渗透进入近壁区,计算稳定性变差;过大的细则会降低高湍动区计算结果的准确性。据此,给出兼顾模拟精度与计算稳定性要求的△y变化范围为0．01～0．05m;并给出了△y上限值的经验计算公式。