侧壁射流对突扩通道流动特性的影响

讨论了垂直于突扩通道主流方向的侧壁射流对壁面压力系数、传热系数及主回流区长度的影响．采用标准κ-ε双方程湍流模型，对侧壁射流突扩通道中的流场进行了数值模拟，计算结果表明，侧壁射流位置越靠近入口，主回流区长度越短，最大压力系数位置前移，其数值增大，局部表面传热系数也增大．根据计算结果，拟合出了当侧壁射流速度与突扩通道入口平均流速之比等于2．0时，主回流区长度与侧壁射流位置的关系式。     

典型非圆形入口自激抖动射流燃烧器的研究

通过数值模拟与燃烧实验对三种典型的非圆形入口突扩腔体自激抖动射流燃烧器的流动与燃烧特性进行研究,结果表明:自激抖动射流燃烧器相对于普通直流射流燃烧器的火焰具有更高的扩散率和卷吸率;相对于菱形和王字形突扩腔体自激抖动射流,三角形突扩腔体射流混合最快且湍流强度更大,燃烧室内温度分布均匀性也最好,说明在腔体入口面积一定的情况下,燃烧特性(湍动能、火焰长度、温度场等)与腔体入口截面周长之间不存在简单的单调函数关系.     

矩形通道内高速蒸汽与过冷水直接接触凝结换热流型的实验研究

为研究有限通道内高速蒸汽与过冷水直接接触凝结换热(DCC)过程中汽液相界面的演化规律,搭建了具有矩形截面结构喷嘴及通道的可视化实验台,获得了入口蒸汽压力为0.1~0.45MPa、入口过冷水压力为0.1~0.4MPa以及入口过冷水温度为30℃条件下DCC过程的凝结形态,得到了基于入口参数的流型图。研究表明:矩形通道内DCC过程的典型流动形态可划分为蒸汽区、过冷水区、汽液混合层、回流区和均匀泡状流区,蒸汽区与汽液混合层之间有清晰的相界面;在不同的入口参数下会出现泡状流、界面振荡射流、尾部振荡射流、稳定射流和发散射流等凝结形态。获得了各种流型的下壁面温度分布规律,并通过计算,得到稳定射流的换热系数为5.2~9.0MW·m-2·℃-1。     

倾角对湍流狭缝冲击射流流动与传热性能的影响

为了研究倾斜冲击射流的流场结构和传热性能,采用SIMPLE算法和RNGk-ε湍流模型,对三种入射角度下的狭缝湍流冲击射流进行了数值模拟。结果表明,由于射流的卷吸以及上封闭板的作用,在流场两侧的流出区域分别形成了一个环形的回流区。当射流倾角减小时,左侧回流区的范围变小,而右侧的回流区增大。流场中的低温区以及冲击表面压力系数最大值和局部Nu最大值的位置也都随着倾角的减小而向流场的左侧偏移。当倾角减小时,冲击表面压力系数最大值降低,局部Nu最大值没有明显的变化,射流与冲击面之间的平均传热率降低。     

射流振荡器的回流特性和切换特性研究

射流振荡器是一种能在入口提供定常流动,出口产生非定常脉动射流的流体器件。本文以数值模拟为主要手段,研究一种射流振荡器内部流场特征,并研究其回流特性和切换机理。提出主射流沿着其中一个出口流出,由于受到腔体低压区的作用,另一个出口产生回流。回流程度随进出口压力和环境温度的升高而减小,随劈距的增加而增大。随控制端流量的增加,出口相对入口流量不断减小,继续增加控制端流量,射流发生切换。对射流振荡器的研究设计具有一定的参照意义。     

人工压缩法计算突扩管道流

使用人工压缩法计算了突扩管道流.对计算所得不同雷诺数下的等压线图和流线图进行了对比分析,结果表明,在扩张截面的拐点处形成了低压区,扩张后在侧壁右侧形成了涡,且Re数越小涡越小,Re数越小涡心的位置离侧壁越近.同时在计算中也发现,Re数较大时在出口处将形成回流区,收敛速度也变慢.     

翅片材料对扁管管翅式换热器耦合传热特性影响

为获得翅片材料对扁管管翅式换热器换热性能的影响,在耦合边界条件下对6种翅片材料对应的气—水换热器内层流流动与传热进行了数值分析.结果表明:翅片导热系数对翅片表面温度的不均匀性、空气通道内水平面上低温区长度以及空气通道内流场结构有不同程度的影响.管壁附近翅片表面局部Nu数几乎不受翅片材料影响,随着背离管壁的距离增大,小导热系数的翅片对前排管处表现出了较好的强化效果,不同管排对应位置上翅片表面局部Nu数的分布并不一致,小导热系数的翅片对板芯平均传热系数的影响较大导热系数翅片显著,而大导热系数的翅片对换热板芯平均传热系数的影响与空气流态关联性较大.     

基于CFD的管道流动局部水头损失系数的数值计算

本文利用FLUENT软件对几种常见模型管道在k-ε湍流情况下的流场、压力场进行了数值模拟,并根据数值模拟结果对突扩管的局部水头损失系数进行了修正。结果表明:对于突扩管在同一雷诺数下,随着管径比值(前程管径与后程管径之比D1/D2)的不断增大,局部水头损失及损失系数均减小;而随雷诺数的增大,突扩管流场中的局部水头损失系数逐渐增大。     

圆管突扩层流流动计算

对轴对称圆管突扩层流流动进行了系统的数值模拟研究,关联出了精确的关于回流长度和回汉强度的计算式,给出了最大回流速度、流动再发展长度的计算式,并指出流动的再发展长度与突扩经无关,而与雷诺数呈线性增长关系,提出了分流线和零轴向速度线的概念,并从物理意义上给予解释,分析了它们与雷诺数和突扩比的关系,研究表明,当以对应的回汉区长度作为轴向距离的长度度量单位时,轴线速度衰减规律与来流雷诺数无关。     

旋流燃烧室内三维等温流场研究

采用三维RNG κ-ε湍流模型进行了旋流燃烧室内等温流场的数值模拟，给出了旋流燃烧室内不同截面位置速度分布的计算结果．数值模拟结果与文献中实验数据的比较表明，两者符合较好．该燃烧室采用叶片式旋流器并配置一次和二次空气径向射流．比较了一次空气射流和二次空气射流对燃烧室内流场的影响．研究结果表明，经旋流器进入燃烧室的旋转气流和一次射流空气在燃烧室头部形成回流区，这将有助于缩短火焰长度和稳定燃烧．一次空气射流深度几乎达到燃烧室中心，有利于气流的混合并增大回流量；二次空气射流深度较浅，其对燃烧室内流场的影响较小，     

气液射流反应流动特性的数值研究

针对气液射流反应过程的流动特性,在欧拉两相流模型、组分输运模型、涡耗散化学反应模型以及Lee相变模型的基础上,对气态六氟化硫与高温液态金属锂的气液射流反应过程进行了三维数值模拟研究,分析了射流反应气羽宏观参数及其变化规律,研究了入口压力对流场温度分布的影响及其与气羽的对应关系。研究结果表明:所采用的数值模拟方法可以较好地预测气液射流反应过程;射流反应气羽主要由六氟化硫核心区和锂蒸气气羽区组成,宏观结构参数主要由锂蒸气气羽决定;六氟化硫核心区与锂蒸气气羽穿透长度均随入口压力的增加而增加;温度峰值位置和总反应速率峰值位置与射流反应气羽尾部相对应。研究结果可为气液射流反应器的优化设计和安全运行提供指导。     

压力侧冷却流对凹槽叶顶气膜冷却与传热性能的影响

为了降低凹槽叶顶整体热负荷并提高高传热区的气膜冷却效率,研究了压力侧冷却射流对透平级凹槽叶顶冷却传热性能的影响。通过数值计算获得了2种压力侧气膜孔形状(圆孔、扩张孔)和5种压力侧射流角(20°～40°)条件下,透平级凹槽叶顶的传热系数和气膜冷却效率分布。研究表明：前缘压力侧冷却流进入凹槽,增强了凹槽底部的冷却效果;中部和尾缘压力侧冷却流对凹槽肩壁和叶顶尾缘进行了冷却,增强了叶顶高热负荷区域的冷却效果。在所研究的射流角范围内,射流角越小,凹槽叶顶的冷却效果越好。当采用扩张孔、射流角由20°增大到40°时,肩壁的面积平均传热系数增大了6%,面积平均气膜冷却效率减小了14.3%;叶顶压力侧的面积平均传热系数增大了36%,面积平均气膜冷却效率减小了37.2%。在小射流角条件下,扩张孔的叶顶和压力侧冷却效果优于圆孔。射流角为20°时,与圆孔相比：扩张孔使凹槽肩壁面积平均传热系数减小了2%,面积平均气膜冷却效率增大了5.9%;扩张孔使叶顶压力侧的面积平均传热系数减小了22.6%,面积平均气膜冷却效率增大了43.3%。     

钝体燃烧器湍流分离流场的数值模拟

本文应用涡量流函数法和k-ε双方程模型对煤粉钝体燃烧器的燃烧室中的等温流场——带钝体突扩通道中的流动进行数值模拟。计算出了流场中回流区的几何参数、速度分布、湍动能分布等,得到了与实测数据基本一致的结果。     

射流角对带小翼凹槽叶顶冷却传热性能的影响

采用数值方法研究了发动机工况下透平级带压力侧小翼的凹槽叶顶冷却传热性能,计算获得了5种流向射流角、3种向压力侧偏转的气膜孔数量、4种向压力侧偏转的射流角布置时的带小翼凹槽叶顶的传热系数与气膜冷却效率,实现了带小翼凹槽叶顶冷却传热性能的提升。研究结果表明：倾斜的冷却射流能有效提升透平级带压力侧小翼凹槽叶顶的传热与冷却性能;随着流向射流角的增大,叶顶传热系数先减小后增大,当流向射流角为120°时,相对于竖直射流,叶顶面积平均传热系数减小了28.26%、气膜冷却效率增大了33.86%;靠近前缘的5个中弧线冷却孔向压力侧偏转能改善凹槽前部的冷却性能,与所有中弧线冷却孔均向吸力侧偏转的方案相比,叶顶面积平均传热系数减小15.65%、气膜冷却效率增大9.51%;当靠近前缘的5个中弧线冷却孔向压力侧偏转的角度为60°时,小翼叶顶的冷却传热性能最佳,与竖直射流相比,其面积平均传热系数减小38.84%、气膜冷却效率增大42.24%,且冷却流对带小翼凹槽叶顶覆盖的均匀性显著提高。     

突扩通道中带钝体或开缝钝体流场的实验研究

对突扩通道中带钝体或带开缝钝体的两种典型阻塞比（最大阻塞与零阻塞）的空气流场采用小型靠背毕托管进行测定，得到了各自的回流流场的速度分布图、回流区长度、回流量与进口雷诺数的关系式，并从中缝气流量与回流量的关系导出了判定中缝气流发生分裂的临界准则关系式．     

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。     

三通道旋流冷却流动与传热性能

针对雷诺数为40 000下涡轮叶片内部三通道旋流冷却结构进行瞬态热色液晶实验与数值模拟研究,并与普通转折通道进行比较分析.通过瞬态实验获得壁面高精度的努塞尔数分布与通道的沿程压力损失,结合数值计算结果得到如下结论:旋流通道显著增强了系统的换热能力与换热均匀性,第2、第3流程的壁面平均努塞尔数比普通转折通道分别提升了60%、57%;转折位置的冲击损失与节流损失是三通道结构的主要压力损失;旋流通道的全通道压力系数约为普通转折通道的3倍,且随着雷诺数的增大有增大的趋势;数值计算显示旋流通道内总压损失比静压损失减少了25%,使用总压分析沿程压力系数更为合理.     

纳米流体两相流磨削区压力场建模与实验

主要对纳米粒子射流微量润滑磨削砂轮与工件界面压力场进行理论建模与数值仿真。建立了纳米粒子射流微量润滑磨削区两相流压力场的数学模型,并进行了仿真。结果表明：磨削区动压力随着砂轮转速的增加,射流速度的增大而增大;随着最小间隙的增大急剧减小;3种喷嘴角度下,当喷嘴位置角度为15°时,磨削区沿砂轮进给方向的压力大于其他2种位置。在KP-36精密磨床以及纳米粒子射流供给装置构建的实验平台上,利用CY3018型压力传感器测试压力场变化规律,研究了砂轮转速、最小间隙、射流速度以及喷嘴角度对磨削区压力场的影响,实验测得的数据与仿真数据基本吻合,验证了理论研究的正确性。     

椭圆接触乏油弹性流体润滑数值分析

采用多重网格技术,通过对乏油弹流润滑基本方程的数值求解研究了椭圆接触乏油弹流润滑,分析了入口初始位置对乏油润滑中心膜厚、最小膜厚、油膜压力及部分油膜比例的影响.结果表明:中心膜厚和最小膜厚随着入口区初始位置远离接触中心而逐渐增大,并最终趋于一个稳定的值.随着入口初始位置向接触中心移动,接触中心最大油膜压力基本无变化,但是二次压力峰值逐渐向出口区移动并减小;油膜压力区逐渐减小,乏油区增大.当入口初始位置达到1.2时,中心膜厚、最小膜厚和压力区已很小,达到了严重乏油状态.     

侧面进风逆流式露点蒸发冷却器性能的数值研究

为了探究侧面进风逆流式露点蒸发冷却器的结构参数对其性能的影响,建立了描述冷却器内热湿传递过程的二维数值模型,对不同入口长度、通道宽度、通道长度以及不同通道长度与入口长度之比条件下,冷却器的出口温度、湿球效率和露点效率进行了分析比较。结果表明:随着入口长度的增加,冷却器的冷却效率先增加后降低;当入口长度小于0.15 m时,冷却器出口温度随通道宽度的增大而升高;当入口长度大于0.15 m时,出口温度随通道宽度的增大先降低后升高;增加通道长度以及通道长度与入口长度之比可提高冷却效率,通道长度与入口长度之比建议控制在3到5之间。研究结果可为优化侧面进风逆流露点蒸发冷却器的结构参数,提高冷却器的冷却效率提供理论指导。