超音速射流流场中湍流模型

为了确定适用于超音速射流流场数值模拟的湍流模型,首先从理论上分析常用的五种湍流模型之间的差异及其适用范围;其次,采用五种湍流模型,分别对不同马赫数下超音速射流流场进行数值模拟,将数值模拟结果与实测值和理论值进行对比分析.结果表明:剪切压力传输k--ω模型与其他模型相比,通过对输运方程的修正,保证其在计算射流流场时具有较高的准确性;在喷管内部和外部射流流场的模拟中,剪切压力传输k--ω模型的计算结果与理论值和实测值具有较高的吻合度,在五种湍流模型中最适合于超音速射流流场的数值模拟研究.     

井底受限射流流场的数值模拟

考虑到深井、超深井中井底围压对射流流场有一定的影响 ,建立了井底受限射流流场的物理模型。采用k ε模型 ,并对模型的主要系数进行了优选 ,用有限元方法对围压条件下井底受限射流的流场进行了数值模拟。给出了高围压条件下射流轴心动压力、径向速度和轴心线上湍流动能等流场参数分布 ,并与零围压条件下淹没自由射流的参数进行了比较 ,得出了高围压条件下受限射流轴心动压力衰减规律的数学模式 ,进一步完善了钻井水力参数设计的理论和方法。     

井底受限射流流场的数值模拟

考虑到深井、超深井中井底围压对射流流场有一定的影响，建立了井底受限射流流场的物理模型。采用κ-ε模型，并对模型的主要系数进行了优选，用有限元方法对围压条件下井底受限射流的流场进行了数值模拟。给出了高围压条件下射流轴心动压力、径向速度和轴心线上湍流动能等流场参数分布，并与零围压条件下淹没自由射流的参数进行了比较，得出了高围压条件下受限射流轴心动压力衰减规律的数学模式，进一步完善了钻井水力参数设计的理论和方法。     

两种网格在振荡流反应器三维流场计算中的比较

借助商业计算流体力学软件CFX,采用非结构化和结构化两种网格对内设周期圆环挡板的振荡流反应器内的三维流场进行模拟计算,并将两可视化计算流场与实验流场进行比较.结果表明:两者的仿真计算均较好地反映了真实流场的流型,计算液体力学为研究和设计振荡流反应器提供了较好的方法和工具;随振荡雷诺数的增加,两计算流场和实验流场均存在由对称向不对称转化的流动模式的转型.     

应用粒子成像测速技术测量压力振荡器的瞬态流场

利用以两台大功率脉冲激光器为双脉冲光源的粒子成像测速（ＰＩＶ）技术,测定了驻这型正统压力振荡器二维振荡射流瞬态流场,对示踪粒子的跟随性进行了比较,分析了示踪粒子在流场中的浓度分布对成像质量的影响。实验结果表明,环形喷嘴射流与尖劈之间存在交错的、方向相以的旋涡是使整个系统产生流体自激振荡的原因,环形喷嘴与尖劈之间的距离对瞬态流场有明显的影响。由双脉冲激光作光源的ＰＩＶ系统具有肪冲间隔调节范围宽、测量     

冷喷涂材料改性气粉射流流动计算与分析

在冷喷涂材料表面改性技术研究中,圆喷嘴气、固两相可压缩紊流射流的流场计算非常重要。在奥尔逊（Ｏｌｓｏｎ可压缩二元射流理论基础上,对可压缩三元射流进行分析、建模、计算,在并基础上,采用固相单颗粒动力学模型,完成了实验要求的气、固两相射流流场计算计算结果与实验结果比较,吻合良好。     

射流角度对流体控制矢量喷管的影响

采用基于雷诺平均的三维N-S方程和RNGk-ε湍流模型对某型喷管射流注入时的全流场进行了数值模拟,计算结果和试验数据符合良好。为研究射流注入角度对喷管流场的影响,数值模拟了9组射流角下的喷管流场,计算结果表明:射流垂直壁面注入时产生的推力矢量角最大,逆流注入气流对喷管流场的改变要明显大于顺流注入气流的影响,但产生的损失也较大。     

附壁振荡射流元件频率范围的试验

对比了流量计射流元件、涡腔自激振荡射流元件和附壁振荡射流元件的结构和工作原理,其中附壁振荡射流元件具有振荡频率可调节的特点,为了将该元件应用到液气射流泵内,以振荡射流这种新的形式进行工作,对该射流元件产生的振荡射流频率范围进行了分析,由测量元件壁面压力脉动的方法获得附壁振荡频率.结果表明:射流元件在结构尺寸固定,工作压力一定时,信号水流量和信号水导管长度存在合适的范围使元件正常工作,当超出该范围时,射流元件的主射流散乱;当工作压力范围为200～450 kPa,信号水导管长度范围为300～1 000 mm,信号水流量范围为160～425 g.min-1时,获得的附壁振荡频率范围为0.8～2.7 Hz;提高附壁振荡频率方法之一是减小元件的结构尺寸.     

独头巷道掘进压入式通风流场特征数值分析

 独头巷道掘进过程中压入式通风流场是受空间限制的受限贴附射流,其特征对巷道通风有着重要影响。以凡口铅锌矿为例,建立了独头巷道受限贴附射流流场的标准k-ε数学模型,确定了模型的边界条件,在采用GAMBIT划分网格的基础上,运用计算流体动力学（CFD）软件FLUENT对受限贴附射流流场特征进行了数值模拟分析。结果表明,独头巷道压入式通风流场具有3个主体区域,即贴附射流区、冲击射流贴附区和回流区;受限贴附射流起始段长度小于运用射流理论计算得到的理论值,受限射流完全贴附后,射流壁面轴心速度大于管道中心入口速度。研究揭示的流场特征可为改善独头巷道掘进通风效果提供理论依据。     

应用粒子成像测速技术测量压力振荡器的瞬态流场

利用以两台大功率脉冲激光器为双脉冲光源的粒子成像测速 (PIV)技术 ,测定了驻波管型正弦压力振荡器二维振荡射流瞬态流场 ,对示踪粒子的跟随性进行了比较 ,分析了示踪粒子在流场中的浓度分布对成像质量的影响。实验结果表明 ,环形喷嘴射流与尖劈之间存在交错的、方向相反的旋涡是使整个系统产生流体自激振荡的原因 ,环形喷嘴与尖劈之间的距离对瞬态流场有明显的影响。由双脉冲激光作光源的PIV系统具有脉冲间隔调节范围宽、测量精度高等特点 ,非常适合于从低速到高速全范围的流场测量     

喷射泵井工况诊断与调参技术研究

为了使喷射泵工作在最优工况 ,提高喷射泵采油系统的效率 ,给出一种根据地面测试数据推断喷射泵井工况并同时计算油井产能的方法 .地面测试参数包括动力液和混合液的压力、流量、温度等 .采用多相垂直管流的计算方法由地面测试数据得到井下动力液泵入口处和混合液泵出口处的流量、压力和温度 .用喷射泵在非等密度体系中的特性方程计算得到喷射泵工作的压力比 ,由压力比计算得到泵吸入口处的压力 .这样 ,就可以计算出诊断喷射泵井工况所需要的压力比 ,流量比和泵效等工况参数 ,泵吸入口压力还可用来计算油井的产能曲线 .用这种方法对喷射泵系统进行工况诊断仅需在地面测试数据 ,避免了测试井下数据的困难 ,测试过程不需停泵 .文中论述了喷射泵井生产系统主要故障形式和诊断方法 ,并给出了两口油井的诊断实例     

蒸汽喷射制冷系统喷射器工作特性的实验研究

为确定喷射器的工作特性,评估数值模型计算精度,完善喷射泵抽气理论,构建了小型水蒸气喷射制冷实验系统.实验研究了水蒸气喷射泵性能与工作蒸汽压力、被抽蒸汽压力、背压的关系.实验结果表明,随着工作蒸汽压力的上升,被抽蒸汽流量和引射系数均呈先升高,达到最大值后下降的趋势.随着被抽蒸汽压力的升高,被抽蒸汽流量和喷射器引射系数均增加.在一定背压范围内,喷射器引射系数保持不变,当超过临界背压后,引射系数急剧下降.研究结果对于了解喷射泵抽气特性、改进喷射泵结构和性能优化有参考价值.     

液气射流泵内部流场的数值计算

通过闪频仪观测,泵内部流动可分为分层流、液滴流和泡状流.为了简化模拟和计算,将计算区域分为部分喉管和扩散管两块.对液气射流泵喉管内部射流流动,建立抛物型流动方程组,采用控制容积法将方程组离散,并用TDMA法求解;对扩散管内部泡状流,采用双流体模型建立液气两相流方程组,混合有限分析法离散,压力耦合半隐式方法(SIMPLE)求解.数值模拟获得液气射流泵内部流速分布.计算预测的射流碎裂位置与试验观测结果一致;壁面压力分布计算值与试验值吻合较好,趋势相近.计算结果能够较好地反映液气射流泵外部水力性能,为液气射流泵的优化设计与运行提供参考.     

运用三维动网格技术模拟计算离心泵的非定常流动

 运用三维动网格技术,对离心泵非定常流场进行数值模拟。使用Fluent流动软件的Profile文件定义叶轮计算域边界面的转向和转速,将所有计算域设在同一个惯性系中。采用弹簧光滑法、动态分层法及局部网格重构法3种方式实现计算域网格变形。在同样的计算模型、计算网格、初始条件、边界条件及软件设置条件下,将动网格与传统的滑移网格计算结果进行了对比。计算结果显示:在经历约5个叶轮旋转周期后,两种计算网格数值结果趋于一致,但动网格的迭代速度几乎是滑移网格迭代速度的3倍。原因是动网格计算仅在一个惯性系中进行,新旧网格节点的拓扑关系保证了良好的计算精度和时间上的连惯性;而滑移网格计算因多参考系之间的数据对接影响了时间上的连贯性、降低了迭代速度。研究表明采用动网格技术可实现水泵的三维非定常流场数值模拟,具有较强的通用性和广阔的应用前景。     

淹没条件下水射流涡旋特性大涡模拟及实验研究

采用大涡模拟方法对淹没条件下水射流的涡量场进行数值模拟,分析流场中涡旋的产生与扩散机制,并通过相同条件下粒子图像测速仪测量射流的涡量场,对模拟结果和方法进行验证。模拟研究泵压和围压对淹没射流涡旋特性的影响。结果表明:在射流流场中,由喷嘴出口产生一系列涡量集中的点涡旋,随着射流的前进涡旋逐渐扩散,卷吸周围介质并传递能量,卷吸范围逐渐扩大,而卷吸能力沿射流轴向呈指数衰减;随着泵压升高,整个流场中涡旋的涡量值明显增大,涡旋扩散长度直线上升;围压对涡量基本没有影响,围压的增加会使涡旋扩散区长度直线下降,减小卷吸作用范围。     

基于流体喷射原理的室内空间自然换气研究

针对目前室内空间换气技术的不足,提出了一种新型的射流泵,对室内空间进行自然换气,并以2.2 m/s的风速为例,采用FLUENT数值模拟,来研究射流泵在室内空间自然换气的可行性.得到了喷射器的压力和速度分布图.直观地了解射流泵内部的流体流动方式和过程,并用实验进行比对.证明数值模拟的正确性,同时也证明了射流泵对室内自然换气的可行性.     

基于Runge-Kutta不连续Galerkin方法的斜率限制器研究

采用高阶Runge-Kutta不连续Galerkin方法对欧拉方程进行数值研究。针对高分辨率数值流通量格式中斜率限制器展开研究,采用虚拟流体法这种界面处理方法和斜率限制器共同抑制数值振荡。结果表明：斜率限制器计算稳定,计算精度高,能实现计算的高精度和高分辨率;在数值计算方法采用不连续Runge-KuttaGalerkin方法,界面处理方法采用虚拟流体法的计算环境下,斜率限制器十分高效和精确,在工程应用中有广阔的前景。     

机舱通风口冲击射流湍流特征分析及验证

以机舱个性化通风口为背景,对自由射流加壁面冲击射流,采用几种湍流模型数值分析了10倍冲击高度、雷诺数为9,000的气流遇到冲击板后湍流脉动、流动转折等流动特征.探讨了湍流模型对冲击射流关键位置平均速度、脉动速度以及雷诺应力等流动参数特征的模拟能力,通过与实验测量结果的对比,确定了湍流模型在冲击射流中的适用性和局限性.综合来看,Relizable k-ε模型可以得到与实验值较好的符合度,但在近壁面区域会略有偏差.分析结果认为将RANS和LES组合将是开展实际机舱内通风口射流研究的最佳策略.     

混合元法及其在本质边界条件处理中的应用

为了解决无网格Galerkin(EFG)方法中本质边界条件的施加问题,提出了一种耦合径向基点插值无网格(RPIM)方法与EFG方法的混合元法.该方法将问题域分成两部分,在包含本质边界部分采用RPIM方法处理,其余部分采用EFG方法,然后利用两种无网格插值方法之间的关系进行耦合.数值算例结果表明:文中方法在简明有效地处理本质边界条件的同时,具有与EFG方法相当的计算精度,且易于编程计算.