基于两相流EWF模型的样品表面相变行为及液膜变化的CFD预测

提出了一种利用两相流Eulerian Wall Film ( EWF)模型和自定义结露量公式相结合来预测样品表面相变行为及液膜变化的方法。首先利用自搭建环境实验箱开展结露物理实验,并分别基于两相流EWF模型与单相流模型进行仿真实验。结果表明,相对于单相流模型,EWF模型因考虑了相变过程而能够更加精确地模拟样品表面相变行为。然后通过自定义公式计算所得结露量与实测结露量的对比,验证了所提出结露量公式的正确性。最后在模拟与实测的温湿度曲线以及结露量吻合较好的前提下,模拟了样品表面液膜变化过程,过程中液膜呈现的形态与物理实验中原位摄像系统捕捉到的液膜形态初步吻合。     

基于格子玻尔兹曼方法的多型绕流数值模拟

格子玻尔兹曼方法作为一种新颖的计算流体动力学方法,能够模拟多种复杂的流体问题.本文简要介绍了格子玻尔兹曼方法基本理论与它最重要的LBGK模型及其边界条件.应用格子玻尔兹曼方法对6种不同形状的障碍物以及同一障碍物分别在3种不同雷诺数下的绕流进行了数值模拟计算,得到了多种形状障碍物绕流在同一时刻的速率分布和涡量分布;对圆柱绕流在一个脱落周期内的变化进行了分析;对棱柱在不同雷诺数下的绕流速率与涡量分布进行了对比.结果表明,格子玻尔兹曼方法计算稳定可靠,效率高,是计算流体动力学强大的数值模拟方法之一.     

固液两相流离心泵特性计算的探讨

对固液两相流离心泵的扬程提出了定义，分析和推导了扬程效率的新计算公式，并通过比较找出目前所使用公式存在的问题，进而给出修正公式。     

固液两相流泵的研究现状分析

本文分别从内特性、外特性两方面对国内固液两相流泵的研究进展进行分析。在内特性研究中分别介绍了泵内固体相流动规律的研究和泵内两相流的常用数学模型,外特性研究主要是探索过流部件几何参数对泵性能的影响规律。文中还给出了对固液旋流泵内部流场进行了全流道三维数值模拟结果。     

混输管路气液两相流模型的建立与验证

针对管路气液两相流,建立了一种捕获段塞流的形成和发展过程;并进行气液两相流水力计算的组合模型。以滑移速度和液相连续性方程为基础,通过建立动坐标系来求解液相连续性方程,得到以持液率的变化来反映段塞的形成和发展。加入地形起伏的影响和压降计算关系式,对气液混输管路进行水力计算。分别使用实验数据和工程现场数据来验证模型的准确性。实验数据分别来自于实验环道和大庆油田现场数据。结果显示:模型计算大部分压降误差在±17%以内,大部分积液量误差在±11%以内,具有较好的精度。     

两相流流动瞬变的计算方法及实验研究

从气液、固液、固气两相流的基本方程着手,利用特性曲线法对流体的流动瞬变推导出计算公式并不需对两相流作均匀分布的假设,经气液两相流的瞬变流的理论计算与实验验证,证明该方法是能满足工程精度要求的。     

基于复杂网络的气液两相流流型识别与动力学特性分析

气液两相流作为一个非线性动力系统,其流动演化动力学特性尚未得到清楚的认识.以垂直上升管内空气-水两相流为研究对象,在通过流态模拟实验系统获取流态压差时间序列的基础上,构建流态复杂网络和流动演化复杂网络对气液两相流流型及其非线性动力学特性进行了研究.通过对流态复杂网络社团结构的分析获得了其社团结构与不同流型的对应关系,从而实现了对包括过渡流型在内的5种流型的辨识.通过对流动演化复杂网络分析发现,不同流型的流动演化复杂网络呈现出不同的社团结构,而且网络的信息熵演化趋势与流型转化过程密切相关,可以较好地揭示垂直上升管内气液两相流流态演化的动力学特性.     

钠冷气门温度场的两相流数值计算方法

针对钠冷气门温度场计算的问题,提出了基于外部边界条件和中空区域两相流模型的数值计算方法。基于发动机的一个循环周期,把实心气门划分为4个区域,根据每个区域与周围环境的作用确定了第三类边界条件,并利用整体硬度法,经台架试验获得了实心气门的温度场,以此温度场校核了外部边界条件,以此作为钠冷气门的外部边界条件;对于钠冷气门中空区域建立两相流模型,求出了内部第三类边界条件;最后通过结合内外部边界条件,利用ANSYS热分析软件计算钠冷气门温度场。计算结果表明:在气门轴向,仿真温度与实测温度的最大差值为45.5℃,相对误差为7.52%,在气门径向,仿真温度与实测温度的最大差值为37.2℃,相对误差为5.79%,它们的最大误差都不超过8%。进而证明:构造的基于外部边界条件和中空区域两相流模型的气门温度场的计算方法是可行的。     

液力减速器制动性能及其两相流分析方法研究

为对车用液力减速器在制动过程中制动性能进行准确预测,在全充液的单一液相流动到不充液的单一气相流动的整个工作过程中,对于无内环的液力元件采用混合入、出口的边界条件处理方法,对充液率分别为100%、80%、60%、40%及20%时的工况分别进行CFD液力减速器内流场数值模拟,获取不同充液率和不同转速下的制动性能曲线,并得到对应不同工况的速度和压力场分布特性.结果表明,CFD数值模拟可以较为准确地预测制动性能,并且混合入、出口的边界条件处理方法更符合无内环叶轮机械内部的实际流动本质.     

颅内直的/微弯母管动脉旁瘤的三维稳态流/脉动流的数值模拟

对颅内直的或微弯母管动脉旁瘤的血液动力学进行数值模拟。在血液为不可压缩、牛顿流体和刚性血管假定下,利用人工压缩性方法求解三维N-S方程。在稳态和脉动情况下,计算了流动压力、剪应力、入流体积及速度场和压力场。基于管径的最大/最小Reynolds数是475/152,Womersley数是2.5,这些值表示了中等脑动脉。计算结果表明,在瘤颈的近端和远端应力集中,直管旁瘤比微弯的母管旁瘤的应力更集中,而且在一个脉动周期的大部分时间里,微弯母管的入流速率高于直母管的入流速率;压力有两个极大值,分别出现在瘤的顶部和瘤颈的近端;在一个周期内,流动方向和流入瘤中的流量的快速变化,导致瘤的远端和近端剪应力的压力快速变化,从而连续地损伤瘤颈的内膜,其后可能导致瘤的生长或再生。     

文丘里气液分布管的实验研究与数值模拟

依据文丘里管渐缩渐扩的特点,设计了文丘里气液分布管,在底面出口采用挡板来阻挡中心区流体,实现液体的均匀分布。在=27 cm的空塔中,通过冷模实验观察了单个分布管内喉管段直径以及气液流量对分散效果的影响,同时应用计算流体力学CFD软件对分布管进行数值模拟,并在=1 m的空塔中,考察了由多个文丘里分布管组合成分配塔盘的分配效果。结果表明:当分布管喉管段直径较小时,在喉管段气液两相流形成分散流,经过底面出口挡板的碎流作用后,液体分布均匀;多个分布管的组合能优化分散效果,改善分配性能。     

基于系统仿真和CFD的双系统冷凝器管路优化

将制冷系统仿真与计算流体动力学（CFD）模拟相结合,对一风冷双系统屋顶机的冷凝器进行管路布置的优化研究.CFD模拟空气的流动,得到冷凝器迎风面速度分布.通过制冷系统模型,对管路布置优化前后的冷凝器和制冷系统进行仿真计算.从部件和系统两个层面评价管路布置的改善效果.在部件层面,改进后的管路布置使冷凝器的换热量提高24.1%.在系统层面,单个系统运行时的制冷量增加3.6%,制冷系统性能系数（COP）提高8.1%.本研究思路对于相关产品的优化设计具有参考价值.     

蒸汽喷射器的CFD数值模拟及其性能

根据喷射器的结构特点,建立了蒸汽喷射器二维CFD模型,研究了工作参数(工作流体压力、引射流体压力和混合流体压力)和结构参数(混合室收缩段长度、等截面混合室长度和直径、扩压室长度和工作喷嘴结构等)对蒸汽喷射器性能的影响.研究表明:①等截面混合室长度和直径、工作喷嘴喉部直径以及喉管面积比φ存在使喷射系数达到最大的最佳值;②CFD不仅是预测喷射器性能的有力工具,而且使人们更加清晰地了解喷射器内流动和混合过程.     

根据速度划分边界类型及自动设置边界参数

提出了流体速度已知边界和未知边界的概念．一个边界条件的类型可以简单地根据该处的速度矢量是已知还是未知(包括对称)来加以区分;关于边界条件的数值,只有那些非零值的边界条件参数(或者它们对应的通量)才需要输入具体数值,其余边界条件参数值则会自动设定．据此,编制了一个集纳维一斯托克斯方程求解器、前处理器和后处理器于同一程序模块的计算流体力学软件,该软件适用于一般二维流动与传热过程的数值分析.     

人工环境室内湿度场的数值模拟和优化

采用FLUENT离散相模型对环境室内水滴的蒸发过程仿真模拟.研究了喷入液滴直径、送风速度和送风温度对环境室内流场、湿度场的影响.计算结果表明:喷入液滴直径越小、送风温度越低时,湿度场的均匀性越好;增大送风速度,湿度场能更快达到稳定.综合考虑经济性和湿度场均匀性,对于该计算模型,在送风温度为320 K、送风速度为18 m/s时得到最优的液滴直径为10μm;在送风温度为320 K、液滴直径为2μm时得到最优送风速度为18 m/s.     

喷水推进器进水流道参数化设计与应用

为了优质高效地设计喷水推进器的进水流道,使其流体动力性能综合兼优,提出了喷水推进器进水流道的一种参数化设计方法.该方法将进水流道的三维几何结构用16个相互关联的参数来描述和构建.流道背部与船体的交界区域以及流道的唇部等流动复杂的区域采用贝塞尔曲线构建.调整16个参数中任一参数的值,其他参数能够根据参数间的关联性自动变化,为快速、灵活、精确地构建和修改进水流道几何结构创造了条件.参数化方法设计的进水流道的综合流体动力性能采用计算流体力学方法进行数值计算,并根据分析结果有针对性地进行流道结构的再调整.将流道几何的参数化建模与流体动力性能的数值计算联合使用能够实现综合流体动力性能优良的进水流道的快速设计.该参数化设计方法用于某喷水推进艇进水流道改进设计时取得了良好效果.     

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.     

静电纺纳米纤维的纺程形态模拟

采用计算流体动力学(CFD)对静电纺射流进行计算机模拟,采用POLYFLOW软件在二维空间上对稳定段射流的运动形态进行2D模拟,采用FLUENT软件对不稳定段射流运动形态进行3D模拟.采用专用前处理软件GAMBIT建立几何模型和生成网格.模拟结果显示:当溶液流速不变时,射流直径随牵伸力的增加而变小;但当牵伸力太大时,射流在运动的过程中不再仅仅是变细,在某一位置会出现先变粗再变细的情况;当牵伸力达到一定程度时,稳定射流消失.对于不稳定射流的模拟结果发现:在牵伸力小的情况下,射流容易发生弯曲;在牵伸力大的情况下,射流发生弯曲的位置即不稳定点离喷头远.模拟结果与实验结果十分吻合.     

高速摩托艇喷水推进器性能分析及其改进

为改进某高速摩托艇喷水推进器推进性能,运用计算流体力学方法通过求解雷诺时均的控制方程,计算喷水推进泵和“喷水推进泵+进水流道+格栅+船体”的流场特性.利用CFX软件进行后处理,分析喷水推进泵和“喷水推进泵+流道+格栅+船体”的流场特性,针对其流道内存在涡流及推进效率偏低现象,提出对流道几何进行优化的处理方案.通过对进水流道进行优化设计,喷水推进效率提高6％.     

连续高速分散混合器流体流动的数值模拟

采用计算流体力学（CFD）软件FLUENT6.1的标准k-ε双方程湍流模型及多重参考系（MRF）法对连续高速分散混合器内的流场进行了数值模拟，得到了不同操作转速下的压力场和速度场。所得压力模拟结果与实验数据相符，表明压力与转速成反比关系；速度场的模拟计算结果与文献值相符；同时研究了不同转速下混合器内的最大剪切速率、最大湍流动能及最大能量耗散速率随操作转速的变化规律。