基于动态嵌套网格技术的微型共轴式双旋翼流场的数值模拟

运用动态嵌套网格技术和双时间推进算法,对微型共轴式双旋翼的非定常粘性绕流进行数值模拟和研究.针对上、下两层旋翼间距离较小和流动粘性影响较大的特点,在动态嵌套网格技术的基础上引入滑移网格技术,保证了流动信息交换的准确性.首先,模拟低雷诺数下单旋翼的流动,结果与实验数据吻合较好,验证了算法的有效性;然后,利用该方法实现对微型共轴式双旋翼流场的数值模拟.结果表明,微型共轴式双旋翼流场中,桨尖涡起主要作用,其以螺旋方式向下运动,同时与周期性运动的旋翼相互作用,使得作用在旋翼上的总体拉力呈现出周期性的变化规律.     

低雷诺数模型模拟UV反应器湍流流场

依据低雷诺数k-ε模型,用CFD商业软件FLUENT,对UV消毒反应器进行数值模拟.UV消毒反应器结构的设计可以在很大程度上影响到饮用水的消毒水平,并且影响到了反应器的运行维护费用,因此优化反应器的结构设计十分重要.结果表明,运用低雷诺数k-ε模型模拟UV流场得到的结果能很好地符合实验得到的结果.因此,低雷诺数k-ε模型可以作为分析UV消毒反应器内的流场分布的可靠模型,该模型可以应用于分析不同结构的UV消毒反应器内的流动情况,帮助改善反应器的结构设计以达到改进消毒效果的目的.     

低雷诺数k-ε模型钝体绕流场预测能力研究

以1∶3缩比标准MIRA三厢车型为对象,基于合理的网格策略,应用AB、LS、AKN和CHC四种低雷诺数k-ε湍流模型,对其外部绕流场进行数值仿真.以风洞试验数据为准,通过比较气动阻力系数及车身表面压力系数,系统研究四种低雷诺数湍流模型针对处于车体不同部位存在不同运动特征流动的仿真特性,进而明确四种低雷诺数模型针对高雷诺数临地面钝体绕流预测能力的强弱.     

构型参数对共轴刚性旋翼悬停气动干扰的影响机理

基于非定常雷诺平均Navier-Stokes方程和嵌套网格法建立了共轴刚性旋翼流场模拟方法,通过与单旋翼对比,深入分析了其气动干扰特征和形成机理,并探究了旋翼间距和转速对共轴刚性旋翼悬停气动干扰的影响机制。结果表明：桨叶相遇干扰引起的拉力波动主要取决于桨叶附近诱导流场的梯度,在悬停状态,桨叶上方、桨尖附近的流场梯度较大,因此上旋翼拉力脉冲幅值大于下旋翼,桨尖附近剖面的拉力波动大于桨根处;随着间距从基准间距逐渐增大,桨叶相遇干扰迅速减弱然后消失,周期诱导效应则逐渐减弱,但在大间距时仍然存在;旋翼转速增加会增强诱导流场强度,从而引起更大的拉力波动。     

低雷诺数对透平叶片间隙泄漏流动影响的研究

采用预处理方法数值研究了低雷诺数时某小型燃气轮机透平叶栅间隙泄漏流动和气动性能.对比分析了雷诺数从4.40×104到2.55×105变化时,带间隙和不带间隙时流场的变化特性,研究了雷诺数对间隙泄漏流的影响,并和相应的实验结果及Denton预测值进行了对比.结果表明:对于间隙存在造成的流动损失,数值模拟结果与实验结果及Denton的预测值都十分接近,基本上不随着雷诺数的变化而变化;但是,随着雷诺数的减小,通道涡增强;间隙泄漏涡在和通道涡的相互作用中,强度减弱,在叶栅出口处的位置更加靠近中叶展;出口处的总压损失和气流角的分布也由于间隙泄漏涡强度和位置的变化而发生改变.     

变转速对旋翼悬停气动性能影响的试验与分析

为研究转速变化对旋翼悬停性能的影响,通过旋翼计算流体力学方法建模分析和缩比模型旋翼台试验的方法,以自研无铰式刚性旋翼为对象,研究了旋翼转速对悬停性能的影响规律。结果表明：基于运动嵌套网格和非定常流场求解建立的旋翼计算流体力学方法对悬停状态的气动性能计算精度较高,最大误差为6.84%;模型旋翼试验数据有效,具有良好的重复性;转速降低后相同总距对应的拉力系数更小,悬停效率拐点对应的拉力系数更大;拉力越小,变转速所节省的功率越明显,低拉力时可节省超过40%需用功率。可见改变转速可以显著提升悬停状态的旋翼气动性能。     

绕翼型低雷诺数流动的数值仿真

层流转捩到湍流及翼型表面分离泡的产生是绕翼型低雷诺数流动的重要特征,对流场产生很大影响。针对这一流动现象,选取E387翼型为研究对象,采用求解雷诺平均N-S方程的有限体积法,结合当前应用较广泛的Spalart-Allmaras,SST k-ω,Realizable k-ε三种湍流模型,对雷诺数为300000时翼型绕流流场进行了数值模拟,并将结果与Selig等人的风洞实验数据进行对比,评估三种湍流模型对绕翼型低雷诺数流动的模拟能力。基于对翼型阻力计算不准原因的分析,提出了一种基于Michel转捩判据的数值模拟方法,分别从分离泡的模拟、壁面摩阻分布、翼型阻力系数等方面与实验数据进行对比,结果表明该方法可以较好的模拟低雷诺翼型绕流流场。     

三维低雷诺数后台阶流动的Lattice Boltzmann Method模拟

Lattice Boltzmann Method (LBM) 是近年来兴起的新型流体计算方法,该方法已成功应用模拟各工程中的流体流动.本文利用该方法研究在低雷诺数的不同雷诺数下三维后台阶流动的计算,并与前人的研究结果进行了比较,计算表明:与传统的计算流体力学方法相比,该方法具有极易处理复杂的边界条件和卓越的并行计算性能.已证明该方法在模拟恒温、不可压和低雷诺数条件下的流体流动时,有非常好的计算精度.     

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.     

一种低雷诺数有回流区的流场的数值计算

本文利用改进的SIMPLER方法求解二维N-S原始方程,并以突扩管道在突扩附近的流场为例进行了数值模拟,计算了雷诺数分别为180和500的两种流动,与用其它方法计算的结果对比,表明本文所采取的方法是可行的。     

临界Re数排球绕流分离的特性

在风洞中对真实排球进行了临界Re数分离特性的实验,应用热膜技术测定了排球表面平均剪切应力(?)_w和平均分离位置,应用天平测量了排球上的空气动力。结果表明,在临界Re数范围,无旋转飞行的排球上的分离是不稳定的,从而可以产生与平均阻力同量阶的阻力变动与法向力变动,这是不旋转排球在临界Re数范围可以发生飘球现象的根本原因。     

低雷诺数风流中瓦斯上浮机理及其实验研究

依据流体动力学理论分析了低雷诺数风流中瓦斯上浮现象的特性和机理,实验研究,得出在低雷诺数风流中集中涌出瓦斯的上浮运动和浓度分布,瓦斯在风流中有向前和向上两这移过程,向前运移与风流携带引起的对流扩散,而向上运移是体积力引起的浮升运动。     

非均匀桨结合后掠桨尖的旋翼厚度噪声研究

针对普通直升机存在噪声大的问题,分析了一种将桨叶间距非均匀与桨尖后掠二者相结合的旋翼的厚度噪声。通过FW-H方程的Formulation1A公式计算了该旋翼在不同桨叶间距和桨尖后掠角情况下的厚度噪声。计算结果表明,在桨盘平面内距离桨毂中心3m处,桨尖后掠角度为80°时的厚度噪声约比无后掠的普通旋翼的厚度噪声降低3dB,采用将非均匀桨与桨尖后掠二者相结合的旋翼可以在降低厚度噪声的同时明显减小特征线谱的幅值,此外还可明显改变旋翼在桨盘平面内的指向性。     

影响系数法用于汽轮机转子低速动平衡

将汽轮机转子高速动平衡常用的影响系数法用于发电厂现场低速动平衡，在理论上证明完全可行，在实验台转子及电厂汽轮机转子上实际应用后，亦取得了减少启动次数、缩短平衡时间和提高平衡精度的效果。     

旋流场内液滴破碎与临界入口雷诺数的确定

通过对液滴所受剪切应力的分析,发现临界入口雷诺数与旋流器的结构尺寸D、Di及物性参数(包括液滴的表面张力、介质的粘度和密度)等有关.推导出液滴破碎的临界入口雷诺数的计算公式,为液液旋流器在工程实践中的高效操作提供了理论依据.     

低捻转杯纺纱张力与断头分析

讨论了转杯纺纱过程中捻度分布、张力分布以及断头率的测定分析.通过测定、分析与讨论,得出低捻转杯纺纱过程中,断头率急剧增加,接头成功率大大减少,同时断头的部位大部分发生在纺纱转杯至引纱管区域.因此增加转杯至引纱管区域的捻度,提高该纱段的成纱强力是低捻转杯纺纱的主要关键.     

低雷诺数气液交叉流装置研究(Ⅰ)——孔流液柱流动特性数值模拟

针对低雷诺数的气液交叉流气体净化过程,提出有效避免二次雾沫夹带的液柱流体力学条件。数值模拟结果表明,液柱表面随着离开孔口的距离而变化,采用公式Lb/d=2.84We0.694能有效预测液柱的断裂行为。