一种对船桨干扰问题的黏势流耦合求解方法

基于黏性流计算流体力学(CFD)及势流理论,建立了一种黏流雷诺平均方程/面元法耦合迭代求解方法,对船桨相互作用问题进行了数值模拟.自由面的船体绕流场模拟应用CFD黏流方法,螺旋桨水动力载荷计算采用势流面元法.在黏性流场模拟中得到桨盘面处的总速度分布,减去螺旋桨诱导速度得到实效伴流速度并作为势流计算速度进口条件,螺旋桨效应以体积力的形式在黏性流场中体现.计算值与试验值的对比结果表明,黏势流耦合迭代求解方法能较好地预报船桨干扰问题,且较全域船桨离散化网格CFD求解船桨干扰的方法,计算量大为减少.该方法充分融合了黏势流方法的优点,既能计及黏性效应又能发挥势流快速准确的优势,能够拓展应用于船体及螺旋桨性能预报及设计优化的研究.     

基于Helmholtz速度分解的黏势流耦合方法

针对Navier-Stokes(N-S)方程,根据Helmholtz速度分解,将流场速度分解为势流部分和非势流部分,剥离势流部分后得到黏势流耦合的变形N-S方程.变形N-S方程求解的是非势流部分速度分量,其在远场的影响较弱,故较传统计算流体动力学(CFD)方法求解N-S方程计算区域小,计算效率较高.以圆柱绕流为例,势流部分速度分量采用解析解,并在OpenFOAM平台内实现了变形N-S方程的黏势流耦合计算.对不同雷诺数下圆柱绕流进行了计算模拟,并将耦合方法计算获得的流场中的速度、压力,与文献中的试验及传统CFD等计算的结果进行仔细比较和分析,相关结果吻合良好.研究表明,该方法适用于层流和湍流模型的计算模拟,为改善黏流计算效率提供了新的途径.     

用于高比转速混流泵设计的流场计算

针对高性能高比转速混流泵水力模型开发过程中的有关问题,系统开发了一种基于两类相对流面(S1、S2流面)流动理论的正反问题迭代计算和优化设计的流场计算方法.在流体介质无粘的假设下, S1流面上采用有限单元法、 S2流面上采用流线曲率法,两类流面反复迭代计算直至结果收敛,得到S1流面流场分布、叶片表面相对速度和压力系数分布、 S2流面轴面速度分布等规律.流场计算采用FORTRAN语言编程实现,计算效率高、通用性强,对于高比转速混流泵水力模型的开发研究具有重要的实际意义.     

基于光流法的粒子图像测速

以对粒子图像测速为目标,使用光流场针对数字图像建立整体光流模型,计算出粒子图像各像素点的速度场。对比不同粒子条件下的速度场从而获得符合光流法测试的粒子图像。采用了基于微分方程的Lucsa-kanade光流场计算方法,对流场显示进行定量化测速,实现对了流场的瞬态测量。光流法应用于粒子图像测速技术中,可用于速度场计算,也可用于修正原有的互相关算法得到的错误矢量。     

离心风机三元流场的准正交面法计算

采用准正交面法求解了离心风机的无粘不可压及可压的三元流场,结果表明：准正交面法可以给出整个三维空间内的流场的速度分布,且精度较高,这是流面迭代法无法达到的。本文给出了4ME S-IA3 B离心风机计算结果,与文献的结论相符。     

离心式杂质泵蜗壳内部流场数值模拟

利用计算流体动力学分析软件,对离心式杂质泵的内部流场进行了数值模拟.计算了颗粒直径为0.076mm,固相体积分数为10%的两相流工况下的三维湍流流场,得到了蜗壳内的速度、压力和固相体积分数分布等流动信息.计算结果表明：自进口至最大半径处蜗壳内的速度不断减小,压力逐渐增大,颗粒体积分数随半径增大而增大.     

用Lattice Boltzmann方法计算矩形柱的绕流问题

采用二维9速度Lattice Boltzmann模型, 数值模拟流体流过矩形截面柱体的绕流问题. 在边界处, 采用二阶精度的插值边界处理方法, 计算了流动的Strouhal数及柱体受到的升力和阻力系数, 给出了流场的流线和等涡线图. 使来流方向与矩形柱的长边方向平行, 计算结果表明, 改变矩形的长/宽比, 流场的Strouhal数随长/宽比呈线性变化.     

受限射流流场热量传递特性的实验研究

锅炉煤粉燃烧往往是通过煤粉与空气混合后喷射进入炉内卷吸高温烟气而预热、着火的,其着火过程的早晚与射流和烟气间的热量交换情况关系极大.而这种交换实质上就是射流流股与被卷吸的气流之间的质量、动量和热量传递的结果,在湍流情况下这三者之间是相互影响的.尽管对湍流射流的研究比较成熟,有大量的文献资料可以查阅,然而由于射流流场的复杂性,大多数结果很难直接应用于具体的实际情况.如上所述,要计算射流与卷吸气流间的热通量就是一件较困难的工作.有鉴于此,本文对受限平面射流流场进行了实验测定,以模拟炉内冷态流动情况,而重点放在射流流股与外卷吸气流间的热量传递过程的测量与计算.实验的具体做法是用热线风速仪和热电偶测定流场的速度、脉动速度、温度及温度梯度,并结合湍流单方程模型计算出射流流场的热流分布,尤其是扩散热流的分布.     

立式辊磨磨腔内部三维两相湍流分析

采用SolidWorks建立HRM4800立式辊磨三维磨腔模型,依据立式辊磨磨腔内部流场的已知工况数据,分析流场湍流状态、计算模拟边界参数.利用计算流体动力学方法对磨腔内部流场进行三维流固耦合分析,分析过程采用Mixture两相流模型和标准〖WTBX〗k-ε双方程涡粘模型.通过分析热风进给量对磨腔内部流场迹线和速度等的影响情况,掌握了流场的基本运动规律,得出在工况参数范围内,适量增加进风量有利于减小立式辊磨磨腔内部涡流现象,提高磨腔粉体输运能力,促进气固分离效率;热风气流在磨盘与磨腔壁面间形成的低速高压区有利于气固耦合,在高压区出口端产生的高速流有利于粉体输运.     

两种网格在振荡流反应器三维流场计算中的比较

借助商业计算流体力学软件CFX,采用非结构化和结构化两种网格对内设周期圆环挡板的振荡流反应器内的三维流场进行模拟计算,并将两可视化计算流场与实验流场进行比较.结果表明:两者的仿真计算均较好地反映了真实流场的流型,计算液体力学为研究和设计振荡流反应器提供了较好的方法和工具;随振荡雷诺数的增加,两计算流场和实验流场均存在由对称向不对称转化的流动模式的转型.     

计算流体动力技术在水轮机优化设计中的应用

介绍了CFD技术在水轮机优化设计中的应用现状,提出了求解速度场和压力场的一种方法,论述了以三维流场的数值计算结果为基础,进行水轮机性能预测及能量损失分析的方法．并通过一尾水管的流场计算,给出了运用CFD技术计算所得的轴面流场分布图,印证了用计算机模拟代替模型试验的可能性．     

二维弹性锥形血管模型的有限元分析及数值模拟

通过运用任意拉格朗日一欧拉方法（ALE方法）,能够对二维下的弹性条件下的锥形血管中的速度场和压力场进行分析．假设血管的锥度角为小锥度角,来获得血液在血管内流动的速度、压力分布,并与无锥度角的血管和刚性条件下的血管内的血液流动情况作比较．结论：血液在血管内的流动的速度分布和压力分布与血管的弹性性质无关,但和锥度角的大小有关系．锥度角越大,那么压力变化的幅值就越大,径向速度变化越显著,却又不会影响径向速度分布的最大值位置．     

声悬浮条件下扇谐振荡液滴的内部流动规律

采用激光片光源照明和高速摄影技术,并使用聚苯乙烯微球作为示踪颗粒,研究了声悬浮条件下二阶和三阶扇谐振荡液滴的内部流场.耦合Level Set方法和标记网格法数值求解了不可压两相流的Navier-Stokes方程,模拟了液滴的扇谐振荡过程中的形态演化及其内部流动状态.数值计算的流场与实验结果吻合很好.对液滴扇谐振荡过程中的内部流速分布进行定量分析,发现流速在液滴中心区域几乎为零并沿液滴自由表面方向逐渐增大.二阶和三阶扇谐振荡的内部流速沿径向分别呈线性和二次函数分布并与理论预测结果相一致.     

边界拟合坐标法的应用：长江口南支非恒定流计算

为了既能精确地拟合不规则区域边界,又使有限差分的计算能在规则的网格上进行,在长江口南支河段非恒定流的平面二维数值模拟中,采用了近年来得到广泛注意的边界拟合坐标法,为了提高计算的稳定性,本文引用了二维人工粘性项和人工光滑的方法。计算结果与实测资料相当吻合。计算结果还表明,在同样的网格密度下,使用边界拟合坐标的差分计算的CPU仅比使用昔通网格的差分计算略有增加。所以,在二维水流计算中,这是一种值得推荐的方法。     

Numerical Simulation of the Air Jet Flow Field in the Melt Blowing Process

The theoretical model of the flow field of the dual slot die in melt blowing process is founded. The model is solved numerically with finite difference method. The distributions of the air velocity component in x direction along x-axis and y-axis and the air temperature distributions along x-axis and y-axis are obtained via numerical computation. The computation results coincide with the experimental data given by Harphain and Shambaugh. The distributions of the air velocity and air temperature are introduced into the air drag model of melt blowing. The model prediction of the fiber diameter agrees with the experimental data well.     

离心式水泵叶栅流动研究

离心式水泵叶栅流动很复杂,必须采用试验与数据分析相结合的方法,才能真正有益于工程实践．本文主要介绍应用ＴＳＩ二维激光多普勒测速仪探测离心式水泵叶栅流场,清晰地看到轴向涡旋对叶栅流动的影响,发现离心式泵叶栅出口处液流周向分速沿圆周变化不大．简单介绍了对试验水泵进行数据计算的结果．激光测速、流场显示以及三维数值分析结果都表明试验水泵叶片压力侧有严重的回流现象．     

冰箱毛细管出口气液两相流理论

利用计算流体力学商业软件,建立锥形管内部气液两相流模型,对制冷剂喷射现象进行仿真研究;考察湍流强度、压力和流速沿流动方向的变化情况及流场分布情况。结果表明:喷射流场在进入锥形管20 mm内呈现出较强的湍流现象,其后流场渐趋平稳,锥形管进口段流动呈现出极大的不稳定性;制冷剂在毛细管出口10 mm内压力稍上升,随后迅速下降;建立的计算模型能够较好地预测管内流动状况;由于管截面均匀变化,高速喷射流体冲刷管内低速流体没有引起涡流现象,表明锥形管具有稳定流场的作用。     

浸没循环撞击流反应器的流场数值模拟

利用通用有限元分析软件ANSYS中的计算流体动力学模块(FLOTRANCFD),对浸没循环撞击流反应器(简称SCISR)的流场进行了模拟和分析·计算结果表明,SCISR流场中各参数关于撞击面完全对称;导流筒上下两侧及撞击区内仍然有死区存在,可以通过增加雷诺数来减小·在撞击区内速度等值线比较密集,即这个区速度梯度比较大,这对于促进湍动混合非常有利·最后,应用计算机压力采集装置对流场进行了压力测试,并与模拟结果进行了比较·     

垂直弹射系统弹射初始阶段内流场数值分析

针对燃气活塞弹射装置在垂直发射系统中的应用,采用计算流体软件Fluent的源项法,用UDF(用户自定义函数)编译来实现火药燃气的质量、动量、能量向高压室的注入,对弹射初始阶段高压室和低压室内燃气流场进行了数值分析,得出以下结论:高压室压力在破膜前快速上升,破膜后缓慢上升的趋势,在高压上下两端压力应力集中,低压室呈中间和两端压力应力集中现象,同时高压室形成的低速燃气经导管产生激波形成超声速燃气流撞击低压室,并分析了压力和速度对弹射装置的影响。计算结果表明,该方法能够较好地仿真弹射装置燃气流场的特性,为弹射装置优化设计和装药设计提供理论依据。     

三维拍动翼推进效率的计算方法

针对国内外学者对拍动翼的研究多集中在水动力性能分析与流场模拟方面,而对其推进效率的计算方法尚无科学严谨论述的现状,提出一种计算拍动翼推进效率的方法.采用基于速度势的面元法计算了三维拍动翼的平均推力系数,通过与Fluent数值模拟计算值及相关实验结果的对比,证明了面元法程序在计算中的有效性.在此基础上,结合理论力学和分析力学的基本理论,推导拍动翼推进效率的计算公式,应用面元法实现其推进效率的数值计算.推进效率计算值与实验结果的比较表明,所提出方法适用于三维拍动翼推进效率的计算.并分析了转动幅度和频率对平均推力系数和推进效率的影响.