马赫数及间距对串列双圆柱超声速绕流的影响

为揭示不同条件下超声速圆柱绕流流动机理，该文对等直径串列双圆柱超声速绕流进行了数值研究。该文基于有限体积法和欧拉方程，结合5阶高精度加权本质无振荡格式，对不同马赫数及不同圆柱间距对流场的影响规律进行了数值研究，获得了超声速串列双圆柱绕流流场稳定后的流场特性和升力、阻力系数变化规律。结果表明，计算域内的复杂波系主要由弓形激波、反射激波以及弱激波组成；马赫数的增加会使激波结构被拉伸，改变弓形激波在壁面发生的反射类型，并造成计算域出口壅塞进而影响升力、阻力系数的稳定；圆柱间距的增加使得圆柱后方速度剪切层发生摆动，并造成不同间距条件下升力、阻力系数间的差异。     

尾流干扰下下游圆柱气动性能的流场机理

采用大涡模拟方法,在高雷诺数(Re=1.4×10~5)下,以间距比P/D=1.5～4的静止双圆柱为对象,研究了下游圆柱的气动力系数、风压系数以及流场特性随风向角的变化规律,分析了下游圆柱气动力与流场结构的内在关系,基于圆柱壁面摩擦系数和干扰流态探讨了下游圆柱气动性能的流场机理.研究表明:对于小间距双圆柱(P/D3),下游圆柱会受到明显的平均负阻力作用,两个圆柱间隙中方向相反的一对回流(串列)以及高速间隙流(错列)是出现负阻力的流场机理;对于小间距错列双圆柱(P/D=1.5～3),下游圆柱还会受到很大的平均升力作用(内侧升力),下游圆柱的风压停滞点偏移、高速间隙流和间隙侧壁面的分离泡是出现这一升力的主要原因;对于间距较大的错列双圆柱(P/D=3～4),下游圆柱也会受到明显的平均升力作用(外侧升力),但其机理与小间距时不同,是由下游圆柱的风压停滞点偏移及其间隙侧气流分离点后移造成的.     

近壁圆柱绕流中直径对壁面强化传热的影响

为了研究过渡流下在壁面附近插入不同直径圆柱对壁面强化传热的影响,采用基于复合网格系统的数值计算方法,在雷诺数Re=200时,对圆柱直径D为5～14 mm的近壁圆柱绕流进行了数值计算.利用低速循环水槽试验台进行可视化流动试验,以验证数值计算方法的可靠性.结果表明:近壁插入圆柱可以使流动提前进入利于传热的过渡流状态;当间隙...     

低雷诺数下不等直径串联圆柱绕流数值模拟

针对海洋工程与各类大型工程项目中广泛存在的多柱体绕流问题,以不等直径串联的双/三圆柱为研究对象,运用流体力学有限差分法对不同间距比的柱群结构进行数值仿真计算,主要分析了各圆柱的升阻力系数和尾流特性。分析结果表明,在双圆柱系统中,各圆柱的升阻力系数变化趋势相同,且处于上游的圆柱升阻力系数总是高于下游的圆柱;在三圆柱系统中,随着间距比的变化,圆柱尾流场出现了不同的流态,且主圆柱对下游圆柱的升阻力系数具有引导作用。     

高阻尼高雷诺数下串列双圆柱尾流激振数值研究

流激振动水流动能转换装置多柱体阵列涉及复杂的尾流激振问题,其运行时柱体振动具有高阻尼、高雷诺数特征.基于雷诺平均Navier-Stokes方程,结合SST k-ω湍流模型和任意拉格朗日-欧拉流固耦合动网格控制方法建立串列双圆柱尾流激振数值模型,重点考察小间距比(两圆柱中心距离与圆柱外径之比)、高阻尼、高雷诺数条件下串列双圆柱的尾流激振特性.计算时间距比分别为1.5、2、3、4、20,振动圆柱阻尼比为0.12,雷诺数范围为17 000～98 000.结果表明,不同间距条件下下游圆柱振动表现为驰振、分离的涡激振动-驰振、涡激振动等不同的振动特性,振动特性的不同与上游圆柱后面的尾流形态及其剪切层重附于下游圆柱的方式密切相关,间距比为1.5、2时上游圆柱分离出来的剪切层交互式地重附于下游圆柱,使下游圆柱振动表现为驰振;间距比为3、4时下游圆柱振动表现为分离的涡激振动-驰振振动形式,此振动形式的出现与恒定式的剪切层重附方式或剪切层未发生卷曲有关.     

不同直径串列双圆柱的可视化实验研究（英文）

主要研究了不同直径串列双圆柱的流动特性.在已有的开式循环水槽实验台的基础上,通过PIV实验对雷诺数(Re)为200时不同间距比(P_s/D)下不同直径串列双圆柱的流动特性进行了研究.实验结果表明:1)随着圆心距的增加,不同直径串列双圆柱流场型态出现了两种流动机制.2)随着圆心距的增加,上游小圆柱后出现了不同尺度的雷诺应力等值线.当圆心距较小时,上游小圆柱后面没有雷诺应力等值线的出现,当增大到4D以上时,上游圆柱后有雷诺应力等值线出现.3)当圆心距较小时,上游小圆柱与下游大圆柱间的流场相对稳定,随着圆心距的增大两圆柱间的流场开始出现扰动,但扰动强度没有下游圆柱强,当圆心距进一步增大时两圆柱间与下游大圆柱后的都出现了较大的扰动.上述流动特性的研究将为不同直径串列双圆柱的传热研究提供理论基础.     

低雷诺数下五圆柱绕流的数值模拟研究

基于四叉树自适应网格,采用有限体积法求解二维不可压粘性N-S方程,对X型排列和十字型排列的五圆柱绕流进行了模拟,计算均在Re=100的条件下进行.在文中给出了升力系数及阻力系数随圆柱间距比和排列方式变化的规律,并结合不同间距比下的流动特征进行了分析.计算结果表明,在不同的间距比下,五圆柱绕流存在三种不同的流动形式;在同一间距比下,十字型布置和X型布置的流动形式则既有类似之处又有各自的特点.在不同排列方式下,升阻力系数随圆柱间距比的变化规律有较大不同.     

双排并列三方柱绕流数值模拟

采用有限体积法对雷诺数Re=2.2×104条件下双排并列三方柱绕流问题进行数值模拟,对横向桩距比L/D=1.5、2、2.5、3,纵向桩距比S/D=2、2.5、3共12种工况下绕流流场分别进行计算,得到了每种工况下各方柱绕流阻力系数值及其随桩间距的变化规律,同时分析了绕流流场的演变及方柱前后压差随桩间距的变化趋势,计算结果表明:多方柱绕流较单方柱已明显表现出群桩阻水效应,各方桩绕流参数变化幅度较大,流场演变相对复杂。     

复杂环境下软土深基坑开挖对周围环境的影响

软土因具有含水率高、孔隙比大、渗透性弱等特点易导致基坑在开挖过程中引发边坡失稳.以上海虹桥SOHO深基坑工程为研究对象,运用FLAC3D数值模拟软件对该基坑地表、邻近建筑沉降进行模拟监测,并将数值计算结果与现场监测数据进行对比分析.从安全性和经济性的角度,对比研究了不同桩径和内支撑间距对基坑变形的影响.研究结果表明:基...     

基于复变函数理论和D-P屈服准则的并行隧道合理间距

综合利用复变函数理论、解析延拓法和Schwarz交替法揭示相邻水平并行隧道的应力分布特征. 在此基础上,结合考虑了中间主应力效应的D-P屈服准则建立相邻水平并行隧道力学模型. 提出并行隧道塑性区贯穿半径的概念,建立求解方程,并通过数值模拟证明其正确性. 采用隧道间塑性区临界贯穿状态下的间距作为隧道合理间距,与数值模拟软件FLAC3D计算得到的围岩位移量和沉降量随间距变化至基本不发生变化时所对应的隧道间距有较高的吻合性,从而表明其作为相邻水平并行隧道合理间距的可行性.     

高雷诺数下双圆柱绕流诱发振动的数值模拟

基于表面涡方法研究了不同间隙比及归一化阻尼参数下,串列和并列双圆柱的流体诱导振动问题,并计算了圆柱的振动响应、流体力、振动频率等.结果表明:圆柱为刚性时的计算模拟结果与相关文献的实验结果吻合良好;在文中的研究条件下,串列双弹性圆柱具有屏蔽流的特征,涡脱落频率比刚性圆柱的大,其值主要取决于归一化阻尼而非间隙比;流体从并列双弹性圆柱分离的涡是对称的,与并列双刚性圆柱相比其平均力系数略小,但由于流体诱导振动造成的脉动力系数较大,故流体诱导振动对并列圆柱的动态响应有重要的影响.研究结果为亚临界雷诺数范围内热交换器管束的复杂流体诱导振动等问题提供了一种可能的计算方法.     

基于Fluent的多圆柱体绕流场数值模拟

 圆柱绕流一直是海洋工程研究热点,对海洋工程有重要意义。在海洋工程应用中,多圆柱间相互干扰现象普遍存在,多圆柱绕流特性一直是研究的热点和难点。为了分析多圆柱绕流场的形态结构,本文应用Fluent软件,采用数值求解RANS方程的黏性流方法,对典型的多圆柱黏性绕流场进行模拟。结果表明,串列双圆柱绕流场与圆柱间距有关;并列双圆柱尾流存在反向对称涡街;斜置双圆柱与3圆柱绕流场存在后柱抑制前柱涡的分离现象;方形排列4柱绕流场尾涡存在非对称性。同时表明Fluent软件对多圆柱体绕流场的数值模拟是有效的,本文采用的方法能定性正确地模拟多圆柱绕流的流动细节。     

双旋转轴间瞬态流动与换热的实验研究

对双旋转轴间的瞬态流动与换热的实验研究发现:影响外轴内壁瞬态平均换热系数特性的因素中,以轴向冷气雷诺数的影响最大,外轴罗斯贝数次之,内轴罗斯贝数的影响最小;在双旋转的影响因素中,外轴内壁换热特性主要取决于外轴罗斯贝数,内外轴转速差和正反转因素影响较弱.     

“冲击-扰流柱”复合式结构换热特性的数值研究

“冲击-扰流柱”复合式结构是航空发动机涡轮叶片尾缘区内重要的冷却结构,研究掌握该结构换热特性对提高叶片冷却设计水平具有重要的意义。冲击孔相对扰流柱排列方式、高度、距离是该冷却结构的主要几何特征参数。每个参数分别选取两个典型参数,得到8个不同的几何模型,采用FLUENT商用软件计算每个模型的12个工况。研究表明,任意模型各个表面的换热强度均随着压比的增加而增大。同一个模型中冲击孔、扰流柱表面较其他表面具有更大的换热系数。一般来说,冲击孔相对扰流柱正向、中间高度、近距离射流能使该结构获得更好的换热性能。     

Numerical simulation of the asymmetric gas?phase flow field in a volute cyclone separator

The gas-phase flow field in a cyclone separator with a volute inlet is numerically simulated based upon the Reynolds stress model (RSM) on the platform of commercial computational fluid dynamics (CFD) software, FLUENT 6.1. The asymmetric characteristics of the flow field are analyzed in this paper. The results indicate that the gas?phase flow field is slightly asymmetric in the tube and cone spaces, but remarkably asymmetric in the annular space. Meanwhile, it can be seen that the axial center of the gas flow vortex deviates from the geometric center of the cyclone. This swirling eccentricity results from the asymmetrical inlet structure and the instability of the swirling flow. The deviated distance, and direction varies with the axial position and the maximal deviated distance is approximately 0.07R. The offset of two centers makes the radial velocity of the gas?phase flow field have a remarkable asymmetrical profile. The asymmetric characteristics of the radial velocity distribution are first explained in this study. The above results are in fair agreement with the experimental data from the literature.     

赫-巴流体偏心环空紊流的数值模拟

针对钻井工程中经常遇见的钻井液、水泥浆等赫-巴流体在偏心环空中的复杂流动问题,应用FLUENT软件在紊流条件下进行数值模拟计算和分析,得到了不同参数下的赫-巴流体偏心环空流场特性。给出了偏心度、稠度系数、动切力等主要因素对速度和压力分布影响的规律性。结果表明,偏心度对偏心环空流场的速度分布影响很大,而稠度系数和动切力对流速影响不是很大,对轴向压力的影响较大。数值模拟对钻井工程以及其他领域中此类问题具有现实意义。     

流体黏温特性对液黏调速离合器传动特性的影响

液黏调速离合器主、从动摩擦盘之间存在的转速差会导致油温升高,进而影响其传动性能.以一对摩擦副间隙内流体流场为研究对象（摩擦盘表面无油槽）,建立定常、层流条件下的简化数学模型,同时考虑流体黏温特性的影响,运用数值计算方法获得了流场温度、剪应力及转矩的数值解.在此基础上,搭建了液黏传动实验台进行实验验证研究.结果表明：受流体黏温特性影响,输出转矩与输出转速之间呈非线性关系;当其他工作条件不变时,输出转矩随输入流量的增加而增加,尤其在低输出转速段,转矩增量较明显.     

非对称翅片管换热器最佳管中心位置的数值分析

运用Fluent软件对非对称翅片管换热器空气侧的流动与换热特性的影响进行了数值模拟分析了非对称翅片管的管中心位置对换热特性的影响,研究了7种不同比值和不同迎风面流速下的空气侧压降与换热特性,当管中心到翅片前后边缘距离的比值为1.32时,可获得最大的换热量在相同的工况下,通过与对称翅片管比较得出,非对称翅片管比对称翅片管的换热量最大增加10.01％,而压降最大增加3.38％.     

水土界面内外流体运动特征分析

基于FLUENT软件,模拟了多孔介质底床内部孔隙流和表面自由流共同作用下的流场结构。结果显示,主流区水流通过圆柱体顶部时会发生脱溜-靠溜过程;且该过程中水流的流态不对称;孔隙水流的流速与紊动强度远小于切向主流区;孔隙内紊动强度随孔隙所在深度的增大而逐渐降低,且降低幅度逐层减小。     

错列距离对被动控制双柱体流致振动特性的影响

针对双柱体这种极具代表性的多柱体结构,采用数值方法研究错列距离改变引起的双柱体流致振动特性的变化,分析间隙流与振动响应之间的相互影响关系。结果显示:错列双柱体的振动模态存在周期振动、双周期振动、多周期振动和拟周期振动等多种模态。上游柱体振幅受间距比的影响很小,间距比变化时,最大振动幅值均在约化速度U^*=6时取得。对于下游柱体,振动幅值随间距比大幅变化,尤其是当T=0.6D(D为柱体直径)时。随着来流速度的变化,上下游柱体振幅曲线发生交叉,存在一个临界约化速度U^*_c=7,当U^*>U^*_c时,上游柱体振幅低于下游柱体振幅。当T/D>0.6、U^*<8时,为间隙流主导区。在该区域内,上游柱体脱落的漩涡形成间隙流,附着在下游柱体的表面,使下游柱体的边界层分离提前,柱体振动增强。