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.     

四斜叶桨搅拌槽内部流场PIV试验研究

针对搅拌槽内非牛顿流体混合不均匀问题,基于无接触式粒子图像测速技术(PIV)研究了四斜叶桨带挡板搅拌槽内非牛顿流体流场流动状况.PIV试验采用透明的黄原胶溶液作为非牛顿流体.试验结果表明:搅拌转速的变化不仅改变流场的流型,也改变流场的流速分布、湍动能分布及涡量分布的位置和大小;随着搅拌转速的减小,主循环流和反向小循环流的涡心向上偏移,同时在向上偏移过程中,涡型逐渐减小,电机驱动功率也随着搅拌转速的减小而减小;黄原胶溶液质量分数的增大影响了流场的主循环流的流动范围,使搅拌桨下部区域的流动强度明显减小,同时也导致了整个流场流速降低和流体流动传递距离减小,故高搅拌转速是非常有必要的.     

正置同轴旋转圆台环隙流场动力特性

实施色流显示试验和粒子图像测速(PIV)流场测速试验对环隙流场动力特性进行定性及定量分析,揭示内圆台转速和环隙宽度对环隙流动特性的影响.通过解析速度场获取环隙径向速度及涡量分布、时均流场、雷诺应力等关键流场信息,在泰勒涡演变周期性规律的定性认知基础上研究泰勒涡动力机制.试验结果表明:当环隙宽度不变时,随着内圆台转速增大泰勒涡演变周期缩短;当转速为9.38 r/min时,涡B1出现先分裂后又融合的特征,体现为环隙流场稳定性减弱;当转速为9.38～20.68 r/min时,静压力主导流动状态形成弧形向内流动趋势;当转速≥24.44 r/min时,环隙内形成弧形外向流动趋势,说明离心力主导当前流态;雷诺应力随转速增大而增大,且雷诺径向正应力雷诺轴向正应力雷诺切应力.当内圆台转速不变时,随着环隙宽度增大泰勒涡稳定性先增后减;各工况下环隙流态主要呈现弧形内向流动趋势,说明环隙流场中的静压力总是大于离心力.     

转速对贯流泵装置流道水力参数影响的数值分析

为了研究贯流泵装置进出水流道水力性能受转速的影响规律,以贯流泵装置为研究对象进行全流道的数值计算,通过将能量性能数值预测结果与物理模型试验结果对比,验证了数值模拟结果的有效性。在考虑水泵与进出水流道内流相互影响条件下定量分析转速对进出水流道水力性能参数的影响规律。结果表明:(a)不同转速时进水流道水力损失比与流量系数的关系曲线变化趋势基本相同。相同转速时,随着流量系数的增大,进水流道水力效率逐渐减小,流道出口环量先减小、后增大;相同流量系数时,进水流道出口面的平均环量随转速的增加而增加。(b)不同转速时,随着流量系数的增大,出水流道进口入流涡角相对值先减小、后增大。在相同流量系数时,随着转速的增加,出水流道的静圧比逐渐增加,出水流道进口面的偏流角分布基本相同。     

低雷诺数开缝圆柱绕流尾迹流场特性

为了揭示开缝对圆柱尾迹流场的影响,采用数值模拟方法对低雷诺数无限大流场中开缝圆柱绕流进行研究,以相对缝宽(即缝宽/圆柱直径)和开缝角为变量,斯特劳哈尔数、阻力系数和升力系数为特征参数,分析不同开缝条件下旋涡脱落和圆柱受力的演化过程。研究结果表明:圆周压力分布受相对缝宽和开缝角的影响较小,圆周压力最小点位置随相对缝宽和开缝角的增大而后移;当相对缝宽为0.1时,最大后移幅度为6.11°;边界层分离点随开缝角增大而后移,而边界层分离点随相对缝宽的变化则因开缝角范围不同而不同;随着开缝角增大,开缝圆柱所受阻力减小,当相对缝宽为0.1、开缝角为90°时,可减阻14.63%,升力先增加后减小,旋涡脱落频率增大。     

轴流旋风分离器特性的数值模拟

为了研究轴流旋风分离器的性能,主要分析2.5~6m/s风速下叶片间距、旋转角度及排尘间隙对旋风分离器阻力和切向速度的影响.结果表明:旋风分离器的阻力随风速的增大而增大;叶片旋转角度对旋风阻力影响不大,但旋转角度的增加可增大最大切向速度;叶片间距变化对阻力和切向速度的影响很大,在6m/s风速下,叶片间距12mm较16mm时阻力增加31.1%,切向速度增大11%;排尘间隙变大可明显增大阻力,对切向速度影响较小.叶片间距为16mm,叶片旋转圆周角为90°,排尘间隙为7.15mm的旋风分离器对A4粗灰的分离效率可达85%以上.本研究结果为轴流旋风分离器几何参数设计提供了依据.     

渣浆泵内固相颗粒冲蚀特性的数值模拟

应用雷诺涡粘模型(液相)、离散相流动模型(固相)和压力耦合流场计算法,对渣浆泵全流道内固液两相湍流场的固相颗粒的冲蚀行为进行数值模拟.研究泵转速、固相粒径和叶片参数对颗粒冲蚀特性的影响.研究结果表明:随着泵转速的提高或者粒径的增大,颗粒冲击叶片表面的位置逐步移向叶片的头部,颗粒的冲击速度和冲击角度随之增大;不同叶片参数的叶轮对固相颗粒的冲蚀行为影响明显;数值模拟的研究成果可应用于抗冲蚀磨损叶轮的设计.     

柱状旋流分离器旋转涡核边界分布特性

采用微分雷诺应力模型对柱状旋流分离器气体单相流场中的旋转涡核边界分布特性进行数值模拟,阐述涡核的衰减形态,考察升气管直径、入口面积以及筒体长度变化对旋转涡核边界分布的影响。结果表明:零轴速包络边界与旋转涡核边界分属不同面,二者分布于升气管投影面的两侧;旋转涡核在分离器中的自然终止形态是涡核尾端弯曲终止于壁面,并沿壁面做圆周运动;涡核边界宽度随升气管直径的减小、入口面积的增大而减小;当筒体较短时,在较大跨度的升气管直径分布内,涡核边界沿轴向近似成柱状分布。筒体长度增加会使切向速度沿轴向产生衰减,涡核边界在升气管入口区域向外扩张,沿轴向向下逐渐收缩。     

脉动流条件下圆柱绕流特性研究

该文数值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了分析。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、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。     

前掠角对车用轴流式冷却风扇性能的影响

建立了某车用冷却风扇不同前掠角参数化模型,并基于计算流体力学的方法对其流动进行了仿真,研究了不同风扇转速下,前掠角对冷却风扇流动、风量以及阻力矩的影响.在压力分布方面,研究结果表明:随着冷却风扇前掠角的增加,相同的转速下,风扇叶栅入口处,空气的平均压力不断升高,叶栅流道内,相邻叶片间升力面和吸力面间的压力梯度逐渐减小,同一叶片升力面同吸力面间的压差逐渐降低.在速度分布方面,随着前掠角的增加,相同的转速下,风扇叶栅入口处,空气的流速逐渐减小,叶栅流道内,空气速度的增加逐渐减小.在风扇性能方面,随着前掠角的增加,相同的转速下,风扇风量逐渐减小,风扇阻力矩逐渐降低.     

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。     

出渗对大颗粒泥沙周边水流结构及受力影响试验研究

为探讨出渗对大颗粒泥沙周边水流结构的影响,采用二维粒子图像测试技术对颗粒周围流场进行测量.通过分析不同出渗强度下颗粒周围立面流场结构,探究出渗作用下颗粒周围水动力结构.试验结果表明:出渗能够抑制颗粒尾部回流区的形成,减小回流区内负向流速大小;同时,尾涡尺寸随出渗强度的增大而减小,当出渗强度增加到一定值(v_s/U=0.65%)时颗粒尾部已不能形成尾涡.颗粒迎流面水流分离点即是产生"涡量源"的位置.出渗不断透过床面向上补水减小了流速变化梯度,从而导致负向涡量随出渗的增大而减小.对大颗粒的受力分析发现,颗粒平均起动流速随着出渗流速的增大而减小.     

绕水翼空化的发展及其涡量场特性分析

为了解空化发展与流场中涡量变化的关系,利用数字式粒子图像测速(DPIV)系统,并辅以高速摄像,对绕水翼流动进行了观测.结果表明:空化的发展对整个流场的涡量变化起决定作用.无论在空化还是无空化流场中,涡量主要集中在水翼后部的剪切层所在区域,并形成涡带;随着空化数的降低,空化区域的流场混合更为均匀,从而使涡量峰值逐渐减小,同时下涡带的起始位置向后推移;在云状空化阶段,涡量聚集区由涡带转化为大涡量团的分散分布,而且影响区域明显扩大.     

壁面粗糙度对直升机粒子分离器性能影响的数值研究

采用计算流体力学方法,通过不同壁面粗糙度布置,对直升机粒子分离器无叶片三维流道进行详细的模拟分析。结果表明:壁面粗糙的变化对分离效率影响较小,但会导致流道总压损失的增大。靠近流道出口壁面对流道损失的影响要比靠近进口处大,其中对主流道总压损失影响最严重的是主流道的外壁面。不同的粗糙度分布,对流场的影响也不一样;而且壁面的粗糙度对近壁面流场有影响,还会通过累积影响到远离壁面的流场。     

微型轴流风扇间隙流动分析

以某微型轴流风扇为研究对象,测量了其在5 600r/min转速下的气动特性曲线,同时采用商用软件NUMECA模拟了在4种流量下该风扇叶轮内的三维流场,详细研究了泄漏涡和分离涡的结构、泄漏流速度的分布、叶片两侧的压差分布以及泄漏流对叶顶载荷的影响。研究结果显示:由于叶顶间隙的存在,气流在叶顶形成了分离涡;而泄漏流进入相邻通道后卷起形成泄漏涡。叶顶分离涡和泄漏涡的起始位置都随着流量的增加而向下游移动。从叶顶到外端壁方向,泄漏流速度的大小及其与叶片型线的夹角(θ)均呈现先增大后减小的趋势。间隙区域叶片两侧的压差(Δp)随着流量的增加而变小,泄漏流速度、泄漏流量也随之变小。叶顶卸载是顶端间隙流动的主要特征,随着流量系数的增加,叶顶卸载变大。     

圆管内楔形节流件周围流场的TRPIV实验测量

应用高时间分辨率粒子图像测速技术(TRPIV),研究圆管内楔形节流件周围流场.对Re在2×104~16×104之间,5种圆管内楔形节流件周围流场进行高时间分辨率精细测量.结果表明:楔形节流件下游回流区长度Xr随楔形前后夹角增大而增大.回流涡涡心位置在x方向上随楔形前后夹角增大而增大;在y方向上随楔形前夹角增大而增大,随楔形后夹角增大而减小.回流区边界受圆管侧壁处二次分离流动影响显著.     

应用三维空间导叶的混流式水轮机流动

为减小混流式水轮机转轮内的叶道涡,设计了两种三维空间导叶,推导了流量调节方程,采用了全三维全流道的湍流计算方法,完成了从蜗壳进口到尾水管出口,包含所有流道在内的数值计算;并进行了模型对比试验。结果显示:应用三维空间导叶对水轮机能量性能没有太大的影响,但是增大了活动导叶上部的水流出口角,从而减小了转轮叶片进口处的冲击,尤其是在高水头、小开度情况下,上冠处的冲击和脱流比二维常规导叶有明显改善,降低了叶道涡发生的可能性,提高了水轮机的运行稳定性。     

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。     

重型卡车空气滤清器前进气系统性能仿真与结构改进

为了改善重型卡车空气滤清器前进气系统的工作性能,运用计算流体动力学方法对其内部流体的三维流动情况进行仿真分析;针对旋流式分离器不同叶片几何参数及筒壁参数对前进气系统性能指标的影响,采用离散相与连续相两相耦合和逐步收敛的方法进行研究,以得到过滤效率最大值时对应的叶片参数。结果表明:压降随叶片轮轴的增大而增大,随叶片边缘与筒壁间隙的增大而呈现出先增大后减小的趋势,随叶片直径与筒壁内径的增大呈现先大幅减小后逐渐增大的趋势;过滤效率随着叶片边缘与筒壁间隙的增大而减小,综合考虑叶片参数及筒壁参数对空气滤清器前进气系统性能的影响,确定叶轮轮轴直径为57.78 mm、叶片边缘距筒壁的间隙为0 mm(即叶片直径增大至153.4 mm)作为最优改进方案,改进后结构对微小颗粒的过滤效率明显提高,过滤效率比原结构的提高14.9%,内部速度流场均匀性提高。     

静电分离器中电流体流场可视化研究

采用粒子成像测速技术(PIV)对线-板式静电分离器中微米级别油滴(2μm)的流动特征进行可视化研究,得到在充分发展的层流条件下(进口气流流速0.16 m/s)电流体随施加电压变化的典型流型及速度分布。结果表明:电流体流型和速度的分布随着施加电压的改变而变化;在外加电压低于起晕电压(小于8 kV)时,流场没有明显变化;随着电压的升高(8～12 kV),放电电极附近及分离器的下游油滴在静电力的作用下以喷嘴的形式向两个收集电极移动,径向运移速度和放电电极上游轴向速度随电压升高而升高;当施加电压大于12 kV时,在放电电极上游电流体二次流以两个对称的反向旋转涡的形式出现,涡的大小随着电压的升高而增大,径向运移速度最高可达0.4 m/s,同时在静电分离器下游出现回流,二次流和回流的出现阻碍了流体沿轴向运移;分离效率随着施加电压的增大而增加。