流空化噪声的谱特性

根据流空化噪声的功率谱结构对空化现象进行判别是人们关注的问题之一。本文采用了一种流空化噪声的模型并对功率谱进行了计算和分析。采用三种不同的几何模型，实测了空化状态下的功率谱特征，所得结果表明流空化噪声具有连续的功率谱结构，谱包络具有近似单调上升和单调下降的趋势，以此判断空化的发生，为工程设计提供了可靠数据。     

不可压定常湍流数值模拟的预处理方法

本文探讨了一种求解二维原始变量湍流模型方程组的预处理的方法，依据这种预处理方法，采用交错网络和对角化隐式近似因子分解格式就驱动驱动腔进行了数值模拟。数值结果表明，这样的预处理可适当放宽时间步长，加快数值收敛。     

声流条件下超声空化气泡分布研究

研究了频率为20 kHz的超声作用在圆柱形料腔中出现声流现象时超声空化效应的空间分布特性。结合大振幅声源条件下的声辐射力,对声场内的声流现象进行了仿真分析,获取了不同超声功率和液位高度下的声流速度场分布,初步探究了声流条件下空化气泡的运动分布规律。采用超声空化效应的声致化学发光实验,对比研究了有、无声流条件时超声空化效应的空间分布特性。结果表明：功放电流高于80 mA(电功率为17.6 W)时,超声场可形成稳定的声致流动现象且可有效提高其声能辐射效率,大大增加了空化效应的作用区域,进而提高了声化学反应效率;声流条件下料腔内超声空化效应的分布区域与超声功率(振幅)、料腔液位高度相关,功放电流从40 mA(电功率为8.8 W)增加至120 mA(电功率为26.4 W)时,空化面积占比提高了100.86%,液位高度为60 mm时的空化面积占比较50 mm和70 mm时分别提高了13.11%和73.91%,提高超声功率及选择合理的料腔液位高度,可有效提高空化气泡扩散距离,增大空化分布面积;对于固定形状及尺寸料腔中的声场,声流速度达到一定阈值时,会出现空化效应增强,空化效应增强区域位于大于声流速...     

非均相流模型在绕回转体通气空化流动计算中的应用

结合水洞实验,研究了非均相流模型在通气空化流场计算中的应用。分别采用均相和非均相流模型对绕带空化器回转体的通气空化流场进行了数值计算,并与实验结果进行了对比,结果表明:非均相流模型由于充分考虑到相间界面及其相互作用,较应用均相流模型,能够更准确地模拟绕带空化器回转体的通气空化流动的空泡形态和通气空化流场的非定常特性和空泡区域的速度分布,更好地捕捉到空化区域内反向射流运动的非定常过程。     

高压喷嘴内部空化流动的数值模拟研究

高压柴油喷嘴入口流动分离产生的局部低压会诱发空化现象。该文利用k-ω SST 两方程湍流模型和k-kl-ω湍流/转捩模型对某喷嘴内无空化及空化流动进行数值模拟。结果表明k-kl-ω模型可有效预测喷嘴入口回流区分离转捩过程, 且喷孔内空化流的空泡位置、形态及出口质量流量与实验结果吻合很好, 能更准确模拟喷嘴内空化流动, 而k-ω SST 模型忽略了分离转捩过程, 难以预测喷嘴内部的初生空化及流动特性。进而采用k-kl-ω模型探讨了喷嘴入口回流区流动结构及转捩过程对空化初生及发展的影响, 揭示出回流区长度、压力及脉动能强度分布特性, 为深入研究喷嘴射流雾化机理提供依据。     

旋转流污水预处理分离技术研究

本文介绍了利用旋转流分离器进行污水预处理新技术的主要原理。通过利用原水进行实验研究,得到了运用该技术时的主要影响因素有进水流量、筛滤器孔径和进水水质,以及合适的优化条件是：进水流量为10．35～11．38m^3／h,筛滤器孔径目数为20～30。并提出了同向冲洗的清洗方法,为深入研究和应用提供了一定技术支持。     

空化器形状对超空泡射弹尾拍运动影响的数值研究

为研究空化器形状对超空泡射弹尾拍航行时运动特性的影响,基于有限体积法和Mixture多相流模型,结合动网格技术构建了三维自由尾拍运动仿真模型,在两种长径比下比较了平头弹、凹口弹、锥头弹的尾拍运动特性,并分析了其水动力影响因素。结果表明：较小长径比下,平头弹可以保持运动稳定,凹口弹和锥头弹易失稳,主要是由于空化器产生的空泡尺寸差异导致其临界失稳攻角依次降低。较大长径比下,临界失稳攻角消失,三种头型射弹均能保持尾拍稳定,锥头弹在速度较高时以“单侧尾拍”保持稳定,速度降低后以“双侧尾拍”保持稳定,而平头弹和凹口弹始终以“双侧尾拍”保持稳定;锥头弹由于“单侧尾拍”会产生与初始扰动方向相反的垂直位移,而平头弹和凹口弹由于弹头升力产生与初始扰动方向相同的垂直位移。     

基于传输方程空化模型的定常自然空化流场数值计算

采用基于传输方程的空化模型，应用自主开发的软件对水翼和水下回转体定常自然空化流场进行了数值计算。采用基于压力修正和多块结构化网格的有限体积方法数值求解Favre平均的NS方程，运用k-ε两方程加壁函数的湍流模式封闭雷诺应力。计算结果与已有实验结果符合较好。     

多元平行流冷凝器数值模拟

介绍了多元平行流冷凝器的结构特点和前人的研究成果,对平行流冷凝器的流动和传热特点进行了深入分析,在此基础上运用分布参数法建立了稳态数学模型,对某种规格的平行流冷凝器在一定工况下数值模拟,计算得到不同迎面风速下平行流冷凝器流动换热情况。结果表明,多元平行流冷凝器在冷凝换热时较常规换热器具有显著优越性,迎面风速对冷凝换热的影响存在一个临界范围。     

通气空化多相流动特性的实验与数值研究

为了进一步分析通气空化多相流的特性,采用实验和数值模拟相结合的方法,对绕带空化器回转体的通气两相流动和通气三相流动的结构进行了对比分析。实验中采用高速全流场流动显示技术获得了通气空化多相流动的空泡形态;数值模拟中采用滤波器湍流模型（FBM）进行了数值计算,获得了空泡形态和流线分布,数值模拟获得的空泡形态与实验一致。结果表明,由于空化数的不同,在相同通气率下,绕回转体通气空化三相流动的空泡形态不同于通气两相流动;同时空泡的非定常行为也发生了大的变化。     

基于小波奇异性理论的水轮机空化检测

空化噪声谱分析中常采用的功率谱分析在研究空化噪声这种具有很强突变性的信号时具有明显的缺陷,文中提出了一种基于小波奇异性理论的水轮机空化检测方法,并提出了小波基选择方案、突变点检测条件和最佳检测阈值。进行了混流式水轮机的模型转轮试验,观测了模型转轮额定工况下的涡带形态和空化发展情况,并采集存储了大量空化噪声数据。对照观测结果分析实际的检测数据,结果表明该方法的有效性,并很好的检测出空化初生和空化形态转变。     

轴流泵叶顶泄漏涡空化的数值模拟与可视化实验研究

该文以某一等比例缩放模型泵为研究对象,采用修正的SST k-ω湍流模型和空化模型,对额定工况下轴流泵叶顶泄漏涡空化流进行了数值模拟,并与高速摄影结果进行了对比分析。探讨了叶顶区域泄漏涡空化流场结构,揭示了不同空化数下空化发生位置和空泡形态演变过程。研究结果表明,改进的数值模拟方法准确计算了叶顶区域空化流场的流动结构;轴流泵的初生空化为叶顶间隙空化和叶顶泄漏涡空化,随着空化数σ降低,叶顶泄漏涡卷吸区也出现了剪切层空化;在空化数较小工况下,沿着叶片吸力面在轴向形成空泡云,并在叶片尾缘存在周期性的空泡脱落和爆破过程,破坏了流动稳定性,并诱导产生空化噪声。     

斜拉索风雨激振的数值模拟研究

为研究斜拉索风雨激振的发生机理,该文对带固定水线的斜拉索二维模型进行CFD 数值模拟,得到了气动力系数随上水线位置变化的曲线,并分析了上水线对拉索气动特性的影响。将CFD 计算得到的气动力系数曲线代入风雨激振二维两自由度模型中进行数值求解,实现了对风雨激振现象的完全数值模拟。然后对比风雨激振人工模拟降雨风洞试验测得的结果,分析了平均风速和脉动风速的影响。研究表明,上水线的振荡是诱发风雨激振的主要原因,且考虑风速脉动后的斜拉索振动及水线振荡更接近试验结果。     

A FULLY COUPLED,IMPLICIT, NUMERICAL SCHEME FOR LAMINAR AND TURBULENT PARABOLIC FLOWS

A fully coupled, implicit, numerical scheme has been developed for solving highly stiff systems of parabolic conservation equations. The finite-domain equations are formed by integration of the governing conservation equations, expressed in vector notation, over control volumes. The central idea is to put the discretized vector equations as Differential/Algebraic equations (DAE) in the context of numerically solving a system of stiff ordinary differential equations. One of the benefits of the present numerical method is that the Jacobian matrix retains its banded property and thus the problems related to computer storage are eliminated. The mathematical interface that the code employs is a computer program that is most efficient for solving the stiff equations usually found in chemical kinetics. The method has shown good convergence rate and numerical stability. The mathematical formulation is capable of modelling laminar and turbulent flows. Two study cases are considered in this work to illustrate the applicability of the numerical method. Case one corresponds to a numerical simulation of a laminar non-premixed methane–air flame. The chemical processes are described with a four-step reduced mechanism that derives from a larger mechanism with twenty-five reaction steps. The predicted velocity, temperature, and mole fractions of the confined laminar round-jet flame investigated here are compared with experimental data taken from the literature. The versatility of the present solver for predicting high Reynolds number flows is demonstrated by simulating an isothermal turbulent air jet, labelled as case two. A standard two-equation turbulence model is used to simulate the turbulence processes. The analytical velocity distribution for a turbulent submerged jet is used as a benchmark to test the performance of the model for turbulent jets. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

潜射导弹出筒过程肩空泡形态和水阻动力特性研究

该文采用多相流模型、Singhal空化模型和动网格技术,对潜射导弹垂直发射出筒过程进行了数值模拟,并将仿真结果与文献数据进行了对比分析,二者具有较好的吻合性,验证了数值计算方法的准确性。得到了潜射导弹的肩部空泡几何形态和出筒过程的压力分布情况,获得了导弹的压差阻力系数曲线、摩擦阻力系数曲线和总阻力系数曲线,分析了肩空泡对潜射导弹的水阻动力特性的影响。     

高压喷嘴空化初生的大涡模拟

考虑瞬时压力脉动对空化初生的影响,采用动态亚格子应力模型对某高压柴油喷嘴内部瞬时流动进行大涡模拟。计算结果表明：喷孔入口分离形成的局部低压区内时均湍流脉动压力可达时均静压的2倍,两相流场时均空泡位置及形态与实验结果十分吻合,并与基于时均静压及湍流脉动压力预测的空化初生区域基本一致。分离剪切层失稳形成柱状涡并激发了转捩过程,在分离转捩区域柱状涡发生扭曲变形并产生强烈的瞬时压力脉动,从而导致了空化。喷孔入口倒角处理使得分离减弱,对分离转捩过程和空化初生具有抑制作用。     

BOUNDARY CONDITIONS FOR FINITE ELEMENT SIMULATIONS OF CONVECTIVE FLOWS WITH ARTIFICIAL BOUNDARIES

We examine the use of natural boundary conditions and conditions of the Sommerfeld type for finite element simulations of convective transport in viscous incompressible flows. We show that natural boundary conditions are superior in the sense that they always provide a correct boundary condition, as opposed to the Sommerfeld-type conditions, which can lead to a singular formulation and a great loss of accuracy. For the Navier–Stokes equations, the natural boundary conditions must be combined with a simple method to eliminate perturbations on the pressure at the open boundary, which is the source of most errors.