长短叶片混流式水轮机三维非定常流数值模拟

为探究长短叶片混流式水轮机在不同导叶开度下运行时内部水流流动的特点,基于流场数值模拟的计算方法对长短叶片混流式水轮机进行了全流道三维非定常湍流计算。结果表明,在不同开度下,转轮与导叶交界面处压力脉动主频皆为转轮转频与叶片数的乘积,且在小流量工况下主频振幅最大。当水轮机在小流量工况下运行时,尾水管涡带呈螺旋形,且绕转轮转轴顺时针旋转,与转轮旋转方向相同;当水轮机在额定工况下运行时,尾水管无涡带产生;当水轮机在大流量工况下运行时,尾水管涡带呈细长的圆锥形。     

天然湖泊定常流场数值模拟的预处理方法

天然浅水湖泊流场主要是风应力作用而引起的。本文建立了模拟天然湖泊风生流的数学模型，提出了该模型的预处理方法，应用此方法采用交错网格法，对滇池定常风生流进行了数值模拟，结果表明该方法具有较好的稳定性及较快的收敛速度，对胡泊或各种浅水域风生流的数值具有重要的应用价值。     

不规则波和方向谱在有定常流条件下折射－绕射问题的数值模拟

本文采用Ｋｉｒｂｙ所推导之含流缓坡波波动方程式为基础，并应用不规则波按时间序列处理之概念，引入Ｋｕｂｏ之不规则波解析理论，推导出描述不规则波与流相互作用之缓坡波动方程式。并用此方程式采用有限差分法对不规则波和三维方向谱与流相互作用问题进行了数值计算，得到了与物模实验数据较吻合的计算结果。     

海上浮式风力机叶片气动性能的数值模拟

该文采用滑移网格的方法,基于Open FOAM的瞬态求解器pimple Dy MFoam对OC4中的大型海上浮式风力机NREL 5MW叶片的气动性能进行了数值模拟。分别计算了不同风速(5 m/s、8 m/s和11 m/s)下风力机叶片的推力和扭矩,求得了叶片表面的极限流线分布、尾涡分布以及叶片表面不同截面处的压力系数分布。并将计算的结果与NREL的结果进行了对比分析,研究了不同风速下浮式风力机的受力及尾流场变化情况,可为今后大型海上风力机的设计与优化提供相关参考。     

叶片数对高比转速离心泵固液两相非定常流的影响

为了探索叶片数在固液两相流条件下对高比转速离心泵非定常特性的影响情况,利用ANSYS CFX软件,采用Mixture多相流模型,对4种不同叶片数离心泵的固液两相湍流进行了非定常数值模拟,分析了叶片数对固液两相流离心泵瞬时扬程、压力、压力脉动及径向力的影响。研究结果表明：① 随着叶片数量的增多,固液两相流离心泵的瞬时扬程增大,波动频率变快,蜗壳内及隔舌处的压力值越来越大,波动频率变快,脉动幅值反而越来越小,叶轮上的径向力会减小,隔舌处的径向力会增大;② 不同叶片数的固液两相流离心泵蜗壳内及隔舌处的压力脉动主频均出现在其叶频处;③ 叶片数为5时,是蜗壳的内压力值和压力脉动幅值增减速度快慢的分界点,也是叶轮上及隔舌处径向力大小增减速度快慢的分界点。     

圆柱尾迹流场中横向振荡翼型绕流的数值模拟

该文数值模拟了静止圆柱尾迹中横向振荡翼型绕流的涡结构、力及频谱特性,揭示前方尾迹流场对振荡翼绕流特性的影响,以了解鱼类游动时自主利用前方流场有利干扰的流体力学机理。研究表明圆柱尾迹的影响可导致翼型前缘涡脱落模态发生变化;翼型尾迹的频谱特性更加复杂;在一定的参数下翼型阻力系数可以整体下降。     

扭曲叶片双吸离心泵内部流场的三维数值模拟

为了提升双吸离心泵的性能,研究其内部流动规律,采用RNGk-ε方程湍流模型和标准SIMPLE算法对某一扭曲叶片双吸离心泵全流道进行了CFD分析,并与实验值进行比较。结果表明,该方法能够较为准确地预测出双吸离心泵叶轮与蜗壳间及内部的流动特性,所得结果对进行双吸离心泵的水力设计或改型优化设计等研究具有重要的指导意义。     

配水器流场的数值模拟

用数值方法模拟注水井中所用配水器内的三维粘性流场,计算不同规格水嘴在不同注水流量下的总压损失情况,并对流场进行分析。研究了总压损失与水嘴直径和注水流量之间的关系,得出了二者间的影响方程,为油田注水井分层流量调配提供依据。     

方柱绕流数值模拟

利用FLUENT中的RNG k-ε算法对长宽比H/B=1.5方柱绕流进行数值模拟,分别模拟了在雷诺数Re=800的亚临界条件下,4种不同情况下的流动。分别为:流体流过单个方柱,流体流过间距为1H,2H,3H的两并列方柱的流动。根据数值模拟结果,分别得出了4种流动状态下流场,壁面的升阻力系数。并对升力系数进行傅里叶变换,分析及归纳了方柱绕流旋涡脱落的规律。     

伶仃洋三维流场数值模拟

使用σ坐标变换技术，将（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）坐标系中的三维非线性Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程转换成（ｘ，ｙ，ａ，ｔ）坐标系中的方程，采用有限差分方法进行离散求解，用垂向（σ向）积分的连续方程求解水位，用动量方程求解流速垂直结构，在水平方向上使用非交错正方网格，σ向等间距分层，从而建立三维流场数学模型。应用本模型对多口门、多岛屿、地形及岸线复杂的伶洋的枯季、洪季流场进行了数值模拟。将模拟结果与多个水位、流速同步测站的实测资料进行比较，无论是水位、垂线平均流速、流向过程线还是流速的垂向分布形式与量值，二者均吻合较好。根据模拟计算结果，对伶洋流场的平面及空间结构特征进行了分析。     

钦州港港区流场的数值模拟

用控制体积法离散水流运动基本方程，以ＡＤＩ法求解。并根据现场实测资料，复演了钦州港港共工程前的流场，定性分析了工程后的流场，其结果较为合理。     

输电线路绕流数值模拟

来流风绕过输电线路后,将对其产生升力和阻力。笔者采用经典的基于特征线分裂的CBS有限元法进行数值求解,并借助Matlab语言编程仿真模拟了该过程。得到了雷诺数为100时输电线路的升力和阻力系数,以及漩涡脱落过程,为进一步研究自激振动等更加复杂的非定常流动问题奠定了基础。     

钦州港港区流场的数值模拟

用控制体积法离散水流运动基本方程，以ＡＤＩ法求解。并根据现场实测资料，复演了钦州港港区工程前的流场，定性分析了工程后的流场，其结果较为合理。     

单墩绕流的三维数值模拟

应用流体动力学软件fluent中雷诺应力方程模型和VOF方法,模拟了单墩绕流现象。结果表明:桥墩的阻水作用使墩前的水面在上游不远处开始逐渐升高,至墩前达到最高值,形成墩前的向下水流;墩后靠近桥墩水面处有逆向水流产生;水面线会受到桥墩的影响,桥梁的修建减小了断面过流面积,再加上桥墩本身的阻力,使水流流线在桥梁的上游收缩、下游扩散,形成桥墩前方的壅水现象。     

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.     

圆柱桥墩的绕流数值模拟

以西藏林芝八一大桥为模型,采用大涡模拟,得到了流场的压力云图、瞬时速度流线图、涡量图。结果表明:流体开始流过桥墩时,圆柱壁面压力最大点及最低点分别出现在前驻点与圆柱壁面上下两侧;流体充分流动,中间的圆柱压力最大点发生了变化;流体绕中间圆柱的流动特性同时受到上游圆柱与下游圆柱的作用;漩涡脱落圆柱向下游运动,受流体流动的影响与自身的剪切运动,涡能量不断减少,最后消失;运用大涡模拟能够很好的预测圆柱绕流问题,可以为高原实际工程的应用提供参考。     

非正交网格在冲坑流场数值模拟中的应用

结合多重网格法，采用非正交同位网格下的有限体积法，选用标准κ-ε紊流模型对挑流冲坑内流场进行了二维数值模拟，计算中采用非正交网格精确模拟不规则冲坑几何边界，避免了贴体正交网格变换的繁琐，结果分析表明，此方法能够准确有效地模拟冲坑内流场情况，为扩展到三维数值模拟建立了基础。     

沉沙池立面流场数值模拟研究

采用κ ε紊流模型 ,对沉沙池立面流场进行了数值模拟。在验证模型正确的基础上 ,以大禹渡沉沙池为例 ,分析了沉沙池中水流的运动规律 ,为进一步研究泥沙在沉沙池中的运动规律提供了前提 ,最终为沉沙池的工程设计和运用管理提供科学依据。     

施工期三峡工程河段流场数值模拟

三峡大坝施工过程中，土石围堰及其它水工建筑物将改变原有河道水流结构分布，水动力条件的改变是工程较为关注的问题之一。本文通过曲线网格拟合天然河道边界建立二维数值计算模型，模型经实测资料验证后预测了施工期在典型流量条件下流场的改变，为工程有关实际问题的决策提供了依据。     

明流泄洪洞流场数值模拟

本文将紊流两方程ｋ－ε模型应用于明流泄洪洞的流场分析，采用适体坐标变换处理复杂的边界及模拟自由水面，获得了流速，紊动能，耗散率，压力及水深等参数的分布。与有关实测资料对比分析，结果令人满意。