非均匀格子Boltzmann方法模拟方柱绕流

应用非均匀格子Boltzmann方法对方柱绕流的三种情况进行详细数值模拟，在第1种情况中，方柱位于流场中央，模拟了卡门涡街现象，给出了斯特鲁哈数随雷诺数变化曲线；在第2种情况中，方柱位于流场壁面，分析了雷诺数对方柱后回流区的影响；在第3种情况中，两方柱并列在流场中央，考察了方柱间距对流场的影响。     

用格子Boltzmann方法计算剪切流的方柱绕流问题

用格子Boltzmann方法计算来流为水平剪切流的方柱绕流问题, 得到了在不同速度梯度条件下方柱绕流的流线和等涡线图. 发现在圆柱尾部形成两排涡, 当来流速度梯度较大时, 两排涡有很大的不同. 计算结果表明, 用格子Boltzmann方法计算剪切流的方柱绕流问题是可行的, 计算结果与理论分析相符.     

串列双方柱气动性能的流场机理研究

采用非定常雷诺平均法和SST k-ω湍流模型,在雷诺数Re=2.2×104时对五种间距串列双方柱的绕流场进行了数值模拟。结果表明：随着间距比的增大,串列方柱的气动性能会发生剧烈变化,其绕流场会经历三种不同流态：间距比为S/B=1.2时,下游方柱完全被上游方柱的分离剪切层包裹,流场呈现单一钝体流态;S/B=1.5和2时,在上游方柱上分离的剪切层会再附在下游方柱侧面,流场呈现剪切层再附流态,并在两个方柱之间形成强烈的回流区;S/B=3和4时,两个方柱的尾流中都会形成规则的涡街,流场呈现双涡脱流态,此时上游方柱的旋涡会与下游方柱发生复杂的相互作用,造成下游方柱受到很大的脉动风压作用。     

串列双方柱气动干扰机理的数模模拟研究

采用非定常雷诺平均法和SST k-ω湍流模型,在雷诺数Re=2.2×104时对五种间距串列双方柱的绕流场进行了数值模拟。结果表明:随着间距比的增大,串列方柱的气动性能会发生剧烈变化;其绕流场会经历三种不同流态:间距比为S/B=1.2时,下游方柱完全被上游方柱的分离剪切层包裹,流场呈现单一钝体流态;S/B=1.5,2时,在上游方柱上分离的剪切层会再附在下游方柱侧面,流场呈现剪切层再附流态;并在两个方柱之间形成强烈的回流区;S/B=3,4时,两个方柱的尾流中都会形成规则的涡街,流场呈现双涡脱流态。此时上游方柱的旋涡会与下游方柱发生复杂的相互作用,造成下游方柱受到很大的脉动风压作用。     

并排方柱绕流的大涡数值模拟及显示

采用大涡模拟的方法对雷诺数为7.5×105并排双方柱绕流流场进行了数值模拟,并对所采用的模拟方法进行了实验验证.利用有限体积法和SIMPLE算法计算程式,对双方柱三维物理模型求解不可压缩的N-S方程.计算得到了方柱绕流的速度场和涡量场以及不同时刻的速度分量分布情况.对方柱后速度场、涡旋形成、脱落以及波动性等问题进行了分析,结果符合物理学规律.     

低速绕流半圆柱时的流动和换热分析

用数值方法计算了绕流半圆柱时混合对流换热的流场和温度场，计算范围为Ｇｒ＝３．６６×１０５，Ｒｅ＝４７８～２３９０，同时也计算了纯自然对流和纯对流工况．计算结果表明，由于自然对流的影响，混合对流时的流线较纯对流时会有所抬高，同时半圆柱后面的回流形成的旋涡也更大．因此在小Ｒｅ数并有较强加热的情况下，温度场对流场的影响是不可忽略的．     

基于格子Boltzmann方法的固定方柱绕流研究

研究了格子Boltzmann方法的基本原理和边界条件处理方法,并利用该方法对不同雷诺数下固定单方柱绕流流场进行分析,探究了方柱产生卡门涡街的临界雷诺数和范围,验证了格子Boltzmann方法边界处理和数值模拟的正确性和便捷性.对雷诺数为200时并列双方柱不同分布间距的流场进行了模拟,结果表明,当柱间距为2倍方柱边长时,流体绕流方柱的涡流彼此影响最为明显.     

单方柱绕流的直接数值模拟研究

为了揭示柱体绕流的湍流流动机理,采用直接数值模拟方法对雷诺数为1200的单方柱绕流工况进行研究。首先通过与文献中斯特劳哈尔数、平均流速和表面压强系数等统计量进行对比,验证了数值方法的可靠性。其次采用本征正交分解方法系统地提取流场中的相干结构,结果表明：对于速度场的模态分解,第一阶模态代表平均速度场的特征,第二、三阶模态提取的是流场中的低频大尺度旋涡特征,第四、第五阶模态提取的是流场中的高频小尺度旋涡特征。最后基于联合概率密度函数分析速度梯度张量第二、第三不变量,发现方柱下游大致可分为两个流动阶段：发展阶段,流场以涡流层结构和耗散作用为主,涡流管结构逐渐生成;成熟阶段,流场中湍流结构伴随着高涡量拟能和高能量耗散率。     

带两对对称平板的圆柱绕流问题研究

通过一个非有理函数型的保角变换,研究了带有两对对称平板的圆柱体绕流问题。利用复变方法首次得到带有两对对称平板的圆柱体绕流问题的复势函数,并得到其速度势函数和流函数。绘制流体流动的流线图、等势线图和压力系数图,分析了流场中特定点处的压力和速度分布特点,流动情况与实际流动吻合较好。     

13—bit格子气自动机模型对流场的模拟

13－bit格子气自动机模型是一种基于FHPⅡ模型基础上的新模型，为了验证其正确性，文中通过建立在该模型基础上的数值试验方法，对圆柱绕流、方柱绕流和多柱体绕流等典型流体流动，采用该模型模拟了它们的流场分布，与文献中用有限差分、有限元、边界元等方法的模拟结果相比较，发现13－bit格子气自动机模型能够较为真实、客观、详细的模拟流体流场；并进一步采用该模型模拟了焦炭多孔介质内流体流动，发现其能够便捷、清晰地模拟具有复杂几何边界条件的流场。     

方形网箱减流效果的试验与应用

依据深水网箱实际尺寸和渔具水槽试验方法,设计方形结构网箱进行水槽减流实验。应用三维流速计测量网箱尾部各点在不同水流实验条件下的流速,分析相关数据,探讨网箱尾部的流速分布,评价浮式网箱的减流效果。流速测试范围在网箱后50～125 cm的2个水层,减流效果明显,结果显示:(1)网箱尾部的减流区域集中在网袋与来流垂直的投影面中部,而网箱两侧的流速略有增加;(2)当流速由32.23 cm/s增大到67.79 cm/s时,减流20%～45%。在网箱养殖海域设计应用网箱型的组合浮式防波堤,最大减流55%以上,表明能够满足深水网箱养殖的减流需要。     

柴油机气体减压阀内部流场及结露机理研究

应用计算流体力学（CFD）方法研究了某型减压阀的内部流场分布,对稳态工况的减压阀3维单相流模型进行了CFD数值模拟,并对模型进行了试验验证,证明了数值模拟模型的准确性．对阀门内部流道的质点流线特征、速度场、温度场情况进行了研究,结合试验观察到的减压阀内部结冰及外部凝露的结露现象,指出常规气源条件下,通流介质温度的降低和减压阀内部机械结构是导致阀门结露现象的主要因素,同时阐明了出现结露现象的基本机理．     

圆柱绕流的边界层及其电磁控制

利用电介质溶液中圆柱体侧表面附近分布的电磁产生电磁力,作用于流体边界层,达到控制圆柱绕流的目的。在层流模式下(Re<150),采用极坐标系中NavierStokes方程的涡量-流函数形式,对置于弱电介质溶液中包覆电磁场激活板的圆柱绕流的尾迹和边界层的速度分布进行了数值研究。涡量传输方程采用ADI(隐式交替)格式,流函数方程采用FFT(快速傅里叶变换)格式,计算结果具有二阶空间精度和一阶时间精度,作了相应的实验,对实验结果进行了分析和讨论。     

具有截面自然对流通道内湍流换热的直接数值模拟

对矩形管道内具有稳定自然对流的充分发展湍流换热进行了直接数值模拟，湍流雷诺数如和普朗特数Pr分别为400和0．71，格拉晓夫数Gr为10^4、10^5、10^6和10^7．分析了管道截面上雷诺应力对主流平均速度、截面流速以及截面平均温度的影响．结果表明：在Gr较小时，湍流雷诺应力的作用使截面的平均换热系数增大；在Gr为10^7时，浮升力的作用增强，但湍流产生的雷诺应力使自然对流的作用减弱．因此，与层流相比，在Gr相同时，湍流的管道截面平均换热系数反而减小．     

四流T型中间包控流装置优化的数值模拟

应用流场计算软件PHOENICS对某厂四流T型中间包流场进行了数值模拟,分析比较了不同控流装置下钢液流动的速度矢量图和流线图。通过模型研究,确定了合理的中间包控流装置为“V”型导流墙和冲击盆组合模式。     

“95.1”高原暴雪及其中尺度系统发展和演变的非静力模式模拟

为了对青藏高原暴雪进行深入的数值模拟研究,在对1995年1月17-18日（“95.1”）高原暴雪进行天气分析的基础上,利用非静力中尺度数值模式MM5对该次暴雪过程进行了数值模拟。数值模拟结果和客观分析结果的比较表明,非静力中尺度数值模式MM5有能力再现地面以上大、中尺度环流系统和热力场;同时MM5能够成功地模拟出复杂大地形条件下“95.1”高原暴雪中尺度低涡的发生、发展及结构演变。模拟的运动场和云微物理量场的时空演变表明,垂直运动场与水汽场的耦合是水汽凝结和冻结成雪的运动学条件;气旋性涡柱和上升运动及深厚湿舌的耦合是暴雪形成的一种重要动力机制;模拟的流场演变表明流场更能表征高原上的中尺度系统。     

基于Micro-PIV的不同截面形状微柱群内部流场特性研究

采用显微粒子测速技术（Micro-PIV）对圆形、椭圆形及菱形等不同截面形状错排微柱群绕流流动进行研究,得到了不同雷诺数（Re）下微柱群内部的速度场、流线等绕流流场信息,分析了Re与截面形状对绕流流场结构的影响规律。研究结果表明,微柱体绕流过程中漩涡脱落相对于常规尺度具有一定的滞后性;圆形微柱体背风区最早发生流动分离,菱形、椭圆形次之;随着Re的增大,微柱体尾流区出现涡结构,回流长度逐渐增大,在三种截面形状微柱群绕流流动中圆形截面微柱群的回流长度和回流区域最大。     

水平轴潮汐透平场的数值研究

为了研究水平轴潮汐透平的动力性能及透平周围流场的结构,在叶素理论(BE)、激盘模型和计算流体动力学(CFD)的基础上建立了一种可以计算潮汐透平动力性能和流场特征的BE+CFD方法,并在3种工况不同尖速比(TSR)下对透平的功率系数CP和轴向推力系数CT进行了计算,计算结果与实验结果吻合良好,表明所提方法是有效的.在此基础上,对单机透平周围流场进行了模拟,进而分析了透平下游流场的速度分布及透平阵列中横向距离对CP和CT的影响,结果显示:透平下游8倍直径中心处的流场速度值为入口速度时的86％;横向距离对CT影响较小;横向距离减小时CP呈增加趋势.该结果可为水平轴潮汐透平场设计提供理论参考.     

设计蜗壳式混流泵的一种新方法

本文给出了蜗壳式混流泵的准二元理论设计方法;推导了叶片轴面流线方程;分析了设计原理和计算方法。文中以比转数为400的混流泵作实例,在计算机上算出了结果。