风机尾流的CFD数值模拟

大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)能够很好地显示风机尾流特性。为了实现这个目的,文章采用Ansys-fluent 17.0中的动力亚格子模型(Dynamic Smagorinsky Model,SGS)来实现风机尾流数值模拟。风机对流体的作用力,基于叶素动量理论(Blade Element Momentum Method),采用能够很好描述作用于风机机翼上的升力和阻力的制动盘模型(Actuator-disk Model,ADM)进行模拟。基于LES计算的尾流速度分布能够很好与风洞试验吻合,验证了数值模拟的可靠性。     

拉索间距及覆冰对双索尾流驰振的影响

利用FLUENT中的SST模型对不同索距的扇形覆冰双索和无覆冰双索绕流场进行三维数值模拟,得到下游索在0°~90°风攻角下的阻力系数、升力系数以及驰振力系数,进而研究两索之间的距离、风攻角及有无覆冰等条件对双索尾流驰振稳定性的影响。结果表明:覆冰双索三维数值模拟结果与无覆冰双索三维数值模拟结果差异较大;覆冰双索比无覆冰双索更易发生尾流驰振失稳;拉索间距越近,发生尾流驰振的可能性更大,当覆冰拉索间距超过一定范围时,不会发生尾流驰振失稳;双索发生尾流驰振的风攻角范围与拉索之间的距离有关,拉索间距越近,发生尾流驰振失稳的风攻角越小;不同间距双索的绕流场存在很大差异,当拉索间距较近时,类似于单钝体绕流。     

射流风机流场的数值模拟方法验证

分析了射流风机流场的特点，采用火灾模拟常用软件FDS对一个研究射流风机流场的实验进行了数值模拟，验证了FDS软件模拟射流风机流场的可行性。     

双分裂导线尾流驰振的数值模拟

利用计算流体动力学(CFD)方法对双分裂导线在均匀来流作用下的气动力与流场特性进行数值模拟计算,研究得到各子导线的气动力系数,以及背风侧子导线气动力系数随其与迎风侧子导线相对位置的变化曲线。同时采用两节点索单元模拟导线,梁单元模拟间隔棒,建立双分裂导线的尾流驰振数值模拟的有限元模型,并基于CFD方法数值模拟得到的各子导线气动力参数建立双分裂导线的气动力模型;利用Ruange-Kutta显示积分法对其动力方程进行非线性数值求解,得到其尾流驰振的动力响应。最后以某实际工程中双分裂导线为例,研究间隔棒布置、分裂导线倾角以及风速对分裂导线尾流驰振的影响。上述结论可为双分裂导线的防振设计与研究提供参考。     

建筑物绕流的非稳态数值模拟研究

建筑物绕流是一种典型的钝体绕流形式,而钝体绕流通常具有非稳态流动特征,本文主要工作是对建筑物绕流的非稳态流场进行数值模拟研究。首先采用了RNG k-ε模型对方柱绕流进行非稳态数值模拟研究,通过与实验以及大涡模拟结果进行比较,发现RNG k-ε模型可以获得满意结果;接着又对一种典型的建筑物绕流形式进行数值模拟研究,分别采用了稳态和非稳态模拟方法,模拟结果表明了采用非稳态数值模拟方法可以获得与实验以及大涡模拟更为接近的结果。     

单跨空冷支架结构风载体型系数数值模拟研究

采用计算流体力学(CFD)数值模拟方法,对单跨空冷支架结构体系进行数值模拟研究。数值模型中的参数针对标准钝体建筑绕流场选取,考虑风向角、周围建筑物、风机是否转动等因素,得到单跨空冷支架结构A型架、挡风墙在不同工况下的风载体型系数,并和刚性模型试验结果进行了对比。结果表明,计算流体力学(CFD)数值模拟方法得到的各种参数与试验值较为接近。     

湍流模型对喷动床内气、固相流动特性的影响

为了掌握湍流模型对喷动床内气、固2相流动特性的影响规律,采用双流体模型对喷动床内气、固2相流动行为进行了数值模拟研究。运用颗粒动理学理论描述颗粒相应力封闭流体控制方程,使用Gidaspow曳力模型描述气、固相间作用,将数值模拟结果与相关文献的实验结果进行了对比、验证,分析了3种湍流模型及颗粒碰撞恢复系数对喷动床内喷动形式、颗粒速度、颗粒体积分数及颗粒湍动能的影响规律。研究结果表明:湍流模型对喷动床的径向颗粒速度及孔隙率等参数的模拟结果影响不明显,但对喷动床内轴向流动的模拟结果,特别是喷射区及喷泉区内颗粒的体积分数和颗粒湍动能具有显著的影响,标准湍流模型下的床内颗粒湍动能在喷泉区最高,其体积分数云图也能较好地表现喷动的结构。颗粒碰撞恢复系数对喷动床内多相流动的数值模拟具有较强的敏感性,在数值模拟工作中需合理取值。     

新型风机叶片的研发及其在武汉地铁工程中的应用

提出了一种新型风机叶片,并选用通用性地铁风机进行性能对比分析。介绍了叶片设计的理论基础,基于CFD技术对其内部流场进行数值模拟。模拟结果显示:新型叶片风机内部的流场更加均匀稳定。性能试验和声学试验表明:装配新型叶片后,风机全压和静压提升了4%~6%;在大流量区,风机噪声降低2%~3%;效率增加3%~5%。在地铁工程中的应用测试结果和试验结果相吻合。     

隔离病房开门过程中气流的数值研究

研究了利用动网格技术解决动态病房开门数值模型中边界发生移动的问题.模拟了开门过程病房内外压差的变化,门附近的流场状况,以及进出门气流的变化状态,探讨了开门对污染物扩散的影响.模拟结果和已有试验结果的对照说明利用动网格技术模拟该动态过程流场是可行的.     

角部处理对高层建筑风荷载影响的数值模拟

基于计算流体力学软件Fluent对不同角部形状的矩形高层建筑进行三维数值风场模拟。首先,选用三种不同的湍流模型Realizable k-ε,RNG k-ε及雷诺应力模型(RSM),对矩形截面标准高层建筑进行数值模拟。结果表明,与风洞试验结果对比,除了分离区等流动复杂的区域外,数值模拟能够较好地反映风压分布状况。其中,雷诺应力模型由于考虑湍流各向异性的影响,与试验结果最为接近。其次,对同尺寸下的切角及倒角高层建筑进行雷诺应力湍流模型下的数值模拟。结果表明,角部处理能有效地减小风荷载。在侧风面,切角与倒角能有效抑制来流分离。在背风面,切角能减小尾流宽度与旋涡尺寸,与原模型相比,风荷载约降低15%;而倒角建筑由于较好的流线性,尾流宽度与旋涡尺寸降到最小,风荷载仅为矩形截面的65%。     

喷气涡流纺喷嘴流场的粒子图像测速法测试及分析

为对喷气涡流纺喷嘴中气流流动特性的数值模拟结果进行验证,为喷嘴的设计提供指导,采用粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术,对喷气涡流纺喷嘴内的高速旋转流场进行了实验测试。考虑到流场速度高且分布不均匀,采用马赫数相似准则进行测试的难度较大,实验中以水为流动介质,对喷嘴原型和模型采用了雷诺数相似准则,测试了喷嘴模型中不同截面内的旋流的分布特性与流动速度,并与数值模拟结果进行了对比。研究发现:在喷射孔出口截面附近,旋流存在较高的强度,切向速度在近管轴附近的区域内具有较小的数值,且变化幅度很小;随着径向位置向涡流管壁面靠近,切向速度迅速增大并达到最大值,但旋流速度沿轴向向下游逐渐减小;尽管由于实验中未考虑流动的可压缩性,使得实验与数值模拟获得的速度存在一定的差异,但两者所获得的喷嘴内的流动特性与速度分布规律是一致的。结果表明粒子图像测速技术可以用来定性研究喷气涡流纺纱喷嘴中的流场特性。     

基于科恩达效应通风装置气流特性研究

采用数值模拟和实验方法研究了基于科恩达效应翼型空气诱导器的流场特征,翼型空气诱导器能很好地诱导周边气流贴附科恩达曲面向翼型尾部流动,数值模拟值和实验结果的良好吻合,验证了数值模拟方法的可靠性。设计了以翼型空气诱导器为基本单元的新型通风装置,数值模拟不同诱导速度和风框尺寸下通风装置流场,分析了流场特征和通风装置诱导率变化规律。     

大跨度悬索桥钢桥塔压杆涡振CFD研究

采用有限元分析方法,以国内某大跨度悬索加劲钢桁梁桥为研究背景,对主塔钢压杆涡振性能进行研究。采用基于RANS方法的k-wSST湍流模型,开展了塔柱压杆钝体断面的气动稳定性CFD数值模拟计算,得到了断面的自激气动力系数以及周围流场信息。计算结果发现压杆断面在尾流区存在明显漩涡脱落,有可能引发涡激振动现象,对构件的耐久性造成损伤。     

两种送风形式空气净化器周围流场测量与比较

随着室外空气污染的加剧和人们健康环保意识的快速提升,空气净化器在建筑空间中得到广泛应用。净化器的效果和作用区域与净化器送风形式密切相关,而目前还没有送风形式对净化效果和作用区域影响的实验测量。为此本文采用新的流场测量手段,即彩色时序粒子轨迹测量方法(Color Sequence Particle Streak Velocimetry, CSPSV),分别对采用离心式风机和轴流式风机的两种送风形式净化器周围流动情况进行了详细测量,首次实现了对真实房间尺寸下的净化器周围气流的三维非接触式测量和对比研究。发现两种不同净化器的外流场,受送风气流的角度及动量的影响,呈现不同的形态;在此基础上分析了两种送风形式的室内流型和适用环境,并对优化保障效果提出了建议。该研究可用于指导净化器布置以及净化器数值模拟方法的验证。     

基于实验和模拟方法对隔板絮凝池流场的研究

运用粒子图像测速技术和数值模拟方法,对往复式隔板絮凝池的流场进行了研究,通过分析实验结果和数值模拟结果,从流场的水力特性角度解释了往复式隔板絮凝池无效能量消耗大、絮凝效率低的根本原因。     

曲线隧道射流风机通风效率优化研究

隧道射流通风系统中的射流风机布置方式可以直接影响到隧道通风系统的通风效率,其中曲线隧道的射流流场分布规律又区别于一般直线隧道。本文以建宁西路地下互通工程为依托,采用CFD 软件针对曲线隧道中射流风机的横向间距与布置位置、风机偏转角度、纵向间距等参数进行数值模拟,分析了不同工况下的流场分布、风机升压能力。结果表明：在曲线隧道中,当射流风机横向间距为2 倍风机直径,且靠近隧道凸面朝凹面区偏转5°~10°时风机下游流场分布较为均匀,隧道通风效果良好;射流风机纵向布置间距不宜大于100 m。     

壁面温升对近壁流场及污染物扩散影响

为研究太阳辐射导致的壁面温升对高层建筑近壁面流场及污染物扩散的影响,本文针对不同壁面及环境温度条件进行了分析。先根据日本建筑学会提供的风洞实验数据进行了对比,选用3种RANS湍流模型对室外高层建筑绕流流场进行了模拟。模拟结果与风洞实验数据对比发现Realizable k-ε模型的结果与实验数据更接近。基于此结论,应用Realizable k-ε模型,对建筑壁面在不同温升情况下的近壁流场及污染物扩散进行比较。结果表明,太阳辐射下壁面温度高于环境温度时,近建筑壁面处风速会增加,污染物更易在背风面底层处堆积。该结果有助于高层建筑自然通风设计优化,同时可为高层住宅居民开窗行为提供指导。     

矢流洁净室的模型实验与数值模拟

针对矢流洁净室这种新型、节能的洁净室，本文用数值摸拟和模型实验两种方法对其进行了研究．模型实验实测了空态和静态两种工况下模型矢流洁净室室内流场和浓度场，给出了流场图和浓度场实测结果；数值模拟方法，根据ｋ─ε紊流模型，采用有限差分法，对两种工况下矢流洁净室室内流场和污染物的分布进行了计算机求解，得出室内流场图及污染物分布特性．通过对两种方法所得结果进行分析和比较，证明了矢沈洁净室净化的基本原理，得出矢流洁净空室内流场特点有利于其达到较高级别洁净度，且浓度场实测结果证明该种洁净空可以达到较高级别的洁净度。建议某些场合推广使用矢流洁净室。     

均匀送风风管构件回风工况流量特性研究

本文基于前期搭建的均匀送风系统试验台,将其风机反转,通过数值模拟和实验研究该构件在回风工况下的流量特性。实验结果表明,对于双侧回风工况,风机运行在50~10 Hz时,绝大部分风口的不平衡率均能维持在5%以内;对于单侧回风工况,风机配置与双侧回风相同,风机在25~15 Hz运行时,风口风量最大不平衡率小于7%,两种模式均可实现均匀回风。采用这种设计形式的构件,可大大降低变风量空调系统的调节工作量。     

增设板式换热单元的冷却塔除雾节水性能研究

设计了一种增设辅助风机和气-气板式换热单元的湿式冷却塔,采用实验和CFD数值模拟相结合的方法,研究了其除雾节水性能。结果表明:在相同流量比条件下,增设的气-气板式换热单元使水蒸气回收率呈上升趋势,当温差超过30K、流量比超过2.5时,水蒸气回收率可达40%以上,提高了环境空气与湿热空气的混合效果。通过对比相同条件下的实验结果与数值模拟结果,说明采用此数值计算模型来研究增设气-气板式换热单元冷却塔的除雾节水性能具有可靠性和预测性。