旋风分离器分离空间流场的理论分析

针对旋风分离器内流场特点,运用代数涡粘模式,给出了描述分离器内流体运动的简化方程.用假设轴向或径向速度分布函数形式的方法,求得了与测量结果较为一致的三维速度半理论解.边壁速度和内外旋流分界面位置分别用入口收缩系数和最小压降原理确定.分析了湍流特征尺度--普朗特混合长度和柯莫格罗夫尺度的分布规律.结果表明,湍流特征尺度的理论计算结果与实验结果吻合较好.     

吹吸扰动对湍流边界层多尺度相干结构的影响

用IFA-300热线风速仪以高于对应最小湍流时间尺度的分辨率，精细测量了风洞中施加局部周期性吹吸扰动平板湍流边界层近壁区域不同法向和流向位置的瞬时速度的时间序列信号．对平板湍流的扰动是通过平板上沿展向分布的一条窄缝引入的正弦振荡产生的．用子波分析对壁湍流脉动速度信号进行多尺度分解，用子波系数的瞬时强度因子和平坦因子检测壁湍流多尺度相干结构，并提取不同尺度相干结构的条件相位平均波形，研究不同频率的吹吸扰动对平板湍流边界层多尺度相干结构的影响，结果表明，扰动对边界层近壁区域平均速度分布、能量随尺度分布以及多尺度相干结构及其条件相位平均波形，都有显著影响，其中32Hz扰动影响最大．     

折流式气液分离器内流场的数值模拟与实验研究

设计了一种新型折流式柱形气液分离器,应用计算流体力学(CFD)方法模拟了折流式柱形分离器和普通柱形分离器的内部流场,对比了两种分离器流场的速度矢量分布、液相体积分数分布和湍流耗散速率分布,并通过冷模实验对两种分离器的分离性能及影响因素进行了考察,实验结果与CFD模拟结果吻合很好,验证了利用数值模拟方法考察气液分离器分离性能的可行性与准确性.分析结果表明,设计的折流式柱形分离器的压降略大于普通柱形分离器,具有分离效率高、操作弹性范围大的优点.     

关于湍流多尺度统计理论方法的论证

用黑河化音测站的实测风、温脉动资料对一种湍流多尺度统计理论方法进行了分析验证,并应用此方法通过对相关系数、湍流时间尺度、湍谱和扩散参数等湍流特征量的研究,分析了黑河戈壁地区的湍流微结构和扩散特征.结果表明:多尺度分析方法正适合研究具有多尺度特征的大气湍流现象,可以比传统方法提供更多的有关湍流属性的信息,能够更直观地表现出不同尺度湍涡对扩散作用的大小,是发展湍流统计理论的一种有效工具     

平行多喷口气流的空气动力场研究

本文对于平行二喷口、三喷口湍流自由射流的空气动力场进行了理论分析与实验研究,测出了相邻两股射流之间流场的速度、脉动速度及湍流应力的分布,得出了相邻两股射流间的速度分布具有相似性的结论,确立了反映湍流交换强烈程度的特征常数c=1.65×10~(-3),实验结果与数值计算的结果基本相符。     

旋风分离器数值计算及性能实验分析

借助计算流体力学软件Fluent,采用三维贴体坐标网格,基于非稳态雷诺应力湍流模型,对旋风分离器内部流场进行数值计算.研究不同粒径固相颗粒的运动轨迹,揭示颗粒在分离器中的运动机理,得到旋风分离器内部气流切向速度、轴向速度及切面旋转矢量速度的分布规律,并与实验测试值进行比对.结果表明:在相同条件下,数值计算与实验测试结果非常接近,能很好地预测切向速度的"驼峰"结构及轴向速度分布的上行流和下行流;随着颗粒粒径的增加,分离器外壁呈螺旋流分布,内部流夹带随粒径的增加而逐渐减小.     

应用于激波/边界层相互作用的非线性与多尺度湍流模式

论文选择近年来有代表性的两个非线性湍流模式和两个双尺度湍流模式，研究二维管道突起跨声速激波/边界层相互作用问题。通过数值计算与实验结果的比较，对有关的非线性湍流模式和双尺度湍流模式进行评估和分析。计算结果表明，非线性模式较好地反映了湍流的各向异性，结果明显优于线性模式；双尺度模式在一定程度上反映了湍流能谱输运的非平衡特征，相对于单尺度线性模式有所改善，但不能反映湍流的各向异性。     

减阻杆对旋风分离器流场特性的影响

为了解减阻杆对旋风分离器流场特性的影响,利用激光多普勒测速仪(LDV)对安装减阻杆前后的旋风分离器流场进行测量,得到了时均速度、均方根速度、雷诺应力等参数分布。结果表明减阻杆对时均流场的影响与现有结论基本一致,对湍流特性的影响则与减阻杆截面尺寸有关。在所采用的尺寸范围内,小尺寸减阻杆使流场大部分区域的湍流脉动降低,大尺寸减阻杆则使流场大部分区域的湍流脉动增强。最后对减阻杆影响湍流脉动的机理进行了初步分析。     

PV型旋风分离器流场的研究

用五孔探针和热线风速仪对高效PV型旋风分离器流场进行了全面的测定.依据流场测定结果,运用平均速度场模式简化雷诺方程,并依据热线风速仪测定结果,给出了涡动粘度的经验计算公式.在将分离器分离空间流场简化为轴对称流场的前提下,对简化了的雷诺方程进行数值求解,讨论了切向速度和轴向速度分布与径向速度分布的关系,并给出了与实测结果吻合较好的切向速度、轴向速度和静压的理论计算结果.     

CBY桨搅拌槽内湍流结构的研究

在槽径为0.192m的CBY桨搅拌槽内,采用时间解析粒子图像测速仪(tim e-resolved PIV,TRPIV)和常规二维粒子图像测速仪(2DPIV)对搅拌槽中速度场进行了测量。分别用小波分析法和角度解析法将搅拌槽中周期性脉动和湍流脉动分开,发现两种方法所得的结果具有较好的一致性,说明了小波分析方法能够提取湍流动能。进一步研究表明,小波分析能将脉动速度分解到各个尺度上,频率越低的尺度所含的能量越大,且各尺度能量有着相似的分布规律。此外,随着雷诺数的增大,无因次化后的周期性脉动动能和真实湍流动能基本不变。     

水平管入口段内水煤浆流动特性数值模拟

以Eulerian多相流方法为基础建立了水煤浆流动的液固两相流体动力学模型,并对水平管入口段内水煤浆流动进行了模拟.模型采用颗粒动理学理论求解固相本构方程,采用RNGk-ε湍流混合模型描述颗粒间具有强烈作用的两相湍流流动.针对水煤浆中煤粉颗粒的双峰分布特性,将煤粉看作2种大小不同的固相,同时考虑固相与液相、固相与固相之间的动量交换.模型有效性通过Kaushal等试验结果和水煤浆的压降试验验证.通过模拟考察了入口段内速度及浓度分布过程和入口段长度的变化规律.结果表明:重力和颗粒间的相互作用对浓度和速度分布过程具有重要影响;固相体积分数在30%~49.5%范围内,入口段长度随浓度的增加而减小,随平均流速(0.2~5.0m/s)先增加后减小.     

多道次中厚板热轧过程的综合数值解析法模拟

采用微分方程的解析解法和数值解法相结合的思路建立了中厚板热轧过程温度场、变形场和轧制力的综合求解模型.在该模型中,考虑到轧件厚度方向的温度梯度远大于沿宽度和长度方向的温度梯度,因而将热传导方程简化为一维微分方程,基于拉格朗日坐标建立了温度场的级数解法.针对中厚板轧制的速度场特点设定了速度场函数,基于欧拉坐标架建立了应变速率和应变的数值解法,从而解决了多道次轧制过程的温度场与变形场连续计算问题.利用该模型模拟了中厚板12道次热轧的成形过程,给出了轧件温度随时间的连续变化曲线以及各道次的轧制力、应变和应变速率的分布和大小.模拟结果与工业现场实测数据吻合较好.     

离心泵叶轮内部清水湍流的动态大涡模拟

提出旋转坐标下的单相液体湍流的二阶双系数动态亚格子应力大涡模拟模型并加以验证。考虑亚格子应力的对称性和量纲一致性 ,在基于应变率张量和旋转率张量的不可约量及 Smagorinsky模型和亥姆霍兹定理的基础上 ,提出亚格子应力应表示为可解的应变率张量和旋转率张量的函数。在贴体坐标系下 ,利用交错网格系统和有限体积法离散湍流控制方程 ,采用 SIMPL EC方法求解方程。水泵叶轮中湍流的流速分布规律和压力分布等计算结果都与试验结果基本吻合 ,从而证明了此模型的可行性 ,以及计算方法和程序的可靠性     

紊流随机理论在小浪底河段水流模拟中的应用

针对黄河中游小浪底工程建成前的河段河流流动特点,提出了河流的三维水流数学模型。基于紊流随机理论,采用了各向异性紊流的R eyno lds应力数值格式和自由面位置的压力Po isson方程,并将精细壁函数应用于边壁处理。采用贴体座标,并利用交错网格系统和有限体积法离散湍流控制方程,采用S IM PLEC方法,计算了此河段的水面线、一些河道横断面上的流速沿河宽和沿垂线分布。计算结果都与原型实测成果基本吻合,从而证明了此模型可靠性。     

蜗壳式旋风分离器内流场的特点

用五孔探针和热线风速仪测定了蜗壳式旋风分离器内的速度场和压力场,分析了上部入口结构、芯管插入深度和锥体长度对流场的影响.测定表明,蜗壳式旋风分离器内流场是一个非轴对称的三维湍流场.上部环形空间内有明显的顶部二次流存在,因而形成上灰环.芯管末端附近有较大的向心径向速度,呈短路流现象.在锥体下部有较大的偏心流,因而造成排尘口处粉尘返混,降低分离效率.斜底入口结构的旋风分离器可以减少二次流的流量,增加环心空间的径向速度,而对下部流场影响很小.芯管插入深度对芯管末端附近的径向分布有影响,而对短路流量影响很小.     

液气射流泵内部流场的数值计算

通过闪频仪观测,泵内部流动可分为分层流、液滴流和泡状流.为了简化模拟和计算,将计算区域分为部分喉管和扩散管两块.对液气射流泵喉管内部射流流动,建立抛物型流动方程组,采用控制容积法将方程组离散,并用TDMA法求解;对扩散管内部泡状流,采用双流体模型建立液气两相流方程组,混合有限分析法离散,压力耦合半隐式方法(SIMPLE)求解.数值模拟获得液气射流泵内部流速分布.计算预测的射流碎裂位置与试验观测结果一致;壁面压力分布计算值与试验值吻合较好,趋势相近.计算结果能够较好地反映液气射流泵外部水力性能,为液气射流泵的优化设计与运行提供参考.     

矩形微通道内液滴产生和运动特性实验研究

摘要： 借助于高速电荷耦合器件(CCD)相机,对宽125 μm、深300 μm的聚二甲基硅氧烷（PDMS）微通道内的液滴产生和流动进行了可视化实验研究,通过改变水（离散相）和硅油（连续相）的流量比,分析了液滴的长度、运动速率和产生频率的变化情况.结果表明：微通道内液滴的无量纲长度与水、油流量比之间存在着明显的线性关系;而液滴的运动速率比两相混合物的表观速率大.同时,提出了能够简单、准确描述液滴运动速率的实验拟合公式,并建立了预测液滴产生频率的模型.与实验结果对比发现,所建模型的预测值与实验值较吻合,两者偏差在± 12%以内.
关键词：中图分类号：文献标志码： A     

Flow Velocity Measurement Using Spatial Filter

空间滤波技术是近年发展起来的一项新型速度测量技术。文中提出了热电偶空间滤波器实现流体的流速测量；阐述了空间滤波器测量流速的基本原理；建立了热电偶空间滤波器的简化理论模型，并进行了实验研究。实验结果显示热电偶空间滤波器用于核供热堆堆芯冷却剂流速测量的良好前景。     

直升机旋翼下洗流场的数值模拟

建立了三维欧拉方程数值模拟旋翼流场的方法和模型,以用于实际直升机旋翼诱导速度场计算,为火箭导弹发射提供一个旋翼下洗流场计算方法。在该模型中,使用格心形式有限体积法来求解旋翼流场,时间推进应用五步Runge—Kutta方法,并采用了由动量理论导出的远场边界条件,使用了当地时间步长和隐式残值光顺的加速收敛措施;进行了算例计算,分别给出了Caradonna模型旋翼桨叶表面压力分布以及AH-1G模型旋翼流场中沿导弹发射线上的诱导速度分布的计算结果,与可得到的试验数据进行了对比,吻合良好。最后,得出了几点结论。