二维后向台阶层流传热特性的数值模拟

建立了二维不可压缩后向台阶流动的数值模型,在Re=100~400内研究了雷诺数、台阶高度(S)、平板间高度(H)变化对台阶下游底面努塞尔数Nu分布的影响.结果表明:台阶扩张比ER一定,台阶下游上壁面出现次回流区后,Nu分布曲线下降段的曲折点位置固定,增大Re能提高曲折点上游的Nu,但对曲折点下游Nu影响不大;保持S不变,减小H,ER由1.33增加到3.00,Nu的变化范围增大,峰值向上游移动;保持H不变,增大S,NuH变化分成2部分,ER由1.33增加到2.00,NuH峰值基本不变,位置向下游移动,ER由2.00增加到3.00,NuH峰值快速增加,位置基本不变.     

层流下不同扩张比对后向台阶流动和传热特性的影响（英文）

建立三维数值模型以研究低雷诺数范围内(50≤Re≤250)不同扩张比对后向台阶流动和传热特性的影响.在宽高比恒为16的条件下,改变扩张比分别为1.5,2.0,3.0,通过Fluent计算得到流场和温度场等.结果表明:扩张比为2.0时的数值模拟结果与先前的实验结果吻合的很好.三维后向台阶底面再附着点的分布呈抛物线状分布.当雷诺数Re=200时,随着扩张比的增大,三维后向台阶上壁面两个对称旋涡的尺寸逐渐增大,底面中心线上的Nu峰值逐渐增大,并且再附着点的位置更接近于台阶.与二维数值模拟相比,在同一扩张比下,三维后向台阶底面中心线上的Nu峰值小于二维后向台阶底面Nu的峰值.     

转轮分离器风量和转速对叶片流道涡的影响

研究转轮分离器相邻叶片间的流场对理解其气固分离行为非常重要。为此,该文利用粒子图像测速(particle image velocimetry, PIV)测量了不同转速、风量下转轮分离器叶片流道间的流场,然后利用坐标变换算法分析了相对切向速度和径向速度随转速的变化,并定量分析了叶片流道间旋涡的位置和涡量随转速、风量的变化。实验结果表明:在实验范围内,随着转速提高,旋涡先往转轮外部移动,再往转轮内部移动;随着转速提高,旋涡涡量先增大后减小;随着风量提高,旋涡位置变化不明显,而旋涡涡量不断增大;随着转速提高,总分离效率先升高后降低,切割粒径先减小后增大。这种非单调趋势可以用叶片间旋涡位置的变化和流道入口处相对切向速度的变化来解释。基于坐标变换的转轮机械流场分析可以避免拍摄时相机定位的误差,也便于分析气体相对于转动叶轮的运动。     

大流量下动静干涉对离心泵叶轮做功的影响

采用基于切应力输运模型(SST)的尺度自适应模拟方法对离心泵内部流场进行数值计算,研究大流量下动静干涉对内部流动的影响.从叶轮做功着手分析叶轮流道做功、流道表面做功及压力分布情况,进而分析内部流场的变化情况.数值计算结果经过试验验证及网格无关性验证,分析结果表明:在隔舌前部流速大、压力低,当叶轮流道经过该位置时,径向速度增大,流道内压力降低,此时该流道对流体做功减小;当流道旋转经过隔舌进入隔舌下游区域时,蜗壳内压力骤增,处于隔舌下游的叶轮流道过流量减小,压力增大,流道对流体做功增大.     

泵站箱涵式出水流道三维湍流数值分析

采用雷诺平均纳维-斯托克斯方程（RANS）和基于壁面律的RNG k-ε湍流模型,运用SIM-PLEC算法,模拟了导叶后扩散段喇叭口至流道顶板7种不同高度hp时箱涵式出水流道的三维流场,预测了旋涡的发生位置和形态,分析各方案的流道水力损失规律．结果表明：当hp／D1〈0．2时（D1为喇叭口直径）,喇叭口为环向出水,再增大则渐变为单向;环向出水时,后壁区居中处,有一旋涡存在而单向出水,则为对称旋涡．相同流量下,扩散段喇叭口至顶板距离越小,则水力损失越大,当hp〈D1〈0.20时,水力损失随hp／D1减小而急剧增加。     

某新型蒸汽脉冲式声频清灰装置的流场分析

为深入研究某新型蒸汽脉冲式声频清灰装置内的流动情况,建立了清灰器三维流道几何模型,并按照几何模型的复杂程度采用分区域法划分网格。通过Fluent软件对清灰装置内流道进行数值模拟计算,分析不同开度下装置内流体流动特性以及开度与速度对流道压损的影响作用。研究结果表明:流道内压降主要用来克服狭缝区因节流造成的压损,随着开度由20%增大至100%,狭缝区压力分布变化最剧烈的部位由上、下狭缝交接处逐渐上移至环形腔体与上狭缝交汇处;环形腔流道内流体由两侧对称流动,并且由两个狭长的旋涡逐渐变成绝大多数流体逆时针流动、少部分顺时针流动,旋涡数量变为一个且规模变小;流体总压降随狭缝开度增大而减小,且减小幅度随开度的增加逐渐降低,同一开度下,入口流动速度对流场总压降影响较小。结合中、大开度下清灰装置压降较小、流动稳定性较好这一情况,建议装置多在中、大开度下运行,以改善其稳定性并减少能量损耗。     

流量对矩形迷宫灌水器旋涡的影响分析

以流道内旋涡区为研究对象,采用计算软件FLUENT,选用标准k-ε模型对4种流易下的矩形迷宫灌水器流场与旋涡区涡旋强度、压力变化等进行数值模拟分析,将计算结果使用TECPLOT以及AUTOCAD进行处理。结果表明,矩形迷宫灌水器内水流由较大流速的主流区与封闭的旋涡区组成,旋涡区一方面可以增强灌水器的消能效率与抗堵塞性能,另一方面由于零速区的存在易引起灌水器堵塞,流量变化对旋涡区流动没有影响;流量与旋涡区面积和涡旋强度呈正相关关系,同时旋涡中心点位置随着流量增大逐渐偏离灌水器壁面并向下游移动,所以在流道优化中应对公称流量下流道内旋涡区进行优化,旋涡区压力由边界向中心逐渐降低,在旋涡中心处降至最低,压力降低速度随着流量的增大而加快。     

凹坑结构对麻面管流动与传热特性的影响分析

采用三维数值模拟方法,分析不同进口油速(0. 6～1. 8 m/s)、凹坑高径比(0. 45、0. 474、0. 5、0. 529、0. 563、0. 6)对麻面管流动与传热特性的影响。结果表明:高径比越小,凹坑内旋涡区越扁平;不同高径比凹坑内旋涡位置不同,同时对麻面管性能的影响也不同;相同进口油速下,麻面管的努塞尔数均高于光管,阻力系数均低于光管;相同进口油速下,随高径比增加,努塞尔数先增加后减小,阻力系数先减小后增加;麻面管在凹坑高径比为0. 5时综合传热效果最好,此时为最优凹坑结构。     

上游台阶结构对跨声速透平叶栅端壁气膜冷却性能的影响

为了评估上游台阶结构对端壁气膜冷却性能的影响,采用商用CFD软件ANSYS FLUENT数值研究了上游后向台阶结构对跨声速透平叶栅端壁上游双排离散气膜孔冷却效率的影响。模拟某工业燃气透平真实运行工况(进口湍流度T_u=16%、出口马赫数Ma_(ex)=0.85、出口雷诺数Re_(ex)=1.5×10~6),采用基于两类热边界条件模型的壁面换热系数和绝热冷却效率数值预测方法,计算分析了在设计工况吹风比为2.5下,具有不同上游台阶高度(ΔH=0,3,6.78,10mm)的跨声速透平叶栅端壁热负荷分布、气膜冷却效率分布和近端壁二次流场结构。研究结果表明:上游台阶结构改变了近端壁流场,在台阶下游形成强度较大的空腔涡等复杂涡系结构,显著影响了端壁的热负荷和冷却气膜覆盖分布;随上游台阶高度的增加,叶栅通道上游端壁传热逐渐增强,形成显著的条状高传热区;端壁冷却效率呈现先增大后减小的变化趋势,在ΔH=6.78mm时,端壁气膜覆盖效果最好;在ΔH=10mm时,上游离散孔冷却射流被限制在近吸力面三角区域,端壁冷却效率低于无进口台阶结构。     

钢包浇注过程汇流旋涡的物理实验

为了减小钢包浇注后期旋涡卷渣对钢材带来的危害,对某钢厂现有60 t钢包进行了水力学模拟实验,研究了静置时间、初始液位、水口直径、水口偏心率等因素对旋涡的影响.结果表明:静置时间为0时,产生的旋涡方向不能确定,但随着静置时间的延长,旋涡方向变为逆时针;随着初始液位的升高,旋涡趋向于逆时针;水口直径对旋涡方向的影响不大;随着水口偏心率的增大,旋涡产生位置偏于水口正上方,且方向变得不明确;在没有外界因素干扰时,科氏力是引起流体旋涡的主要原因.     

瓦斯隧道压入式通风风管漏风对瓦斯分布的影响

压入式通风风管漏风对瓦斯隧道施工中的瓦斯分布规律影响颇大。本文以何家坡高瓦斯隧道通风为工程背景,采用计算流体动力学软件Fluent模拟了风管漏风工况下的瓦斯隧道通风案例,分析了漏风面积与漏风位置对隧道瓦斯分布的影响规律。研究结果表明:①风管出风口的射流作用导致掌子面靠近风管一侧无瓦斯聚集,而掌子面与出风口之间的涡流作用导致该区域出现大量瓦斯聚集;②风管漏风面积越大,漏风处上游涡流强度和下游射流强度越大,因此上游瓦斯聚集程度与下游瓦斯稀释程度越明显,两者均随着漏风面积的增加呈线性增加;③风管漏风位置越靠近掌子面漏风处上游瓦斯聚集的程度越明显,瓦斯聚集的增量随轴向距离呈指数减小的关系,风管位置越远离掌子面漏风处下游瓦斯的稀释与扩散程度越显著,瓦斯浓度减小的程度随轴向距离呈指数增大的关系。本文研究结果可为瓦斯隧道施工中的瓦斯监测及传感器布置提供一定的理论借鉴。     

双拉格朗日模型模拟气固两相双圆柱绕流

以湍流剪切层中大尺度旋涡结构与颗粒群的相互作用及运动规律为研究对象,提出了一种基于离散涡方法与颗粒碰撞模型相耦合的双拉格朗日气固两相流模型.用次循环调整颗粒运动计算的时间步长,将两相计算耦合在一起,从而解决了离散涡方法求解单相流场与颗粒运动方程的时间相容性问题.首先用颗粒在兰金涡中的运动验证了所提的算法,随后将该方法应用于高雷诺数湍流旋涡结构中的颗粒水平输运过程研究,模拟了圆柱尾迹中颗粒的沉降过程及其被旋涡卷吸、扬起和团聚的过程,说明在有大尺度旋涡存在的流场中颗粒更容易被流体向下游榆运.当来流速度与重力方向一致时,颗粒分布特性受颗粒Stokes数(St)影响.当St小于1时,颗粒响应流场变化的时间短,随St增加颗粒对流场变化的响应变得迟钝,重力所起的作用更加明显;当St远远大于1时,颗粒的分布几乎不受旋涡的影响,而与自由沉降的分布十分接近.     

液力缓速器变叶片数的三维数值模拟

将液力缓速器动静结合面定义为内部边界,解决了流体出入口在同一平面内的问题.利用Fluent软件对不同叶片数的液力缓速器的内流场进行数值模拟,计算采用雷诺时均方程和k-ε湍流模型,计算结果显示了液力缓速器不同叶片数下的速度分布、压力分布规律,并对流场内部流动进行了分析和研究.结果表明,随着叶片数的增加,进出口面速度的大小有先增大后减小趋势.轴面流道涡旋范围先增加后逐渐减小;而叶片吸力面的低压区逐渐扩大;叶片数为36时压力面的静压分布最均匀.     

喷管旋涡相互作用的数值研究

本文针对喷管与旋涡相互作用问题,建立了由Taylor涡和Ludwieg管构成的数值模型,采用VAS2D方法模拟了旋涡通过喷管的完整过程,着重考察了不同的旋涡强度下,喷管内流动参数(喷管轴线压力、波系结构等)和旋涡特征参数(旋涡形状、涡心轨迹、涡心迁移速度、旋涡面积等)随时间的演变规律.设计了跟随旋涡移动的网格加密方法,可精细地捕捉旋涡演化的细节.研究结果表明在喷管前部旋涡产生明显的压力扰动;在喉道前后的膨胀区旋涡向外扩散,面积增大但总环量基本维持不变,压力扰动逐步降低.当旋涡较强时,旋涡内部上下位置产生激波,并于涡核处中断.逆时针旋涡接近喉道后,涡心轨迹开始向上壁面偏转,迁移速度受到抑制;旋涡越强,轨迹上抬程度越明显,迁移速度越小.     

驻涡燃烧室内涡系分布研究

为清晰了解驻涡燃烧室内流场的涡系分布,对中心驻体为67%燃烧室当量宽度的驻涡燃烧室流场,在驻涡腔无喷射和有喷射两种状况下分别进行冷态数值模拟,详细研究流场内旋涡分布情况.结果表明:流道前部存在4个影响很小、沿流动方向运动、分布于驻体与端壁角区的螺旋状旋涡;流道后部存在1个由2个旋涡构成、面积较大的回流区;流道中部的驻涡区旋涡情况复杂,在驻涡腔无喷射情况下,主流与驻涡区之间悬挂驻留2个稳定的驻涡,驻涡腔内存在不稳定且数目不确定的旋涡;当驻涡腔前驻体有喷射存在时,驻涡腔内形成4个均匀且稳定的旋涡.     

脉动流条件下的圆柱绕流特性研究

为探究脉动流对流体绕流结构物产生的影响,采用数值方法研究了脉动流条件下圆柱绕流场特性,对涡量分布、升阻力系数、升力系数频谱特性等进行分析。结果表明:脉动流作用会使圆柱尾涡剪切层变薄,提高脉动频率使尾涡长度变短、脱离加快,提高无量纲脉动振幅使主导涡的脱落速度降低,使旋涡生成区域更靠近圆柱表面;脉动频率与无量纲脉动振幅的增大使升力系数、阻力系数的振幅均增大,而且与升力系数相比,阻力系数的振幅更大,变化更快;升力系数频谱图存在多个主频,包括旋涡脱落频率和相位叠加频率,其中旋涡脱落频率的振幅随着脉动频率的增加而减小,随着无量纲脉动振幅的增加而增加。在流场中加入脉动流,可以增强流体振动促进流动混合。     

压气机扇形叶栅出口流场周向均匀性影响因素

采用数值模拟方法,研究扇形周向角度、导流板结构形式以及低能流体抽吸对扇形叶栅试验件出口流场周向均匀性和可测量流道数量的影响.在考虑实验室风洞流量条件的基础上,通过对比分析导叶、静叶出口马赫数和气流角的周向分布,确定具有最佳周期性的扇形叶栅设计方案为具有110°扇形周向角、斜导流板且无抽吸的设计方案.研究结果表明,在亚声速来流条件下,增加流道数量(扇形角度)有助于提高扇形叶栅周期性;导流板采用斜导流板形式且无抽吸方案,可以获得具有较好周期性的试验件流场,可测流道数可以增加到5个.     

PEMFC中液态水沿程分布的机理研究

通过分析流道和扩散层中的压力损失,并根据理想气体状态方程,得出了沿流道方向气体总压力以及水蒸气分压力沿程分布的表达式.根据液滴生成的机理分析,得出了PEMFC阴、阳两极扩散层中液态水沿程分布的表达式.结果表明:阳极中一般很难有水生成;阴极中加湿度越大,进口压力越大,过量系数越小,液体出现的位置离进口越近,且同一位置液态水的生成速率越大,当阴极气体完全加湿时,液态水的生成速率仅与其到进口的距离、电流密度、膜中水传输系数以及流道的宽度有关,而受流道的高度、过量系数、进口压力以及温度等影响较小.     

旋涡哨内部流场分析

利用FLUTENT软件对旋涡哨内部流场进行数值模拟,得到旋涡哨内的流场分布特征.结果表明:旋涡哨内部流场变化趋势基本一致,流场分布具有轴对称性,流动轨迹近似为螺旋,从中心沿径向方向压力逐渐增大,合速度先增大后减小.随着腔体直径的增加,在腔体内合速度、切向速度和总压值都减小,而在出口管内合速度、径向速度和总压值增大.而在整个旋涡哨内部轴向和切向速度皆不随腔体直径的增加而变化.     

三角型通道内流动与换热性能的数值研究

利用数值模拟方法,在不同雷诺数下研究了不同放缩比的三角型通道内周期性充分发展的层流流动和换热特性,分析了放缩比和雷诺数对流动与换热的影响.结果表明,当放缩比越小或越大时,流体都容易产生旋涡;随着雷诺数的增大,流体在各种放缩比通道中的阻力系数都是减小的,而换热速率在不同放缩比时随雷诺数的变化是不同的.