水力机械三维分离准则的探讨

水力机械的分离为三维流动，三维流动的侧向压力梯度产生边界层的二次流动。文中将边界层内的速度分布分为近壁粘性层和接近于主流的外层两部分，通过研究垂直于主流方向的二次流动和主流的相关性，结合三维分离线的邻近流动特性分析提出了通过主流流场参数和沿流向的二维边界层流动来判断三维流动分离的准则。在垂直于三维分离线的截面内，其流动性态和二维分离相类似。边界层的二次流动和侧向压力梯度，以及二者的相互作用是影响水力机械三维流动分离的重要因素。当主流逆压梯度的方向与二次流动的方向均在主流方向一侧时，流动的三维效应使得三维流动比二维流动不容易分离。当主流逆压梯度的方向与二次流动的方向分别在主流方向的两侧时，三维流动较易产生分离     

旋转螺旋管道中的非定常周期流动

采用数值方法对旋转螺旋管道中的周期流动进行了求解,系统的分析了管道内周期流动在旋转、曲率以及挠率的共同作用下的二次流动、轴向速夏以及壁面摩擦力在周期内的变化情况,研究结果表明:旋转螺旋管道与不旋转螺旋管道内的二次流动以及轴向速度的随时间的变化趋势存在明显的差别,流动周期内管道截面上最多可存在4个二次涡;周期起始和结束阶段,截面上将会出现轴向逆流,轴向逆流出现的位置取决于F.     

绕任意轴旋转的矩形截面弯管流动特性

为了探讨绕任意轴旋转的矩形截面弯管流动规律,利用数值计算的方法研究了绕任意轴旋转的矩形截面弯管内的粘性流动情况,分析了在不同入口距离处离心力和科氏力共同作用下的二次流动、轴向主流的发展变化情况。计算结果表明：对于宽高比λ≤1．0的矩形截面弯管,在距入口的不同距离上,依次有2涡-4涡-8涡-4涡流动结构的变化,最多有四个速度极值区并且都靠近管道的外侧;大曲率、大上Dn数时,F=0轴向速度的极值点靠近管道外侧,F=-1的轴向速度的极值点靠近管道内侧。     

基于OpenFOAM的旋转弯曲通道内流动的数值模拟

离心式叶轮机械的叶轮通道内的流体流动受到旋转效应与曲率影响而产生强烈的二次流现象.二次流是叶轮通道内流动损失的一个原因,对离心叶轮机械的性能产生不利的影响.应用开源CFD软件OpenFOAM对旋转情况下的90°弯曲通道内的不可压缩流体流场进行三维黏性数值模拟.研究了弯曲通道在不同转速下哥氏力与离心力共同作用对主流速度、二次流及压力特性的影响规律.结果表明:与静止通道相比,旋转产生的哥氏力在弯曲管段形成不对称的二次流,使通道内涡结构变得复杂;甚至在较高转速下二次流方向发生反向.     

旋转环形截面螺旋管道内二次流动的摄动分析

采用摄动方法研究了环形截面旋转螺旋管道内二次流动.结果表明由于内圆壁面的存在,旋转环形截面螺旋管道内的二次流动、轴向速度分布与圆截面情况相比存在明显的差别,截面可以出现1到8个二次涡,轴向速度最大值位置取决于F(F为科心力与离氏力之比),随着F的变化,二次流强度和流量比在F=-1左右取得最小值.     

平动旋转圆盘内颗粒物质分离现象

采用实验和数值模拟方法研究了单层二元混合颗粒在水平振动条件下的颗粒分离现象.结果表明填充密度对二元颗粒分离有着重要影响.随着填充密度的增加,颗粒团会逐步出现反转和颗粒分离现象.这一研究为揭示颗粒物分离的巴两果效应提供了简单的典型模式.     

等离子体流动分离控制的数值模拟

采用Shyy等提出的等离子体激励器对流动施加体积力的简化模型,测试了激励器对圆柱绕流分离的控制效果。研究了激励器对于大迎角下NACA 0015翼型流动分离的控制情况。数值结果表明:前缘是施加激励作用的最佳位置;当激励器处于最佳激励位置时,对NACA 0015翼型施加等离子体激励能有效的抑制流动的分离。在所研究的范围内,施加的激励强度越大,控制效果越好。结果表明:该方法对于流动分离的控制效果显著,达到了增升减阻的目的。     

不同湍流模型数值模拟三维轴对称凸体分离流动的比较

采用基于非结构化网格的有限体积法对三维轴对称凸体分离流动进行了数值模拟.分别采用标准k-ε模型、可实现(Realizable)k-ε模型、低Re数k-ε模型、剪切应力输运(Shear Stress Transport,SST)k-ω模型和低Re数SST k-ω模型,进行了数值模拟和计算.给出了计算模型、流场网格以及计算结果,并与实验结果进行了对比,结果发现:低Re数k-ε模型模拟效果最佳,与实验结果最为接近.     

分隔板结构对挤出流动影响的数值分析

采用有限元数值分析方法,分析了分隔板结构对挤出流动平衡性的影响,指出其调节流动均匀性的效果是非常明显的,对于型材截面上相邻区域壁厚相差悬殊的情况,采用分隔板结构是减小横向流动、提高挤出流动均匀性的最有效措施之一.针对分隔板有限元建模困难问题,提出了用边界约束条件替代模具结构几何特征的方法,其分析结果和采用真实分隔板结构时的分析结果基本一致,说明所采用的处理方法是合理的、有效的,能够大大降低有限元建模的困难性,提高分析效率和速度.     

流体振荡器在进气道流动控制中的应用研究

采用数值方法,对流体振荡器在S形进气道流动分离中的控制效果进行了仿真研究。应用CFD软件模拟计算了流体振荡器对进气道分离控制的作用,详细讨论了不同射流频率和射流角度对控制效果的影响。通过对流场的分析得出:射流频率和射流角度对控制效果有显著影响。射流频率为554 Hz,射流角度为45°时,控制效果最佳,总压恢复系数增加了0.403%,总压畸变指数减少了6.96%,分离区长度减少了8.07%。     

湍流分离流中颗粒的扩散机制

后台阶流动包含分离流重要的流动特性, 采取欧拉-拉格朗日耦合算法对后台阶分离流动中颗粒扩散运动进行数值研究. 气相场采取大涡模拟方法, 亚格子模式基于标准的Smagorinsky 模式, 颗粒相运动采取轨道法模拟. 计算所得气相的流向平均速度和平均脉动速度与实验结果吻合较好, 验证了模型和方法的正确性. 基于此, 数值分析后台阶两相流动的特性以及流场涡结构的发展和演化过程. 结果表明: 两相流中颗粒的扩散特性既受到颗粒粒径的影响, 又与颗粒和涡结构的相互作用时间有关. 后台阶流场中增加结构物时, 流场涡结构发生变化, 即与扰动源保持一定距离后, 涡数量增多, 流场中颗粒分布不均匀, 较多颗粒聚集在涡的外缘.     

环形套管内非牛顿流体非定常旋转流动谱方法研究

采用在区间［1,m］上的Chebbyshev多项式为基底的谱方法,研究了环形套管内上随体Maxwell非牛顿流体由一类定常流动状态向另一类定常流动状态的非定常旋转流动的速度场分布,把该问题的高阶偏微分方程的边、初值问题降阶化为低阶的各级近似的常微分方程问题,并该出解析答案,其结果与差分结果较为一致     

用扰动方程研究可压缩边界层中扰动的演化

本文对传统的可压缩流动中的通量分裂方法进行了修正，使其可以用于扰动方程的计算。利用这一方法，对来流马赫数Ma为4．5、雷诺数Re为10^5的可压缩平板边界层中扰动的演化进行了数值模拟。对于给定的基本流，在计算域入口加入T-S波扰动，研究扰动的空间发展演化。对于小幅值的扰动，计算得到的扰动幅值演化和扰动法向分布与线性稳定性理论的结果符合的很好。对于有限幅值的扰动，结果表明，各次谐波无论幅值还是扰动分布都与完整的Navier-Stocks方程计算的结果符合的很好，但由扰动方程得到的平均流修正比N-S方程得到的大一些，这也许是由于在N-S方程计算时，基本流与零阶谐波一起计算而产生的误差所至。     

Numerical Study of the Feed Flow and Its Influence on the Separation Efficiency of a Gas Centrifuge

ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｔｕｄｙｏｆｔｈｅＦｅｅｄＦｌｏｗａｎｄＩｔｓＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅＳｅｐａｒａｔｉｏｎＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆａＧａｓＣｅｎｔｒｉｆｕｇｅＦｕＲｕｉｆｅｎｇ（傅瑞峰）；ＣｈｅｎＷｅｉｂｏ（陈伟波）；ＹｉｎｇＣｈｕｎｔｏｎｇ...     

旋风分离器内部流场及分离效率的数值仿真

为了研究旋风分离器内部气体和固体的运动状况与其分离机理,采用FLUENT软件对一旋风分离器内部气相流场和颗粒的运动状况进行三维数值仿真模拟.在仿真过程中,采用RNGk-ε方程来模拟其中的气相湍流流动,采用Lagrange方程模拟颗粒的运动.仿真结果表明,分离器内部的流动空间可分为内、外两个流动区域,在不同的流动区域中,气体压力、速度场的分布有较大的差异;固体颗粒的运动较为复杂,且带有一定的随机性;固体颗粒的分离效率与其进入分离器的具体位置有关.     

翼型前缘微小平板的流动控制方法和数值模拟

提出了一种在翼型前缘前设置微小平板来抑制翼型上流动分离的新方法, 并通过自主研发的计算软件UCFD 对微小平板的流动控制进行了数值模拟. 首先研究了在攻角一定的情况下微小平板的长度、安装角、相对翼型的安装位置等对抑制翼型上流动分离效果的影响; 然后, 采用正交优化方法, 以翼型最大升阻比为优化目标, 得到了该小平板最佳的长度、安装角和安装位置等. 研究结果表明, 微小平板的设置对抑制叶片上的流动分离具有显著效果.     

边界层分离对固液两相流离心泵水力振动的影响

根据固液两相流离心泵的边界层理论，以固液两相流体为对象，通过实际案例从理论上分析和阐述了边界层分离对固液两相流离心泵振动的影响，并作了对比试验。理论分析和实验的结果说明：边界层分离将引起压差阻力。边界层分离的程度越大。引起的压差阻力也就越大。实验验证了过大的压差阻力将使测试泵的性能急剧下降，振动剧烈。这表明压差阻力对振动的扰动强弱取决于边界层分离的程度。同时，系统相关参数的波动是不可避免的，能够控制的是边界层分离程度，用其减弱压差阻力的波动强度。降低水力振动。