基于SST湍流模型的圆盘空化器超空泡特性仿真分析

基于全空化模型和SST k-ω湍流模型,对圆盘空化器的空化流动进行了仿真。首先,分析了平头回转体表面的压力分布,所得结果与Rouse和Mc Nown的试验结果符合良好,验证了文中数值方法的有效性。其次,计算得到了不同空化数下无攻角圆盘空化器的超空泡形态特性和阻力特性,并与经验公式进行比较,二者具有良好的一致性。最后,对带攻角圆盘空化器进行了仿真,分析了攻角对超空泡形态特性和流体动力特性的影响。研究表明空化数和攻角都对超空泡的主要尺寸有影响,而攻角还会对超空泡的对称性和回射流现象产生显著的影响,此外攻角对圆盘空化器的流体动力特性也有比较大的影响,尤其是对升力系数有着直接的影响。研究结果为圆盘空化器在水下航行体上的应用提供了参考。     

通气空泡最小空化数影响因素数值研究

为了揭示重力效应及水洞阻塞效应对最小通气空化数的影响,本文基于两流体多相流模型和SST (Shear Stress Transport)湍流模型,考虑了水气两相间的相互作用,建立了通气空泡流三维数值仿真模型．对比研究了无界流场和水洞流场中最小通气空化数与其影响因素之间的关系．研究结果表明无界流场中的最小通气空化数随弗劳德数的增加而减小,两者呈幂函数关系;在水洞中,相同的弗劳德数条件下最小空化数随着阻塞比的增加而增加．在相同的弗劳德数区间内,最小空化数的变化幅度随阻塞比的增加而减小．     

基于RANS的圆柱风致涡激振动的CFD数值模拟

采用基于RANS方法的SST湍流模型对圆柱涡致振动进行了数值模拟.2D模型建立和网格划分通过专业前处理软件ICEM-CFD实现.保持圆柱的频率不变,通过改变风速来研究圆柱涡致振动的特性.研究结果表明,当约减风速处于4.9—5.1时可以观测到锁定现象,圆柱位移峰值出现在约减风速等于5.023.而且在非锁定区域圆柱的位移反应中可以观察到“拍”的现象.将计算与试验得到的锁定区域进行比较,得到二者结果接近;同时将计算得到的圆柱振动幅值与经验公式和实验数据进行比较,得到了比较满意的结果.     

三维水翼梢涡气核运动特性的数值模拟

针对三维水翼梢涡处流场和气核运动特性的问题,采用LES湍流模型和DEM模型进行数值分析.对有攻角水翼梢部进行网格加密,成功捕捉到梢涡结构,在这个基础上添加DEM模型构建的气核,研究气核在梢涡影响下的运动规律.数值结果表明:该方法很好地模拟了带导流罩水翼梢涡形成与发展的过程,得出了直径为100μm的气核在梢涡影响下的迁移...     

混流式水轮机偏工况运行的大涡模拟方法验证

为更准确地预测混流式水轮机在偏离最优工况时的内部流动特性和外特性,采用大涡模拟方法(LES)对其进行数值研究,针对LES方法,对比单相流计算和空化模型计算的结果.结果表明:基于空化模型的LES预测混流式水轮机内部流场比单相LES更为精确,偏工况下,多相流LES计算能捕捉到更准确的叶道涡结构和尾水管涡带结构.对比模型实验结果表明,LES计算能更好地预测水轮机的外特性,包括流量曲线和效率曲线.基于非定常的水轮机内部流动的LES,使用Q方法提取转轮区的空化叶道涡和尾水管涡带,研究叶道涡的高频运动和涡带的低频演化规律,在活动导叶开度10 mm、单位转速64.9 r/min工况下,叶道涡演化频率为转频的15倍,而涡带演化频率为转频的0.4倍,和实验结果相符合,验证了在复杂三维流动中LES方法的准确性.     

水下火箭弹头部空化流场的数值仿真研究

对火箭弹头部的局部空化流场的研究可作为头部敏感装置安装位置设计和选择的依据。研究了利用RANS(针对定常分析)和LES(针对非定常分析)湍流模型对水下火箭弹弹体头部空化流场进行仿真分析的方法,并与实验结果进行对比验证。通过仿真分析了在零攻角/小攻角下弹体头部周围定常、非定常流场空化区域和不同速度、加速度下空化区的变化;比较了相同空化数下不同速度对空化区域的影响。结果发现,小攻角情况下的火箭弹头部背流面空化流场存在较强的非定常特性,头部流场空化区受到加速度的影响且存在速度比尺效应。     

非平面激波诱导斜界面变形的大涡模拟研究

激波与气-液界面的相互作用是超声速燃烧和惯性约束聚变等工程应用中常见且复杂的物理现象.针对其中更具实际意义的非平面激波与气-液两相斜界面相互作用问题,开展了基于VOF(Volume of fluid)模型的大涡模拟研究,分析了入射激波强度、初始振幅和气-液斜界面倾角等参数对界面变形和湍流混合现象的影响规律.结果 表明:...     

Effect of blade tip geometry on tip leakage vortex dynamics and cavitation pattern in axial-flow pump

A series of blade tip geometries, including original plain tip, rounded tip on the pressure side and diverging tip towards the suction side, were adopted to investigate the effect of blade geometry on tip leakage vortex dynamics and cavitation pattern in an axial-flow pump. On the basis of the computation, it clearly shows the flow structure in the clearance for different tip configurations by the detailed data of axial velocity and turbulent kinetic energy. The in-plain trajectory, in aspects of the angle between the blade suction side and vortex core and the initial point of tip leakage vortex, was presented using the maximum swirling strength method. The most striking feature is that the inception location of tip leakage vortex is delayed for chamfered tip due to the change of blade loading on suction side. Some significant non-dimensional parameters, such as pressure, swirling strength and turbulent kinetic energy, were used to depict the characteristics of tip vortex core. By the distribution of circumferential vorticity which dominates the vortical flows near the tip region, it is observed that the endwall detachment as the leakage flow meets the mainstream varies considerably for tested cases. The present study also indicates that the shear layer feeds the turbulence into tip leakage vortex core, but the way is different. For the chamfered tip, high turbulence level in vortex core is mainly from the tip clearance where large turbulent kinetic energy emerges, while it is almost from a layer extending from the suction side corner for rounded tip. At last, the visualized observations show that tip clearance cavitation is eliminated dramatically for rounded tip but more intensive for chamfered tip, which can be associated with the vortex structure in the clearance.     

Numerical study of CNG engine combustion using CFD with detailed chemical kinetics

A three-dimensional model which considers the effects of turbulence and detailed chemical kinetics is built to simulate the combustion process of engine fueled by compressed nature gas(CNG).The model is accomplished by integrating CFD software-KIVA3V and chemical kinetic software-CHEMKINII.Meanwhile,a turbulence combustion model which is suitable for describing the reaction rate under the coupled simulation is developed to balance the effects of turbulence and detailed chemical kinetics.To reduce the comput...     

附加质量CFD计算方法研究

为了形成具体的数值计算流程、探讨计算结果的影响因素,并研究外形对流态及附加质量的影响,以通用CFD软件FLUENT为平台,运用其中的动态网格技术,以三维水下物体为对象,进行了基于RANS方程的全粘流的附加质量计算方法研究.共计算了2种外形,计算结果分别与基于细长体假设的切片理论估算结果进行了比较.结果表明:圆台加圆柱形...     

螺旋桨空泡的数值分析

螺旋桨空泡会降低螺旋桨性能,产生空化剥蚀和噪声,从而导致船体振动.文章采用基于速度势的低阶面元法对螺旋桨水动力性能和空泡的范围及厚度进行求解,分别用Morino提出的Kutta和等压Kutta条件对压力分布进行计算,讨论了两种Kutta条件对压力分布的影响.计算了空泡产生后的压力分布,验证了在空泡表面上的压力等于水的汽化压力.对空泡起始点对空泡形状的影响进行了研究,结果表明,空泡起始点对空泡范围有很大影响,空泡起始点离导边越远,空泡范围越小.     

旋翼模型悬停状态桨尖涡特性

直升机旋翼桨尖涡特性研究是直升机旋翼气动特性研究的关键要素,为提高对旋翼悬停状态桨尖涡特性的认识以及准确掌握其流动机理,利用Bo-105旋翼模型在Φ5 m立式风洞开口试验段进行了桨尖马赫数相似情况下的悬停试验,并采用TR-PIV流场测量系统对旋翼悬停状态下不同总距时的流场进行了精细化测量,得到了该副旋翼32帧/圈的详细流场图像,并运用更为合理的涡核中心判定、涡核流动数据提取以及涡核模型拟合方法对试验结果进行了精细化处理与分析,进一步揭示了旋翼模型悬停状态下桨尖涡的演化发展过程.研究表明:高速PIV设备能准确捕捉旋翼悬停状态下的流场运动特征,有助于旋翼流场的精细化研究;采用涡量加权平均的方法来计算涡核中心位置可以消除涡核中心平移速度的影响,进而更加准确地定位涡核中心;采用环量分析的方法可以更加可靠地确定涡核尺寸和最大诱导速度,且分析结果显示随涡龄角的增加,涡核半径缓慢增大、涡核最大诱导速度缓慢减小;在桨尖涡发展演化过程中,不同发展阶段具有不同的涡核模型n参数.     

水下钝体空化绕流数值模拟

基于均质平衡流理论,利用Fluent 6.3对水下钝体空化绕流进行数值模拟,研究钝体空泡形态的变化规律,分析钝体的减阻特性。结果表明:空化数较小时,钝体从水绕流发展成空化绕流,随着空化数减小,空泡的无量纲直径和无量纲长度都增大;压差阻力系数减小,摩擦阻力系数减小并趋于0,总阻力系数比水绕流时降低,基本等于压差阻力系数。     

Numerical study on fatigue damage properties of cavitation erosion for rigid metal materials

Cavitation erosion is an especially destructive and complex phenomenon. To understand its basic mechanism, the fatigue process of materials during cavitation erosion was investigated by numerical simulation technology. The loading spectrum used was generated by a spark-discharged electrode. Initiation crack life and true stress amplitude was used to explain the cavitation failure period and damage mechanism. The computational results indicated that the components of different materials exhibited various fatigue lives under the same external conditions. When the groove depth was extended, the initiation crack life decreased rapidly, while the true stress amplitude was increased simultaneously. This gave an important explanation to the accelerating material loss rate during cavitation erosion. However, when the groove depth was fixed and the length varied, the fatigue life became complex, more fluctuant than that happened in depth. The results also indicate that the fatigue effect of cavitation plays an important role in contributing to the formation and propagation of characteristic pits.     

导管螺旋桨不同桨叶的叶梢泄露涡分析

为了深入探讨叶梢泄露涡的流动机理,研究了导管螺旋桨中桨叶螺距比与盘面比对叶梢泄露涡的影响,以及不同桨叶中叶梢泄露涡、叶梢负荷与叶梢泄露流三者之间的关联. 采用数值方法对不同桨叶的导管螺旋桨流场进行了模拟分析. 结果表明: 当螺距比增大,叶梢泄露涡逐渐远离桨叶吸力面,涡核空化数降低;当盘面比增大,叶梢泄露涡的轨迹基本不变化,涡核空化数提高; 叶梢泄露流通过与叶梢泄露涡之间的流动剪切作用影响叶梢泄露涡的发展;叶梢泄露流流速受到叶梢负荷的影响,负荷越高的位置,叶梢泄露流的速度也越高．     

基于CFD的平面涡流分级机磨损特性研究

为解决平面涡流分级机中存在的磨损现象,利用CFD软件对该设备导流部分、密封部分和转子部分进行数值分析.其中,导流部分采用了RSM湍流模型;RNGk-ε湍流模型与DPM模型在密封部分和转子部分被使用.模拟发现,适当增加一次风量和导风叶片数可有效降低导流部分磨损率;随着转速增加或分级粒径增大,气动密封装置外圈磨损总量加剧,同时,其余壁面磨损总量减少;磨损“热点”存在于二次风口导风叶片处、密封槽外圈和异形转子叶片入口后弯处.实际工程中,通过在以上区域粘贴工程陶瓷片或加厚耐磨钢板,可保证分级机长期有效运行.     

绕水翼间隙涡结构形成机理与间隙几何影响

为了分析绕水翼间隙涡结构形成机理和探究压力边圆角几何的影响,对绕NACA0009水翼间隙流动进行数值计算. 通过流线涡量云图三维可视化分析,得到间隙流动特征及涡结构,对涡强度进行对比. 对翼形中截面间隙进出口边速度和间隙区平面流线、压力、湍动能进行比较分析. 研究发现：直角叶顶水翼泄漏流在间隙进口边有较大的展向速度,在间隙内形成新月形分离区,在逆压梯度作用下形成叶顶分离涡（TSV）,涡尺度与展向速度成正相关;叶顶泄漏涡（TLV）形成源于间隙出口边射流与吸力边侧低速流体之间的持续剪切作用,低速流体从剪切层获得持续的能量输运形成稳定的泄漏涡结构;间隙压力边圆角对TSV起抑制作用,降低了间隙区整体涡强度.