Taylor-Couette波状涡的周期性特征研究

采用大涡模拟(LES)方法对Taylor-Couette涡流场进行瞬态数值模拟,研究了波状涡流场中不同旋转雷诺数下环隙子午面上涡流场特征随时间的变化情况,分析了波状涡流场的周期性变化规律．结果表明：Taylor-Couette波状涡流场内的涡旋大小、形态及涡心位置存在周期性变化规律,相邻涡旋的形态与特征呈现相反的变化趋势;涡旋、涡核的变化周期几乎完全相同,当转速为20 r/min时,涡旋和涡核的周期变化时间分别为6.80 s和6.83 s,当转速为40 r/min时,涡旋和涡核的周期变化时间分别为1.49 s和1.50 s,但涡核的变化趋势在周期变化过程中处于主导地位;随着旋转雷诺数的增大,波状涡的变化周期逐渐减小,说明周期的数值变化一定程度上可以反映并衡量Taylor-Couette涡流场形态的转变过程．     

基于激光雷达回波的动态尾涡特征参数计算

为了实现对飞机尾涡的有效检测,提高机场跑道利用率,减少飞机延误,本文以尾涡物理模型为基础,分析尾涡的环量和径向速度分布规律,并结合尾涡的下沉及消散模型,提出一种基于激光雷达回波的动态尾涡特征参数计算方法,即利用激光雷达回波数据提取尾涡流场的速度包络,解算出尾涡径向速度分布,并根据其反演出涡核位置及尾涡环量。采用仿真的动态尾涡流场激光雷达探测回波数据进行算例分析,验证了该方法的有效性。     

基于鱼体结构的仿生型液力变矩器叶片环量分配规律

提出了一种基于鱼体结构的液力变矩器叶片环量分配规律.该方法利用逆向工程方法提取了鱼类体型的元素,提出了液力变矩器各叶轮叶片的仿生多项式环量分配方案,设计出了类鱼体的仿生叶片.通过采用Smagorinsky亚格子应力模型的分离涡模拟,分别对仿生叶片和原始叶片的流道模型进行了三维流场的数值计算.结果表明:通过将原始叶片的仿真预测结果与试验结果进行对比,证明了该数值模拟方法的有效性;在不改变原始叶片的重要参数的情况下,采用仿生环量分配规律设计出的仿生叶片,可以提高液力变矩器的最高效率值,最高效率可以提高1.5%.对比分析了仿生前后的流动结构,并采用Rothalpy对比了仿生叶片与原有叶片的能量损失,结果与性能预测值相吻合,验证了研究的可行性.      

涡流空气分级机内湍流涡频谱对其性能的影响

依据湍流基本概念和涡频谱基本理论 ,讨论了涡流空气分级机内不同频率、不同尺度的湍流涡对物料分散和分级精度的影响 ,提出高频脉动的小尺寸湍涡有利于团聚体解吸、粉料的分散 ,能提高物料分级精度和分级效率。在不改变转笼外边缘和导流叶片内边缘间环形区宽度的情况下 ,通过在转笼外边缘分别沿径向叶片圆周呈90°角对称加四根杆 ,改变环形区湍流涡频谱分布 ,增加高频小湍涡 ,使得分级精度指数分别从 0.71,0.62提高到0.80 ,0.76 ,相对提高 12.7%和 22.6 %。     

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.     

龙卷风风场的数值模拟研究

基于同济大学研制的龙卷风物理模拟装置,运用数值模拟方法构建了物理模拟器的数值计算模型,并通过对比龙卷风风场的物理试验模拟结果和现场实测结果,验证了数值计算模型的可行性.在此验证基础上,研究了3种不同涡流比条件下的龙卷风风场结构,对比了不同涡流比条件下龙卷风的三维风场速度(切向速度、径向速度和轴向速度)分布形态、风压分布、龙卷风涡核半径和气流脉动特性.研究结果表明:随着涡流比的增大,龙卷风风场最大切向风速逐渐增大,涡核中心气压降明显降低,涡核半径随之变大,涡核中心附近切向风速的标准差变小;涡流比的增大使龙卷风单涡核逐渐破碎,发展到双涡核.     

三维水翼初始梢涡空泡数的尺度效应

针对梢涡流场和初始梢涡空泡数的尺度效应问题,利用大涡模拟(LES)湍流模型对三维水翼的梢涡流场流速进行模拟计算;为减少误差,对梢涡流域网格进行了局部加密处理,对未发生空化时梢涡内的轴向速度和切向速度进行计算.结果表明,LES湍流模型的流场流速计算结果与实验值吻合较好.同时,介绍了经典初始梢涡空泡数尺度效应公式的推导过程,并利用数值计算的速度环量和涡核半径修正尺度效应公式.     

2叶片潜水搅拌机叶轮内部流场特性

为研究2叶片潜水搅拌机叶轮内部流动规律,利用Fluent 6.3大型计算流体力学软件,采用RNG k-ε湍流模型和SIMPLE算法,对2叶片潜水搅拌机搅拌的污水处理池进行数值模拟,分析了2叶片潜水搅拌机叶轮内部流场、压力和速度环量的分布情况.结果表明:叶轮内从叶片工作面到叶片背面流体速度梯度、压强梯度明显;叶片工作面附近流体流速低、压力高,在叶片背面有高速区和负压区;叶轮进出口轴面速度均呈抛物线分布,进出口速度环量变化较为平缓;叶片出口轴面速度均呈近似等轴面速度分布,进出口速度环量呈线性规律分布;叶轮内部流动稳定,这种流型设计可以较好地减少2次回流,叶轮可以高效运行.     

考虑旋转和曲率修正的螺旋桨梢涡流场模拟

应用显式代数雷诺应力湍流模型对螺旋桨尾流中梢涡流场分布进行了数值研究,为了避免过高地预报梢涡涡核内湍流黏性耗散,对湍流模型进行了旋转和曲率修正．应用全六面体网格对螺旋桨计算域进行网格划分,为了避免数值离散误差,对梢涡区域进行了网格加密处理．计算结果表明：提出的尾流中梢涡流场分布数值模拟方法能够准确预报螺旋桨梢涡流场的分布及涡核位置,并准确反映了梢涡形成和发展过程中梢涡内主涡和次涡的关系,与实验测量结果基本一致．     

锥形喷气涡流加捻器的理论研究

针对一种利用气流进行加捻的锥形涡流场纺纱加捻器,采用计算流体动力学(CFD)技术进行理论分析,研究喷射气流经喷孔后在加捻器内形成的三维旋转涡流场的运动规律.结果表明:涡流腔内气流的切向速度分量分布符合旋转气流理论;加捻器内部静压呈U形分布规律.通过观察所纺纱线外观可以发现,涡流场的气流对纱体具有一定的加捻效果.     

发动机气缸盖冷却水流动试验及CFD分析

针对高强化发动机气缸盖的冷却问题,采用流量压力测量法和染色剂法对透明气缸盖水腔进行了水流分布试验,得到冷却水在缸盖复杂水腔内的流场分布和水腔的流动阻力与进出水孔的流量,并对缸盖水腔不合理的地方加以改进;然后用FIRE软件对改进前后的缸套水腔冷却水流动进行数值模拟,得到冷却水在缸盖水腔内的三维流场．将试验结果与CFD分析结果加以对比,表明水腔改进后流量和压力分布合理,微涡和流动死区减少,同时数值模拟计算所得的冷却水流动方向和流量大小与试验测量和观察结果相一致。     

旋转射流流线分析及旋流强度的计算

为了研究旋转射流的流动特性以及喷嘴和叶轮的几何形状对旋转流体旋流强度的影响,对旋转射流的流动及旋流强度进行了理论分析及计算。结果表明,在理想情况下,旋转射流的流线为一条对数螺旋线。为了使水力损失最小,导向叶轮的外形应与其流线相一致,旋流强度的大小取决于喷嘴的各个参数及叶轮的几何形状。同时利用五孔探针对不同旋流强度的喷嘴进行了轴向速度、切向速度的实测试验。试验结果表明,在旋转射流的主体段,轴向速度剖面呈现出“Ｍ”形分布特点,切向速度剖面呈现“Ｎ”形分布特点。旋流强度越大,旋转射流轴向速度越小,切向速度越大。旋转射流的能量随旋流强度的增加,衰减加快,射程变短。     

细小竖管内非沸腾气液两相环状流换热特性分析

提出了一种使用竖直细小传热管内高速空气-过冷水环状两相流用于质子交换膜型燃料电池高效冷却的方法．理论模拟结果表明。在细小管内壁上过冷水形成非常薄的液膜，壁面热流密度可以分为液膜吸热、液膜蒸发和湿蒸汽吸热。各种因素影响这3部分热量的耦合匹配，使得管内两相流的传热传质特性十分复杂．在管内的前段部分，液膜升温吸收大部分壁面热量。而在大部分区域内，对流蒸发耦合换热是支配性的传热方式。即使在十分高的热流密度条件下，壁温也能够稳定地保持在质子交换膜型燃料电池运行温度以下．探讨了各种流动条件、加热管几何尺寸、壁面热负荷等系统参数对两相流传热传质特性的影响．     

内外钻井液作用下的旋转钻柱涡动分析

在理论上研究了内、外钻井液流体作用下的钻柱涡动问题．分析了钻柱内钻井液随钻柱旋转时的流体动压力和钻柱弯曲变形等所产生的扰动压力之和对钻柱运动的影响，推出了在这种情况下保持钻柱规则涡动的动力学条件；进一步分析了钻柱外环空钻井液流体对旋转钻柱所产生的反作用自激现象，通过对其数学模型的建立和求解，得到了钻柱涡动失稳的临界条件．较详细地探讨和论述了内、外钻井液作用下钻柱涡动过程的力学机理和运行规律     

椭圆柱绕流的理论研究

现有的椭圆柱绕流理论给出了椭圆柱周边流场分布示意图,但流场分布图的数学分析计算过程并不完善,给进一步研究椭圆柱绕流问题增加了难度。首先利用保角变换的方法求得攻角为零时的椭圆柱绕流复势,然后利用复变函数理论将椭圆柱绕流复势分离,得到了椭圆柱绕流的势函数和流函数,随后利用MATLAB软件绘制出了流线和等势线分布图,进而基于求得的绕流势函数和流函数,应用理想流体力学相关理论,讨论了椭圆柱面的流体压力分布规律。     

电磁力控制圆柱体三维绕流场的脱体涡模拟

利用Maxwell方程组直接数值计算表面包覆电极与磁极圆柱体产生的电磁力分布,将其加入到动量方程中,采用脱体涡模拟(DES)方法,在雷诺数Re=3 900时,对电磁力作用下圆柱体在弱电解质中的绕流场结构及其升阻力特性进行了数值模拟与分析.结果表明,电磁力作用可提高圆柱体边界层内的流体动能,抑制流动分离的产生,减弱圆柱绕流场的三维特性,在电磁力作用参数达到某个临界值后,在圆柱体后方产生射流现象;同时,随着电磁力作用参数的增大,圆柱体压差阻力及其总阻力减小,但摩擦阻力增大,而且电磁力的作用还可以显著减小升力脉动幅值.     

高分子添加剂射流结构特性

针对实际钻井过程中洗井液内大都加入了高分子添加剂的特点,探索了高分子聚合物对射流结构特性的影响规律。用试验方法对淹没状态下高分子添加剂射流轴向动压力分布进行了研究。结果表明,在合适的浓度范围内,高分子添加剂可以降低流体在管路中和喷嘴处的能量损耗,提高射流在喷嘴出口处的速度和动压力,并使圆射流的等速核增长。高分子添加剂射流的动压力分布具有自模性,但在淹没条件下,添加剂射流的衰减速度比清水射流快,并存在一个最优添加剂浓度。破岩试验的结果表明,高分子添加剂能够提高射流的破岩能力     

基于瞬态流场计算的滑动轴承静平衡位置求解

将计算流体动力学与动网格法应用于滑动轴承静平衡位置的求解,通过采用全新的变流域动网格技术,在瞬态流场计算的基础上提出一种静平衡位置求解方法。在求解过程中考虑油膜发散区内气穴的存在,并与其他油膜边界条件进行比较。通过流场分析计算不同静载荷、轴承结构、油膜间隙和轴颈旋转速度下的静平衡位置。数值计算表明:滑动轴承的静平衡位置与轴颈初始位置无关;随着静载荷的变化,静平衡位置点呈半圆分布;静平衡位置的坐标和迭代轨迹可以用来分析不同速度下不同轴承结构的稳定性;对于多油楔轴承,顶隙对静平衡位置的影响要大于侧隙。     

初始进气阶段气缸的运动特性分析

利用流体分析软件Fluent及其前处理软件Gambit对气压传动执行元件气缸的内部流场进行数值模拟,讨论了气缸内气体的压力分布,应用ADAMS软件对活塞的运动过程进行仿真分析,分析了长行程气缸运行过程中速度与推力之间的关系及其运动特性,为试验装置的应用及结构优化研究提供理论依据。     

多规则产品协同设计任务动态排序

针对基于单一特征的任务排序规则的局限性,提出了一种基于复合规则的协同设计任务动态排序方法.在该方法中,建立了协同产品开发中任务完成时间模型、任务排序特征体系.通过仿真方法并在仿真结果基础上,构建了规则权重的多目标函数,求得了各规则的权重.然后用权重对各规则下的排序进行复合和优序处理,确定出优化的设计任务排序.