匀动螺旋状集中涡的流函数解析表达及其证明

旨在推导在圆柱直管中作均匀运动的右旋单螺旋状集中涡管诱导无粘流场流函数的解析表达式,并将结果回代到涡与流函数的微分方程中,证明这一解析解的正确性．结果显示：涡管流函数是时间的周期函数,并被表征为一系列在涡核内均匀分布螺旋涡丝流函数的叠加．当螺旋涡管沿自身轴线移动一个节距,同时绕自身轴线旋转一圈时,螺旋涡管诱导的流场退化为定常场．若令圆柱直管半径趋于无穷大,则获得在无穷大域中作均匀运动的三维螺旋状圆柱集中涡管的流函数．     

低雷诺数下方柱和圆柱涡致振动的数值分析

通过数值求解二维不可压粘性流体的N－S方程研究了方柱和圆柱在低雷诺数（Re一叨一130）下的涡致振动．柱体振动对流体的影响用动网格法模拟．N－S方程采用时步分裂技术先求出中间速度场,再用多重网格法求解泊松方程得到压力场,最后根据压力场对中间速度场进行修正．柱体的振动方程用Newlllaix一月法求解．通过计算柱体和流体的相互作用,笔者成功地捕捉到了“销定”和“拍”现象．计算结果与实验结果相当吻合,并和已有的用任意拉格朗日一欧拉公式的有限元法计算的结果进行了比较．低雷诺数下方柱和圆柱涡致振动的数值分析@曹丰产@项…     

低雷诺数下方柱和圆柱涡致振动的数值分析

通过数值求解二维不可压粘性流体的N-S方程,研究了方柱和圆柱在低雷诺数（Re＝90～130）下的涡致振动．柱体振动对流体的影响用动网格法模拟,N-S方程采用时步分裂技术先求出中间速度场,再用多重网格法求解泊松方程得到压力场,最后根据压力场对中间速度场进行修正．柱体的振动方程用Newmark-β法求解．通过计算柱体和流体的相互作用,成功地捕捉到了“锁定”和“拍”现象．计算结果与实验结果相当吻合,并和已有的用任意拉格朗日-欧拉公式有限元法计算的结果进行了比较．     

离心泵叶轮内部固液两相流动的大涡模拟

为提高离心泵的抗磨蚀能力 ,对泵内固液两相流的流态进行深入研究。在多相紊流运动双流体模型的基础之上 ,建立了两相紊流运动的大涡模拟。利用大涡模拟 ,对离心泵叶轮内部的固液两相流动进行数值计算。计算结果得出液相压力分布和相对速度场 ,及固相的颗粒数分布和相对速度场。其中压力和颗粒的分布与同一离心泵在日本所做合作研究量测的实验结果进行比较 ,两者相互吻合     

螺旋型涡破裂的孤立波模型

本文使用弱非线性、非轴对称扰功波的孤立波模型模拟螺旋型涡破裂。与实验比较,该理论模型可以较好地确定涡破裂时的回旋因子q及涡核的螺旋形状,但不能给出内驻点的位置。据此,本文指出:在研究非轴对称扰动的同时,必须考虑轴对称扰动的存在和相互作用。     

光滑塔器烟囱诱导振动研究

以光滑独立高塔或烟囱的诱导振动为背景,针对不可压空气单圆柱绕流流场,采用基于剪切应力传输(SST)两方程湍流模型的分离涡(DES)数值模拟方法求解Navier-Stokes(N-S)方程。进行了网格无关性、时间步长无关性研究;以及来流湍流度、速度(Re)对诱导振动的影响规律,结果表明:基于SST k-ω的分离涡模拟可以正确模拟独立高塔或烟囱的绕流流场;来流湍流度对诱导振动力有较大影响,达到11.5%;对斯特罗哈数(St)影响较小,为5.2%左右;对阻力的影响在0.3%以内。     

岩梁裂断前后的支承压力显现及其应用的探讨

本文在理论研究和现场应用的基础上,总结了老顶岩梁运动与支承压力分布及其显现间关系的研究成果。文章阐述了采场推进过程中支承压力发展的过程及其显现的规律性,指出作为“载荷”和“传递介质”双重作用的老顶岩梁,其运动状态的改变和发展将引起“两方面作用”的主导地位的相互转化,导致采场支承压力分布和显现的有规律的变化。文章着重指出,当岩梁在端部断裂时刻,支承压力分布发生突变,以断裂线为界形成由已断裂岩梁自重所决定的“内应力场”及由上覆岩层整体重量所决定的“外应力场”,随工作面的推进,两个应力场中的压力和显现的高峰分别向相反的方向转移。当岩梁运动完成(触矸)后,内应力场形成稳定的低应力区。作者还给出了在内应力场中表达显现的支承压力和支架上作用力的力学表达式。文章最后介绍了支承压力分布理论在采场矿压控制中的应用,其中包括预测采场来压的时间和强度,确定巷道开掘的位置和时间,估算巷道变形量及支护阻力等。     

用粒子图像测速法研究边条涡的性质

在风洞中应用粒子图像测速法对边条机翼模型产生的边条涡的各种特性进行了实验研究。实验主要测量了各种攻角下边条后缘、基本翼的1/2平均气动弦、立尾前缘及立尾后缘四个位置与机身轴线垂直的截面内的流场,同时利用二维谱分析的方法对测得的二维速度场进行分析得出边条涡的能量谱。实验结果表明边条涡强度随攻角呈平方关系增长,边条涡的破碎形态为单螺旋破碎。     

GFRP管以及LRSFRP管约束高强混凝土圆柱的轴压性能

进行了18根GFRP约束高强混凝土圆柱和2根LRSFRP约束高强混凝土圆柱的轴压试验,研究了FRP管材料、直径和壁厚等参数对FRP约束高强混凝土圆柱轴压性能的影响。结果表明,GFRP管约束高强混凝土圆柱的轴压性能存在尺寸效应。即环向约束应力大小相同时,GFRP管约束高强混凝土圆柱的极限承载力和极限应变随着试件尺寸的增大而减小。随着GFRP管壁厚的增大,GFRP管约束高强混凝土圆柱的极限压应力和极限压应变相应提高。LRSFRP管约束高强混凝土圆柱的延性较GFRP管约束高强混凝土圆柱好。最后,研究了现有FRP管约束混凝土的本构模型对GFRP管和LRSFRP管约束高强混凝土圆柱的适用性。研究发现Teng等人的模型对GFRP约束高强混凝土圆柱的适用性较好。而现有主要FRP管约束混凝土的本构模型对LRSFRP管约束高强混凝土圆柱的适用性较差。     

吸气作用下圆柱涡激振动特性试验研究

为研究吸气对圆柱涡激振动的控制效果,采用吸气控制方式,选取不同的来流风速、吸气速度和吸气角度进行风洞试验.通过在风洞中使用质量阻尼系统使圆柱发生涡激振动,并对比控制效果.研究结果表明:定常吸气对涡激振动临界风速、涡激振动锁定区间长度以及降涡激振动的幅值都有影响;当吸气角度为0°,45°或180°时,吸气对涡激振动有很好的控制效果;当吸气角度为90°或135°时,控制效果最显著;吸气系数对控制效果也有一定影响.通过分析圆柱表面风压特性可知:吸气控制对流场既有稳定作用,又有扰动作用.当吸气流量比较小时,稳定作用占主导;随着吸气量增大,扰动作用越来越明显.     

Three-Dimensional Simulation of Unsteady Flow in a Model Francis Hydraulic Turbine

For Francis hydraulic turbines, unsteady flow caused by vortex ropes in the draft tube leads to a problem of stability in operation. The unsteady flow field ef a model Francis hydraulic turbine was simulated under part-load operation. A sliding mesh model was used to calculate a time-accurate solution for the strong rotor-stator interactions between the runner and guide vanes, and the draft tube. Based on threedimensional incompressible Reynolds averaged Navier-Stokes equations and on a renormalization group k-ε turbulence model, spatial discretizatien was obtained by using the finite volume method with unstructured grid elements, and a second order fully implicit scheme was applied for time. Pressure fluctuations in the draft tube were recorded and analyzed via a fast Fourier transform calculation. The results were compared with the experimental data, and shew that the vertex rope in the draft tube and the induced pressure fluctuations are well simulated.     

大管径八流道螺旋喷嘴涡流管流动与传热数值模拟

为了探究大管径涡流管内流场分布规律和冷热分离机理,建立大管径八流道螺旋喷嘴涡流管三维模型,选取甲烷作为工质气体进行数值模拟,并对相关物理场进行重点分析。研究结果表明:涡流管内径向存在一环形区域,内外旋流气体在区域内相互剧烈作用,总压迅速减小,不可逆熵增大,能量快速传递,总温产生分离;同时,在一定入口总压、总温下,调节热端出口背压,涡流管存在最佳的制冷、制热温差以及最优的制冷、制热量,且同一冷流比下,工质气体的单位制冷量要优于单位制热量。     

柱位形等离子体中气球模的相干结构

本文研究等离子体柱中非线性气球模。导出了描述柱位形下等离子体中气球模的非线性方程组,并求出该方程组的局域涡旋解。这类新解由柱对称和反对称两部分组成,称为气球柱涡旋。当涡旋中心离柱轴距离远小于涡旋半径时,它退化为单涡旋;而在相反的情况下,它又退化为通常的偶极涡旋。涡旋角速度允许区强烈地依赖于磁场力线的曲率。     

二冲程汽油机扫气过程多维数值模拟

为揭示二冲程汽油机扫气过程的特点,对倒拖工况下二冲程汽油机的气缸,扫气道和排气道内的流场进行了多维数值模拟,计算结果与实验结果表明,曲轴箱与排气道之间的压差对扫气道的流速有决定性的影响。计算发现,在扫气过程中出现双环涡和滚涡,且滚涡一直持续到上止点附近。     

应用粒子成像测速技术测量压力振荡器的瞬态流场

利用以两台大功率脉冲激光器为双脉冲光源的粒子成像测速 (PIV)技术 ,测定了驻波管型正弦压力振荡器二维振荡射流瞬态流场 ,对示踪粒子的跟随性进行了比较 ,分析了示踪粒子在流场中的浓度分布对成像质量的影响。实验结果表明 ,环形喷嘴射流与尖劈之间存在交错的、方向相反的旋涡是使整个系统产生流体自激振荡的原因 ,环形喷嘴与尖劈之间的距离对瞬态流场有明显的影响。由双脉冲激光作光源的PIV系统具有脉冲间隔调节范围宽、测量精度高等特点 ,非常适合于从低速到高速全范围的流场测量     

改进的格子涡方法及其在混合层模拟中的应用

在格子涡方法中 ,用网格节点处的流场速度通过插值确定离散涡元速度时 ,往往会导致很大误差 ,为此 ,给出了一种改进的格子涡方法。在该方法中 ,每个时间步开始时 ,离散涡元被置于网格节点上 ,它们以网格节点处的流场速度运动 ,而在该时间步结束时 ,将偏离网格节点位置的离散涡元用涡量再分配的方法重新置于网格节点上 ,这样离散涡元总是以网格节点处的流场速度运动 ,避免了插值及其所导致的误差。对混合层流动的模拟结果表明对格子涡方法的改进是成功的。     

水力旋流器内部流场的数值研究

在PIV实验验证的基础上,利用RSM雷诺应力模型和VOF两相流模型对50mm水力旋流器内部流场进行了系统的数值研究.结果表明:旋流器内静压从器壁至中心逐渐下降,静压为0处即为空气柱边界,空气柱内为负压,空气柱的存在增加了分级过程的能量消耗;旋流器内切向速度分布符合组合涡特征,内部为强制涡运动,外部为半自由涡运动;零速包络面是轴向速度方向发生改变的转折面,其上部为柱形,下部为锥形,柱形段直径约为溢流管的23倍;在外旋流区域径向速度方向从旋流器器壁指向中心,内旋流区域存在方向相反、位置相对的径向速度,空气柱内径向速度基本为0.     

内置偏心螺旋扭带的管内层流流动特性

采用数值模拟方法,对层流状态下内置偏心螺旋扭带的管内流动特性进行了研究。结果表明:螺旋扭带的偏心放置改变了管内流场的对称结构,轴向速度极值出现在扭带与管壁最大环空间隙中间,径向速度和周向速度极值出现在扭带圆周范围内的扭带两侧;轴向和径向速度极值随着扭带偏心率的增大而提高,而周向速度极值随着扭带偏心率的增大而减小;流体在偏心螺旋扭带作用下会形成一个围绕其轴线同向旋转的强制涡,当螺旋扭带靠近管壁时,该强制涡又会带动其外围流体旋转流动,形成一个与强制涡旋向相反的诱导涡;管内压力降随扭带偏心率及扭率的增大而减小,随扭带宽度及雷诺数的增大而增大;螺旋扭带的偏心放置促进了流体的径向流动,降低了流动阻力,有利于边界层内流体的扰动和更新。     

油气地面管线内结垢固体颗粒沉积影响因素的实验研究

油田地面管线结垢机理的研究大多集中于结晶动力学。由于管道流动的复杂性,流体流动过程中的结垢机理尚不明确。研发了结垢动态分析仪,探讨了流体流动过程中的结垢过程,主要研究了结垢流体管道内速度分布、颗粒悬浮特征及位置、平均停留时间分布等关键参数。研究表明:相同的流量下,管径越大,流体中碳酸钙颗粒越均匀地分散在流体中。相同管径下,流量较小时流体在管道截面上流速分布不均匀。流量较大时在管道有限的长度内颗粒能够均匀分散在流体中。90°弯曲管中流体出现了涡旋区,增加了流动阻力,结垢量增加。管壁相对粗糙度愈小,结垢量与雷诺数相关性愈小;管壁相对粗糙度愈大,结垢量与雷诺数相关性愈大。流体流动具有温度效应,随着温度升高,管道内流体流动趋于稳定。研究为油田集输管线的清垢、阻垢工艺等方面提供理论依据。