圆柱绕流运动的GHM模拟

 基于颗粒流体动力学方法(GHM)对不同雷诺数(Re为80~1646)状态下的圆柱绕流问题进行模拟.结果显示,当Re=80时,在圆柱下游有一对较为对称的附着涡;随着雷诺数的增大,流动变得不稳定,圆柱后方的一对附着涡逐渐脱落消失,尾流逐渐变窄.通过圆柱绕流现象的算例研究,讨论了GHM的特点和需要进一步研究的问题.颗粒流体力学方法将流体视为一个离散的系统,将流场离散为弹性流体颗粒,采用赫兹碰撞理论研究颗粒之间的本构关系,处理颗粒所受到的碰撞力;采用帕斯卡原理和声速导数状态方程研究流场的密度差引起的压强差变化,处理颗粒受到的压差力.颗粒流体动力学方法不同于基于流体为连续体假设所建立的N-S方程,具有一定的原始创新意义.     

稀薄气体中高超速圆柱绕流仿真研究

高速尤其是高超音速飞行是航空航天发展的主流方向.目前,70 km以上高超音速飞行器的需求越来越大.当飞行高度达到或超过70 km时,稀薄效应明显,此时连续介质假设失效,传统的连续流体运动方程(NS方程)和相应的CFD方法已经失效.利用连续流体运动方程(NS方程)和直接模拟蒙特卡洛方法(DSMC),对四个典型Kn(Kn分别为0.001、0.01、0.1和1)下的圆柱绕流进行了计算.分析比较发现,随着Kn的增大,流场中的激波间断结构变弱变粗,甚至消失,圆柱后方的分离区也逐渐变小直到消失.     

数值模拟放置附属圆柱的主圆柱绕流

利用格子Boltzmann方法, 对主圆柱尾流区域内放置附属圆柱的绕流进行数值模拟. 结果表明: 放置单个附属圆柱时, 主圆柱所受阻力减小, 阻力
系数发生周期性改变; 放置两个附属圆柱的减阻效果更好.     

圆柱绕流复杂尾迹的实验研究

本实验研究由两个或三个并排圆柱体所产生的复杂尾迹。其中一个圆柱被加热,流体尾迹中最高温度比环境温度高１℃左右,对湍流场影响很小。用Ｘ热线和一根冷线相结合的三线探头分别测量速度和温度的脉动。以一个圆柱尾迹的实验数据为基础,用位置叠加假设来计算复杂尾迹,并与实际测量结果比较,用以检查该假设在圆柱绕流复杂尾迹的适用情况。结果表明,利用位置叠加假设,可以根据该假设的实验结果来对复杂尾迹的平均速度进行描述     

圆柱绕流的三维数值模拟

利用计算流体力学软件CFX－4,对粘性不可压缩流体的圆柱绕流进行了三维数值模拟,采用有限体积法和SIMPLE计算程式,利用不可压缩Navier-Stokes方程,模拟雷诺数在亚临界区内的绕流流动,并计算了流体的水动力特性。为克服数值模拟高雷诺数时的数值不稳定性,计算中采用了QUICK迎风格式,其对流项为三阶精度,其余项如扩散项等为二阶精度,圆柱两端边界采用周期性边界条件。计算结果表明,高雷诺数时圆柱周围的流动具有明显的三维特性,且沿柱长方向不同断面的升力和阻力系数并不相同。同时,对圆柱绕流进行了二维数值模拟,并与三维数值结果进行比较,发现三维模拟的升力和阻力系数均小于二维模拟。     

脉动流条件下圆柱绕流特性研究

该文数值研究了脉动流条件下圆柱绕流场特性,对涡量分布、升阻力系数、升力系数频谱特性等进行了分析。结果表明,脉动流作用会使圆柱尾涡剪切层变薄,提高脉动频率使尾涡长度变短、脱离加快,提高无量纲脉动振幅使主导涡的脱落速度降低,使旋涡生成区域更靠近圆柱表面;脉动频率与无量纲脉动振幅的增大使升、阻力系数的振幅均增大,而且与升力系数相比,阻力系数的振幅更大,变化更快;升力系数频谱图存在多个主频,包括旋涡脱落频率和相位叠加频率,其中旋涡脱落频率的振幅随着脉动频率的增加而减小,随着无量纲脉动振幅的增加而增加。     

数值分析串列双圆柱绕流

为研究不可压缩流动中二维的串列双圆柱中不同间距对圆柱间相互作用和尾流特征的影响,选取间距比L/D(L为两圆柱中心间的距离,D为圆柱直径)为2、3、4共3个间距进行了数值分析.计算均在Re=200的非定常条件下进行.计算了圆柱的升阻力系数、尾涡脱落频率等描述绕流问题的主要参量.并与参考文献的数值结果比较,验证了用FLUENT分析的有效性.     

圆柱绕流的LBM模拟

Lattice Boltzmann Method(LBM)是一种近年来发展的一种数值方法。它具有并行效率高,边界处理简单的特点。本文采用一种能对曲线边界进行较好处理的方法,用LBM对Re=100圆柱绕流进行了计算,计算结果和经典结果一致。进一步,对柱群间复杂流场做了模拟,结果表明,此方法在处理复杂边界是有效的,并且具有较好的并行效率。     

圆柱绕流低维Galerkin方法的推广

把求解静止圆柱绕流问题的低维Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法推广至可以求解绕横向或流向振动圆柱、旋转或旋转振荡圆柱等多种流动问题．方法的关键在于对以上四种流动分别选取不同的基本模态，使之满足相应的边界条件．对于振动或旋转振动圆柱绕流问题，它们与时间有关．于是扰动模态满足齐次边界条件，可以由此构造标准的Ｇａｌｅｒｋｉｎ算法．算例表明，用推广了的低维Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法定性研究上述流动问题简便实用．     

纳米尺度并列双圆柱绕流的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法，对纳米尺度下的等大并列双圆柱绕流问题进行了数值研究．模拟结果表明：在低雷诺数（Re=22）、纳米尺度下，同样存在由于L^＊／D^＊（L^＊为两圆柱轴线之间的距离，D^＊为圆柱的直径）值的变化，导致流场内呈现出单涡脱落、双稳态以及双涡对称同步脱落的不同流动状态，这与宏观尺度下的研究结论相一致．然而，各种流动状态所对应的L^＊／D^＊范围却与宏观尺度下的数值和实验研究结果不一致．单涡脱落区域为L^＊／D^＊〈1．1，双稳态现象出现的区域为1．1％L^＊／D^＊〈1．8，且由于间隙流的影响，当L^＊／D^＊一1．2时，就已出现了典型的双稳态现象，双涡对称同步脱落区域为L^＊／D^＊〉1．8．微观尺度下的3种不同特性的流动状态均比宏观研究结果提前，表明流动状态的变化具有明显的尺度特征．     

应用粒子图像速度场仪对泊肃叶流动及圆柱绕流的测量

为了考察粒子图像速度场仪（PIV）的测量精度及分辨复杂流动结构的能力，对泊肃叶流动和圆柱绕流两种典型流动进行了测量。将泊肃叶流动的速度廓线的测量值与分析解 进行了对比，发现在测试区域内90％的测量值与分析解吻合良好，具有较高的精度，而近壁面区域由于速度偏振，测量值低于分析解。在此基础上，利用PIV技术测量了Re为500时圆柱绕流流动的主流区、圆柱两侧的剪切层，以及圆柱后的回流区和旋涡区的分布，验证了该技术非常适合于研究复杂的流动结构。     

竖式移动床颗粒流动的研究

竖式移动床内通常进行着伴随传热传质的化学反应,研究床层内颗粒流动对强化床层气固热交换和化学反应具有重要的意义.以球团竖炉为背景,采用实验与模拟相结合,研究床层内颗粒流动基本规律.动力学模型和黏性流模型是计算床层颗粒流动的主要模型,且黏性流模型更适用于竖炉;结合模拟与实验结果,确定了动力模型中的待定系数为0.02 m,黏性流模型中的黏性系数为0.15 Pa.s;采用黏性流模型模拟得到,球团在竖炉内流动比较均匀,接近于"活塞流";焙烧带的倾斜壁面倾角对炉内球团顺行起很大作用.     

明槽水流中颗粒运动特性的试验研究

将改进的PTV用于测量明槽水流中的颗粒运动,对三种粒径(d=0．55mm、0．95mm和1．55mm)的塑料沙进行试验,得到了大量的颗粒运动轨迹,并对颗粒的运动学特性进行了分析．研究结果表明,颗粒运动轨迹可分为上升、下降和平移三种基本类型,颗粒以不同类型运动时其纵向、垂向的运动速度以及颗粒的受力情况均明显不同,特别是在近底区．按颗粒运动的三种类型给出了一些典型轨迹,并得出了颗粒纵向平均运动速度分布以及按三种运动类型进行条件平均的纵向、垂向平均速度分布等研究成果．     

层流曳带流反应器内流动和温度特性的数值模拟

用计算机模拟方法对层流曳带流反应器内的流动和加热特性进行了详细的数值计算，描述了煤粒在该反应器内的加热速率、停留时间以及煤粒的温度－时间曲线，为正确地解释该反应器内的燃烧和热解试验数据提供参考。     

波状圆柱绕流减阻的实验研究

为了寻找一种减阻、减振而又不受流动方向限制的方法,提出了一种可降低绕流阻力的波状圆柱,并对波状圆柱的平均阻力系数以及表面压力分布进行了实验研究.实验在某低速风洞进行,工作段的横截面尺寸为0.6 m×0.6 m,湍流度小于0.2%.实验中的Re在2.0×104到5.0×104范围内.实验结果表明:3种不同倾斜度的波状圆柱平均阻力系数小于普通圆柱的平均阻力系数,最大减阻效果可达20%以上;流体在波状圆柱的最小横截面上分离得早,表面压力下降快;波状圆柱表面倾斜度是影响流场的重要参数,其取值大小直接影响波状圆柱的减阻效果.     

轴向流动中粘弹性圆柱体的动力特性分析

采用微分求积法,推导了轴向流动中简支Kelvin模型粘弹性圆柱体的特征方程,给出了在不同无量纲延滞时间和质量比下前三阶无量纲复频率的实部和虚部随无量纲流动速度变化的曲线图,并得到了在不同无量纲延滞时间下,圆柱体发生发散失稳及耦合模态颤振的无量纲速度的范围。     

垂直管流中食品颗粒速度分布的实验研究

用数码录像方法对颗粒的轴向速度和径向位置进行了测量，获得了单个颗粒在垂直管流中的速度分布。考虑到非球形颗粒和数甲基纤维素(CMC)溶液的非牛顿性，对有关文献中颗粒阻力系数计算的关系式做了修正。理论计算结果与实验滑移速度比较表明，在靠近管道轴线的径向位置模型的计算与实验结果很接近。同时，讨论了颗粒尺寸和流体流量对颗粒速度分布的影响。     

绕圆柱荷电气固两相流动的数值解法

提出了一种求解绕圆柱荷电气固两相流动的数值解法，即用时间推进法求定常解，用有限差分方法离散控制方程，用人工粘性法处理固相间断面．计算结果表明，此数值解法能够处理强固相间断面，并且可用于含强间断面的悬浮体两相流动的数值计算．     

二维圆柱层流绕流及其控制数值模拟

采用有限体积法求解二维N-S方程,通过改变时间、空间计算参数,对雷诺数100的二维圆柱非定常流场进行了数值模拟,将所得结果与实验数据以及已有的计算结果进行了对比.并对在尾部多个位置加入不同长度阻隔板控制流动的圆柱流场进行了考察.结果发现:在合适的位置放置阻隔板,可以有效抑制尾迹中涡脱落的形成.