圆柱空腔内旋转流动涡破裂随Re变化的实验研究

针对旋转封闭圆柱空腔内的轴对称涡破裂现象,设计了可变旋转Ｒｅ实验系统。实验中空腔高径比Ｈ／Ｒ＝１．７８。采用激光相位多普勒测量技术测量了圆柱空腔轴线上轴向速度分量分布随Ｒｅ变化的情况,定量观测和分析了涡破裂现象的发生、发展过程,测量到涡破裂现象出现和消失这两种临界状态２。     

CLT桨的尾流场及梢涡特性数值分析

为了探究尾流收缩叶梢负载(CLT)桨的尾流场及梢涡特性,基于商业计算流体力学软件Star-CCM+对CLT桨P1727的尾流场进行了数值模拟.计算采用DDES(延迟分离涡)方法在进速系数J=0.5的工况下对三套网格进行了不确定度分析,确认了数值方法的可行性,然后对螺旋桨的敞水性能及尾流场进行了计算.研究表明:尾流场的网格细化对螺旋桨的推力及扭矩只有微弱影响,对桨后的流场具有较大影响;尾流区域轴向速度分布分为加速流与自由流,进速系数越大,加速流与自由流的分界线向外扩散的趋势越弱;相邻梢涡之间会发生融合,进速系数越大,融合得越晚,梢涡强度越弱;CLT桨相较于常规桨多出一个端板涡,并且会与梢涡融合;梢涡在向下游发展的过程中,会有明显的收缩现象.     

不同侧风角作用下Ahmed模型空气动力学特性分析

通过3种数值模拟方法的对比分析,得到最优的模拟方案,故采用分离涡方法对Ahmed模型气动特性进行研究,分析了不同侧风角对钝体尾流的涡量、湍流强度、压力及流线的分布规律的影响,得到了力和力矩系数的变化特征,总结了尾流倾斜角度随侧风角变化的综合公式。研究结果表明,侧风角对钝体尾流特征参数影响不是单调的,在侧风角为30°时钝体尾部涡量最大;钝体尾流倾斜角度与气动力系数随侧风角的增大而增大;侧风角50°时的钝体背部迎风侧压力和头部平均速度也达到最大值。研究结果可以为复杂横向来流条件下汽车运行的安全性和稳定性提供一定依据。     

城市冠层植被大气环境特性大涡模拟

 植被通过生物物理过程影响着周围微气候环境,对于城市植被环境流动的研究需要建立合理的植被模型。本研究发展了一套适于模拟植被边界层流动的大涡模拟数值方法,并通过水平均匀模型植被算例对其进行了验证。在此基础上,对空气流过三维非均匀分布钝体元阵列模型植被进行了大涡模拟,并将不同植被数值模型的计算结果与相应的风洞实验数据进行了比较。结果表明,树干部分采用刚性圆柱模拟、树冠用阻力模型的“阻力冠”方法相比于传统的“阻力元”方法能更好反映植被流动的影响。     

汽车外流场DES/RANS模拟研究

汽车外流场具有非定常、大分离和涡结构复杂的特点.采用分离涡模拟(DES)方法对某汽车外流场进行了数值模拟分析,将压力分布、摩擦因数分布、尾部速度和湍动能分布等结果与雷诺平均模拟(RANS)方法进行了比较.计算结果表明:在时均结果上,DES和RANS结果差别不大,但DES方法在处理非定常流动和捕捉含能结构方面优势明显,更...     

基于浮框式测力模型的桥梁涡激力特性研究

基于开发的内置浮框式三节段测力模型装置,通过弹性悬挂测振风洞试验测试了某大跨度斜拉桥初步设计主梁断面的涡振响应及对应的涡激力.分析了发生竖向涡激共振的0°与+3°两种风攻角下的数据,验证了内置浮框式三节段测力模型在桥梁断面气动力测试中的可靠性,对比研究了不同风攻角下涡激力与涡激振动响应的测试结果,探讨了锁定区间范围内涡振频率、力与位移之间相位差及涡激力做功的变化情况.结果表明,内置浮框式三节段测力模型可以在风致振动过程中同步测试气动力;所测试得到的涡激力频率在风速锁定区间内与位移响应频率完全一致,同时,模型的竖弯涡激力与涡激振动位移响应之间存在的相位差随风速增大而增大,而涡激力做功有一个先增大后减小的变化过程.     

活性炭吸附柱参数泵作用的研究

参数泵作用是一种基于溶质在两相分配平衡随热力学强度性质变量(通常为温度,有时也用pH 值或压力)而变化的分离方法。参数泵分离技术在吸附系统中的应用已作过许多研究,但主要是针对以合成树脂、硅胶等为填充料的吸附柱进行的,活性炭填充柱的参数泵作用系统研究,尚未见报道。本文报告了采用顶部进料直接式操作时,活性炭吸附柱的参数泵作用,研究了其对苯酚溶液的分离效果。实验结果表明,其分离系数(S.F.)与Pigford 理论模型和极限分离估计值基本上是一致的。     

低雷诺数翼型分离流动的大涡模拟研究

采用高精度大涡模拟算法,对低雷诺数下的孤立翼型分离流动问题进行研究,计算了雷诺数为55000、马赫数0.2、来流5°攻角下的NACA-0025翼型,生成数值数据库,从时均流场、瞬态流场、频谱和高阶统计量等多个角度进行分析.研究结果表明:大涡模拟方法能够很好的描述低雷诺数翼型分离流动,其瞬态流场图画与实验结果吻合的很好;翼型上表面出现大尺度的开放式分离区,在Kelvin-Helmholtz(K-H)不稳定性作用下,自由剪切层失稳卷起展向涡,展向涡二次失稳发生旋涡配对现象;分离区流场的演化受大尺度涡结构控制,流场中高阶统计量的分布也与涡结构密切相关.     

带上水线拉索绕流场的大涡模拟研究

针对带上水线的拉索模型,采用大涡模拟方法研究了水线和拉索的气动性能与绕流场流态之间的内在关系.结果表明,带水线拉索的绕流场呈现三种不同的流态结构.当上水线位于0°~50°时,水线对拉索绕流场的影响不大;当上水线位于50°~70°时,拉索上表面剪切层在上水线上分离后会再附着在拉索表面形成分离泡,并使拉索上表面受到很大的局部负压作用;当水线处在70°~90°时,凸起的上水线会导致上侧剪切层分离后远离拉索上表面.分离泡在拉索上表面周期性地出现和消失是斜拉索风雨激振的主要原因.     

雷诺数对圆柱体涡激振动特性影响研究

为研究雷诺数,特别是高雷诺数对涡激振动(VIV)特性的影响,基于OpenFoam嵌入自编程序,分别设定雷诺数范围为1.45×103~10.20×103,5.80×103~40.80×103以及13.05×103~91.80×103对不同质量比的圆柱体进行涡激振动数值模拟.在低、高质量比条件下计算对比圆柱体在不同雷诺数范围内的涡激振动幅值、频率、流体力系数、运动轨迹以及漩涡脱落模式等特性,研究结果表明:在低质量比条件下,雷诺数范围的增大对圆柱涡激振动的影响主要体现在流向与横向各分支振幅的增加以及泄涡向2T模式的提前转变等;而在高质量比条件下,主要体现在横向幅值的增加与流向幅值的减小,锁定区间的增大以及最大振幅处运动轨迹的显著改变等.     

自由旋流冷态流场中涡旋破碎泡的大涡模拟

采用大涡模拟方法(LES)模拟了悉尼旋流燃烧器的中等旋流数算例(N29S054和N29S045)的冷态流场,研究了涡旋破碎泡(下游二次回流区)的不稳定模式.LES结果得到的统计矩总体上与实验值符合得较好.研究发现:涡旋破碎泡没有螺旋形结构,其周围也没有出现螺旋形状的进动涡核,表明涡旋破碎泡没有典型的进动特征;瞬时速度分布显示了涡旋破碎泡存在着周期性的收缩/崩塌与膨胀的现象;功率谱的特征峰证实了涡旋破碎泡存在着周期性运动.     

轴流式风机三维设计中的控制涡研究

根据流面倾斜的三维轴流式风机内部流动控制模型进行了流型优化分析,提出了以K值为控制变量的最佳控制旋涡与流型的计算方法.对五种不同K值旋绕规律变化的工作轮与风机进行试验研究结果表明,这种方法理论分析结果与试验数据符合较好,适用于任意内外边界形状的轴流式风机,具有较广的适应性与实用性.     

Ahmed模型不同后背倾角下的流场及气动噪声研究

应用雷诺时均法Realizable k–ε的湍流模型对Ahmed模型在不同后背倾角下进行了定常流场的分析,并进行流场的大涡模拟(LES)计算.基于流场的压力脉动和速度脉动分布,获取并分析了模型表面压力脉动级分布及远场气动噪声特性,并对远场噪声与模型气动阻力的关系进行了探讨.结果表明,不同后背倾角模型中气流分离特征差异较大,导致模型尾部压力脉动强度差异明显,从而影响辐射至远场的噪声能量及其分布,且噪声能量与模型的气动阻力具有一定的关系.合理设计后背倾角,对于尾部气动噪声的控制非常重要.     

基于珠-杆模型的喷气涡流纺喷嘴气流场中的纤维运动规律

采用有限体积法对喷气涡流纺喷嘴中的高速气流场进行数值模拟,通过Fluent软件获得了喷嘴中气流场的流动特征,并对气流场中的纤维模型进行动力学分析,在此基础上建立纤维/气流力学模型,求解纤维运动方程,从而对纤维在涡流纺喷嘴气流场中的运动轨迹进行追踪.模拟结果表明:喷气涡流纺喷嘴内部气流呈中心对称分布,纤维在喷嘴内部呈波浪形运动,纤维尾端越靠近加捻室区域,其摆动越明显;当纤维全部进入空心管后摆动不明显.     

临近水库浅埋煤层防水煤柱留设宽度数值模拟

留设防水煤柱是临近水库煤层保水开采最为有效的方法,而如何确定防水煤柱留设宽度是当前迫切需要解决的问题。分析保水开采问题的流固耦合机理,建立流固耦合作用的控制方程,以张家峁矿井常家沟水库周边4^-2煤层开采为工程依托,采用数值模拟研究煤层采动对库岸边坡变形和孔隙水压力的影响规律,分析浅埋煤层开采覆岩采动破坏特性与岸坡失稳模式,进而提出防水煤柱的合理留设宽度。结果表明：当工作面临近库岸边坡时,库岸坡体先后出现向采空区侧倾倒转动和向水库方向滑移失稳的破坏模式;当坡面顶点产生反向水平位移且竖向位移急剧增加时,岸坡开始向水库方向滑移;当煤层顶底板孔隙水压力突变为0时,顶底板开始突水;取以上两种情况下较大煤柱宽度作为临界煤柱宽度,可以保证岸坡不出现失稳破坏且煤层顶底板不发生突水事故。在此基础上确定4^-2煤层防水煤柱宽度为109 m,工程实践证明该宽度可以保证安全开采。研究成果可为确定临近水库煤层开采的防水煤柱宽度提供理论支撑和实践依据。     

一种新的PI调节器在交流解耦控制系统中的应用

由于传统的PID调节器存在不可忽略的缺点,如退饱和超调现象,于是对它的结构做简单变化,设计出一种新的PI调节器结构,并根据电机内部的实际参数,用MATLAB软件对系统进行仿真,仿真结果表明,这种新的调节器算法具有一定的可行性。     

底水油藏水平井控流完井数值模拟耦合模型

为了预测控流完井条件下底水油藏水平井生产动态并设计关键控流参数,以数值模拟方法为数学求解手段,建立三维空间油水两相混合网格耦合模型,引入"拟传导率"概念,使得耦合模型中包含的油藏渗流、井筒管流和筛管控流3种数学模型可写成统一线性数学表达形式,从而方便建立大型线性方程组求解。结果表明:拟传导率反映相邻网格之间井筒管流或筛管控流流动过程中某相流体流量和压降的比率,流体流动阻力越大,则拟传导率越小,反之亦然;相比常规裸眼井下滤砂管完井,用耦合模型设计控流参数的控流完井方法使得实例井流入流率剖面、油藏渗流压降剖面、水脊前缘上升剖面和见水时间剖面更加均衡,见水时间大幅延长。