缝槽入口形状对气膜冷却性能的影响

通过对直缝槽、渐缩型和渐扩型缝槽的气膜冷却进行数值计算分析,获得了缝槽入口形状对气膜冷却性能的影响.首先采用基于k-ω的剪应力输运湍流模型（SST）和雷诺应力输运模型（RSTM）对缝槽气膜冷却进行了计算,并与文献数据进行了比较,验证了在相同网格质量条件下SST湍流模型能更准确地模拟缝槽气膜冷却中的流动和传热特征.在此基础上,对具有45°喷射角和具有相同缝槽出口截面积的直缝槽、渐缩型和渐扩型缝槽在不同吹风比条件下的气膜冷却效率进行了比较.数值计算结果表明,缝槽的入口几何形状对气膜冷却性能有重要影响,直缝槽的气膜冷却性能优于渐缩缝槽和渐扩缝槽;根据吹风比M=4时二次流出口附近的温度场、流线图和湍流动能分布,探讨了渐缩缝槽和渐扩缝槽冷却效率降低的原因.最后给出了M=4时缝槽出口附近的静压扰动,从机理上阐述了二次流出口后部涡形成的原因.     

煤矿井下不同粗糙度巷道内风速分布的风洞模拟

针对井下巷道壁面附近的低风速区域进行了实验室模拟风洞试验研究,通过实验室风洞模拟试验得出了在不同壁面粗糙度及不同风速作用下巷道壁附近的低风速区域分布。结果表明,壁面附近低风速区域的厚度随着巷道壁粗糙度的增大而增大,并且巷道风速越低其低风速区域厚度越大。为了有效防止因低风速区域过大而引起的有毒有害物质积聚,可采用增加风速或者修筑更加光滑的巷道壁面等措施。     

提高风力机性能的流动控制技术研究

为提高垂直轴直叶片风力机在低风速下的启动特性,在对5叶片的风力机大厚度、低雷诺数叶片的翼型尾缘加装Gurney襟翼进行数值模拟研究.并探讨了叶片在"外弯"与"内弯"两种布置形式下对启动扭矩和输出功率的影响.基于数值模拟结果,对5叶片H型风力机叶片尾缘加装不同高度的Gurney襟翼进行风洞试验研究,通过测量不同来流风速下风力机的转速及输出功率,验证Gurney襟翼提高风力机性能的可靠性.     

风洞洞壁对风力机翼型气动特性的影响分析

本文通过风洞试验测量和计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟的研究结果,分析了风洞洞壁对风力机翼型气动特性的影响.试验风洞为中国科学院工程热物理研究所(Institute of Engineering Thermophysics,IET)低速回流风洞,所选用的翼型为DU91-W2-250.数值模拟采用有洞壁、无洞壁、无侧壁三种方式进行计算,通过对比试验和数值计算结果验证了采用CFD数值模拟分析风力机翼型洞壁效应的可行性.通过数值模拟分析并与经典映像法及Maskell洞壁修正方法对比,得出:风洞中,上下壁面的存在使流动在风洞壁面形成一定厚度的边界层,造成气流的通道面积减小,来流有效速度增加,并引起翼型升力系数C_l和阻力系数C_d增加;风洞侧壁诱导翼型段表面的展向流动、抑制了翼型表面的流动分离,减小了翼型弦向流动速度,引起翼型升力系数减小,阻力系数增加;小攻角时风洞侧壁对翼型表面流动的影响可以忽略,翼段表面流动保持二维性,大攻角时风洞侧壁干扰效应显著,其影响程度超过风洞上下壁面,与无洞壁相比,风洞壁的存在使升力系数减小,阻力系数增加;经典映像法及Maskell方法因未考虑洞壁边界层的影响,并不适用于风力机翼型大攻角流动时的洞壁效应修正问题,大攻角修正时应考虑风洞侧壁影响,对升力系数给予增量;同时对于大攻角流动,翼型本身流动已不具有二维性,其气动性能的测量应采用多截面压力测量或天平测力方法.     

间隙结构对轮缘密封封严性能及透平级气动性能影响的数值研究

采用数值求解三维RANS方程和SST湍流模型的方法,研究了间隙结构对轮缘密封封严性能以及封严射流对透平级气动性能的影响。首先,分别对Aachen的一级半透平以及实验测得的轴向轮缘密封结构进行了数值计算,验证了所用数值方法在透平级气动性能以及密封封严性能方面计算的有效性。在此基础上,分析对比了5种封严射流流量下出口面积相同的直缝间隙、倾斜间隙,以及在倾斜间隙基础上改型得到的渐缩、渐扩间隙等4种密封结构的封严性能和封严射流对透平级气动性能的影响。结果表明,轮缘密封间隙结构会影响到间隙射流,进而导致不同间隙结构下透平级总压损失不同。与直缝间隙相比,倾斜间隙可以有效减小封严射流造成的总压损失,同时具有较高的封严性能;渐缩、渐扩间隙的封严性能与倾斜间隙相近,其中渐扩间隙可以更为有效地减小封严射流造成的气动损失。     

变工况下对旋风机的数值模拟实验

以对旋风机为模型,使用Fluent软件对模型风机内部流场进行数值模拟．控制方程基于求解三维雷诺平均守恒型定常Navier-Stokes（N-S）方程,选用Realizable k-ε湍流模型,近壁区域采用标准壁面函数,给出了求解的网格、边界条件,特别分析了两级叶轮间界面上数据传递的处理方法,利用该数值模拟方法分析在不同转速比的变工况下内流特征,为两级叶轮的匹配提供了数值实验依据．设计工况下性能CFD预测结果和实验气动性能结果相符合,表明所用的数值模拟方法进行性能预测有较高的精度和可靠性,同时为内部流动优化提供依据,是同类风机性能优化的一种有效方法．     

流体机械叶轮内二次流及尾迹发展

利用有限体积法对N-S方程进行数值求解.模拟了离心叶轮内的粘性流动,研究了不同转速和不同流量对二次流及叶轮出口截面尾迹区的影响.研究结果表明,三维粘性流动数值模拟二次流的结果与二次流理论分析结果相一致,对于离心叶轮出口尾迹区,无论是数值大小还是区域范围都与实验结果基本符合.     

渐缩式直锥形吸水室锥角对离心泵性能的影响

以立式离心泵渐缩式直锥形吸水室为研究对象,采用数值模拟方法,应用FLUENT软件,基于N-S方程,采用重整化k-ε模型、SIMPLE算法和MRF模型对设计工况下的9组离心泵模型进行了仿真分析,预测了泵的性能,研究了渐缩式直锥形吸水室内部的流动状况及其锥角对泵性能的影响.结果表明,靠近吸水室内壁面区域和靠近叶轮进口区域流场较紊乱且随吸水室锥角变大逐步加剧;吸水室中心线附近区域沿水流方向流速变化率不大,靠近内壁面区域沿水流方向流速变化率较大且随吸水室锥角变大流速变化率逐渐增加;泵的轴功率随着吸水室锥角的增大而变大,扬程和效率随着吸水室锥角的变大略有下降.通过仿真可以为直锥形吸水室的设计提供一定的理论参考.     

扩缩通道内流动和换热非线性特性的数值模拟

对扩缩通道内流动与换热进行了数值模拟并探讨了其中的非线性特性.通过对不同突扩比ER、不同长宽比AR及不同雷诺数Re下通道内流场和温度场进行分析,给出在一定工况下对称通道内流体的流动和换热会出现偏斜等非线性现象的情况.数值模拟结果表明,存在临界雷诺数Rec使流体流动和换热形态发生转变,当Re超过Rec时,流体流动和换热不仅有对称解,还有非对称解;当Re继续增大时,流体流动和换热出现振荡.通道的几何尺寸及后缩段(表现为ER及AR)都对Rec产生影响.分析结果表明,当Re超过临界雷诺数Rec时,同一截面处上下壁面的局部努塞尔数Nu也由对称向非对称转变,上下壁面出现最大局部Nu的位置也不同.     

沙漠公路近壁流场的风洞实验和数值模拟

采用风洞实验结合数值模拟方法研究沙漠公路近壁流场,进而探讨沙漠公路的防沙优化设计．建立了模拟风场结构的二维湍流模型,借助Fluent软件进行计算,与风洞模型实验进行对比,并由此模拟计算不同公路设计条件,比如公路边坡比、宽度、高度以及风向与公路走向夹角等不同条件下公路附近的流场结构．     

风电机组叶片流固耦合的数值模拟方法

 以某5 MW 风电机组叶片模型为对象,研究一种适用于风电机组叶片流固耦合数值模拟的风轮旋转模拟方法。以风切变形式模拟风轮旋转及来流风速的综合效应,对叶片各截面翼型的扭角进行修正,建立风电机组叶片的风轮旋转模拟模型,利用有限元法模拟风电机组叶片的风洞流场实验,仿真模拟旋转效应下风电机组叶片的周围气压、绕流分布、表面压力及结构位移,并进行数据交叉迭代求解,得到风电机组叶片的流固耦合结果。与额定风速均匀来流条件下的初始模型计算结果和文献实验结果进行对比分析,验证了风轮旋转模拟方法的可行性。     

双叉式叶尖结构对风力机流场特性影响的数值模拟

以波音737MAX机翼的双叉式叶尖结构为风力机叶尖改型设计思路,设计出双叉式叶尖结构风力机,利用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)进行数值计算.结果 表明:双叉式叶尖结构风力机叶片压力差、叶尖线速度小于未改型风力机叶片,但上叉与下叉压力差总和大于未改型风力机叶片,增大了双叉式叶尖结构风力机总输出功率,主要影响因素为叶尖开叉角度.通过风洞实验验证了数值模拟的合理性,实验和数值模拟表明双叉式叶尖结构风力机尾迹轴向速度损失小于未改型风力机.     

风墙聚能风力机的三维数值模拟及优化

风能是一种洁净的可再生能源,对风能的开发已受到广泛的重视.采用商用计算流体力学(CFD)软件FLUENT,对风墙聚能风力机进行三维数值模拟.计算在相同来流条件下,不同尺寸和形状的风墙中风力机的聚能增益比,由此来寻求风墙的尺寸和形状对风机聚能的影响规律.对于影响风机聚能效果的参数采用正交优化方法进行分析和优化,得出风墙形状对聚能效果的影响规律,为风墙聚能风力机的试验和建造提供了依据.     

风电机组塔筒结构绕流风场的数值模拟研究

为研究风电机组塔筒结构的气动力特性,基于ANSYS软件,建立了塔筒结构的简化模型并对其进行绕流风场的数值模拟分析,主要探讨了塔筒结构表面风压分布特征,风场风速、湍流度及不同高度比对塔筒表面风压分布的影响.结果显示,圆锥塔筒结构背风面在绕流作用下沿高度方向由上向下形成连续几个回流区,导致背风面受到正压作用;不同风速只有对塔筒背风表面压力大小有较之明显影响,而对塔筒迎风面及侧风面压力大小影响很小;湍流强度对模型表面风压系数大小有不同程度的影响,随着湍流强度的增加,模型侧面(大部区域)、背风表面的压力绝对值相应减小;不同高度比对模型表面风压分布有显著影响.研究结论可为风力发电机塔筒结构的设计提供参考.     

双叉式叶尖结构对风力机气动噪声的影响

为降低风力机的气动噪声,提出一种用于小型风力机的双叉式叶尖结构改型设计方案,在风洞实验室开展了风力机外特性测试与气动噪声试验.试验结果表明:双叉式叶尖结构在3～9m/s的低风速段和中风速段能提高风力机的输出功率;双叉式叶尖结构可降低风力机风轮旋转基频所对应的最大声压级与叶尖涡脱落频率所对应的声压级.由此可知双叉式叶尖结构能有效降低风力机的气动噪声,其中叶尖夹角为90°的双叉式叶尖结构降噪性能最优.     

高气压高能放电小型低速风洞的研制

根据高能放电腔的特点以及放电对气体流量、流速和流场的要求,提出了应用于高气压强电离放电的小型低速风洞技术方案。该技术方案在满足流场、流速要求的前提下开展气动设计和结构设计,重点研究了总体结构、气流喷口和收集口的气动与结构设计、动力段气动与结构设计、流速调节控制、电机散热等关键技术。简要介绍了为某单位研制的应用于高能放电的小型风洞。现场应用表明,该小型风洞稳定可靠,是一种实用、有效的高气压高能放电气流循环装置。     

水平轴风力机尾流湍流结构的时空演化

基于小波变换的分析方法,结合致动线模型和大涡模拟研究了一台33 kW水平轴风力机尾流湍流结构的时空演化过程.研究发现,随着距风轮平面距离的增大,尾流中各测点的平均速度先减小后逐渐增大,速度波动的幅值呈减小趋势;风轮后7倍直径内,速度曲线具有明显的周期性,反映出脱落涡通过频率为1.80 Hz,其为风轮旋转频率的两倍.风轮后1倍直径测点处的叶尖涡所在的频率为0.78~25.00 Hz,形成的涡管通过该测点的时间约为0.32 s,涡管直径约为1.83 m;3倍直径测点处出现了0.15~0.78 Hz的低频率湍流结构;7倍直径测点处叶尖涡的频率为1.56~25.00 Hz,相比7倍直径测点之前的叶尖涡频率范围有大幅减小;8倍直径测点处,与近尾流区域相似的叶尖涡的涡管形状消失;9倍直径测点处叶尖涡基本完全耗散.     

中等尺寸翼型风洞侧壁干扰的数值模拟研究

采用有限体积法求解三维雷诺平均Navior-Stokes方程对中等尺寸翼型风洞侧壁的影响进行数值模拟。着重研究了不同马赫数及迎角下,使翼型中心对称面的流动状态与相同来流条件下的二维无干扰流动状态相吻合所需要的最小展弦比。结果表明,随着马赫数及迎角的增加,所需要的最小展弦比均有所增加。尤其是有激波存在时,需要比较大的展弦比,才能使激波位置与无干扰结果一致。     

不同扩散角下汽车风洞试验段轴向静压系数

轴向静压系数是衡量汽车风洞试验段流场品质的重要参数.收集口角度影响轴向静压系数,它的改变对不同风洞表现出不一致的变化规律.通过研究不同风洞在不同扩散角下试验段轴向静压系数的变化发现,当扩散角为1.70°时,试验段轴向静压系数不随收集口角度的变化而变化;当它小于1.70°时,收集口角度越大,试验段轴向静压系数越大;当它大于1.70°时,变化规律相反.扩散角所导致试验段轴向静压系数变化规律的深层次的原因是,射流剪切层存在固定的耗散角,当扩散角等于耗散角时,收集口角度变大导致的扩散效应与外界气流进入带来的效应相同;当扩散角小于耗散角,收集口角度变大导致扩散效应更强.这揭示了收集口角度导致静压系数变化的机理,为风洞建设确定收集口和试验段等关键尺寸提供理论和设计参考.     

旋转作用下水平轴风力机气动性能分析

为研究水平轴风力机在大气边界层近地面非定常来流作用下气动耦合特性,建立基于剪切应力传输(SST)湍流模型的计算流体力学(CFD)模型和静力结构模型。为模拟风轮在近地面的气动状态,通过单向流固耦合方法对流场均匀入流风速和旋转效应作用下不同工况进行数值耦合计算,求解风力机流场中的速度场、压力场、结构响应状态以及输出功率,分析对比流场不同方向风力机周围速度变化、表面压力分布、结构应力应变规律、整体变形情况和功率变化。结果表明：在均匀来流和旋转共同作用下,流速和压力主要沿风轮径向变化,沿叶片展向至叶尖速度逐渐增大;整机结构附近有明显的气流扰动变化;停机工况和旋转工况(考虑旋转效应)塔影效应干扰下叶片变形在上下风区波动较大;入流风速大小对风力机输出功率有显著影响。