龙卷风风场的试验模拟

为试验研究龙卷风气流特性及其作用于结构上的风荷载,建立了新型龙卷风模拟器(TVS).该模拟器主要由顶部悬吊的控制风机、环状管道以及导流板组成;并设置水平轨道,使其可以0.4m·s-1的最大速度在水平方向移动.基于该龙卷风模拟器,试验中采用眼镜蛇探头测试了涡流比从0.11到0.54(导流板角度20°~60°)情况下的龙卷风风场,并与1998年5月30日发生在南达科他州Spencer的龙卷风,1999年5月3日发生在俄克拉荷马州Mulhall的龙卷风以及2003年6月24日发生在南达科他州Manchester的龙卷风多普勒雷达观测数据进行了比较.结果表明切向速度和静压均符合真实龙卷风分布.由此说明该模拟器可产生稳定的龙卷风涡旋,可用于龙卷风风场的模拟.     

并排方柱绕流的大涡数值模拟及显示

采用大涡模拟的方法对雷诺数为7.5×105并排双方柱绕流流场进行了数值模拟,并对所采用的模拟方法进行了实验验证.利用有限体积法和SIMPLE算法计算程式,对双方柱三维物理模型求解不可压缩的N-S方程.计算得到了方柱绕流的速度场和涡量场以及不同时刻的速度分量分布情况.对方柱后速度场、涡旋形成、脱落以及波动性等问题进行了分析,结果符合物理学规律.     

乘用车风噪声模拟研究

对某乘用车风噪声进行了模拟研究.首先,采用大涡模拟模型（LES）计算了乘用车的瞬态外流场,然后,应用Lighthill-Curle声学模拟理论,以后视镜及A柱区域为噪声源,预测了车外场点的噪声特性,模拟值与测量值在高频范围内比较符合.根据流场和声学模拟结果,分析了后视镜的声学缺陷.通过取消原后视镜上的凹槽,增加后视镜与A柱之间的连接距离,减小后视镜迎风面积和构形等手段,对后视镜的声学敏感区域进行了修改.最后,对修改后的模型进行了噪声测量,试验结果显示,模型修改后风噪声有显著降低.     

锥形喷气涡流加捻器的理论研究

针对一种利用气流进行加捻的锥形涡流场纺纱加捻器,采用计算流体动力学(CFD)技术进行理论分析,研究喷射气流经喷孔后在加捻器内形成的三维旋转涡流场的运动规律.结果表明:涡流腔内气流的切向速度分量分布符合旋转气流理论;加捻器内部静压呈U形分布规律.通过观察所纺纱线外观可以发现,涡流场的气流对纱体具有一定的加捻效果.     

建筑结构非定常绕流风场的数值模拟方法

给出了一种适用于计算建筑结构非定常绕流风场的大涡数值模拟算法.该算法基于有限差分法,采用曲线坐标结构网格,能精确描述形状复杂的物面边界,为下一步准确模拟含有因结构受风变形所致运动边界的绕流场奠定了基础.该算法采用投影法解耦纳维-斯托克斯方程中的压力和速度,对非定常流场的时间步进采用二阶Adams-Bashforth方法.采用同位网格以减少计算所需内存,为了平抑同位网格下中心差分格式导致的固有压力波动现象,计算对流速度时采用Rhie-Chow动量插值方法,利用编制的曲线坐标系下大涡模拟数值计算程序,对德州理工大学(TTU)建筑足尺模型绕流风场进行了模拟,所得结果与现场实测和风洞试验结果进行了比较.结果表明,本文算法是建筑结构非定常绕流风场数值模拟的有效方法.     

基于计算流体动力学法的风场模拟和流/固耦合问题

介绍了计算流体动力学（CFD）方法中的各种湍流模型和数值求解方法,阐述了流/固耦合问题的描述方法与求解策略,分析了强耦合算法和弱耦合算法、流场和流/固耦合研究中的网格生成与更新技术,以及耦合界面的信息传递方法,指出了其网格建模中存在的一些难题.     

山区峡谷桥址处风场实测与数值模拟研究

为准确模拟山区峡谷桥址处的三维紊流风场,以澧水大桥所在峡谷为工程背景,将现场实测风场用谐波合成法进行等效处理生成了满足峡谷风场特性的随机来流,然后基于对Fluent的二次开发,将生成的随机来流赋予大涡模拟的入口边界.通过对比本文方法和无脉动入口计算结果发现,本文方法更能体现山区峡谷风场的真实流态,最后在本文方法基础上对不同风向角作用下的山区峡谷桥址处风场进行了数值模拟,得到了峡谷桥址处风场的详细分布特性,可为山区峡谷地形紊流场精细化数值模拟提供参考.     

高层建筑三维定常风场数值模拟

基于软件平台Fluent 6 ,采用混合网格进行网格划分 ,选用标准k ε和Realizablek ε两种湍流模型计算了大气边界层中单栋高层建筑的定常风流场 ,并将数值计算结果与风洞试验进行了比较 .结果表明基于Fluent 6的标准k ε模型和Realizablek ε模型均能给出工程应用精度的结果 ;但相对而言 ,Realizablek ε模型更为合理     

汽车后视镜流场的试验与数值研究

为了解后视镜的流场特性,以风洞试验与数值计算为手段,对后视镜的压力场与速度场进行测量和计算,并将测量结果与数值计算结果进行比较,评估两者的异同.数值计算结果与风洞试验结果的平均静压与速度、脉动速度的标准差以及自功率谱密度的一致性表明,所使用的数值计算方法具有可行性,能够较为真实地反映出后视镜的流场特性,数值计算结果与风洞试验结果能够相互验证.试验段近地面的平均静压变化反映出后视镜尾部的流动状态,能量耗散最为强烈的地方出现在远离后视镜约1.0倍后视镜直径的区域,回流区域影响范围可达3.0倍后视镜直径.后视镜尾部带有强烈的脉动速度,剪切层侧的速度脉动比其他区域大,个别测点脉动速度标准差数值可达来流速度的0.3倍,它们的主要能量集中在中低频区域.     

矿井主扇扩散器通风流场数值模拟研究及其应用

矿井主扇扩散器是用来降低出口速压以提高风机静压而回收风机出口动能的装置.根据流体动力学理论,就60°倾斜扩散器和流线型扩散器流场问题,建立了扩散器内风流流动的紊流k ε数学模型,分析了计算边界条件,并应用计算流体动力学(CFD)的方法模拟了60°倾斜扩散器和流线型扩散器的风流流场,其模拟结果得到了实际验证,流线型扩散器比60°倾斜扩散器节能,对研究扩散器的最优设计参数及通风节能有较大的指导作用.图5,参5.     

水力旋流器内部流场的数值研究

在PIV实验验证的基础上,利用RSM雷诺应力模型和VOF两相流模型对50mm水力旋流器内部流场进行了系统的数值研究.结果表明:旋流器内静压从器壁至中心逐渐下降,静压为0处即为空气柱边界,空气柱内为负压,空气柱的存在增加了分级过程的能量消耗;旋流器内切向速度分布符合组合涡特征,内部为强制涡运动,外部为半自由涡运动;零速包络面是轴向速度方向发生改变的转折面,其上部为柱形,下部为锥形,柱形段直径约为溢流管的23倍;在外旋流区域径向速度方向从旋流器器壁指向中心,内旋流区域存在方向相反、位置相对的径向速度,空气柱内径向速度基本为0.     

燃气射流气固两相流场研究

以含颗粒的燃气射流为研究对象,分析燃气射流中颗粒在发动机喷管内外的物理特性、颗粒的形状与尺寸特性、燃气与颗粒的相互作用等性质,在此基础上建立气固两相流颗粒随机轨道模型,并进行数值模拟.结果表明:采用随机轨道模型可以有效地模拟气固两相燃气射流中的颗粒脉动现象,得到与实验性质一致的结果;由于颗粒与燃气的相间作用,颗粒在追随燃气运动的同时,对燃气运动发生阻滞和传热作用,影响两相燃气射流流场结构.     

可压密相气固两相湍流流动的数值模拟方法

在ＤＩＰＳＡＲ算法的基础上,推导了适用于可压密相气固两相湍流流动数据会计的ＣＤＩＰＳＡＲ算法,利用提出的可压密相的两个ｋ－ε低湍流雷诺数模型,用ＣＤＩＰＳＡＲ算法,对竖直上升管中可压密相气固两相湍流流动进行了数值计算,同时考虑了密度变化和体积分数变化的影响,研究结果表明,随着颗粒体积分数的增加,颗料间及颗粒与壁面间的相互作用占了主导地位,使得单个颗粒脉动速度增大,但是气体及颗粒的速度差却随之减小,     

平直通道中层流脉动流动的数值模拟

对不可压缩脉动流动的流动和换热特性进行了数值模拟研究.当脉动频率较低时,充分发展的振荡速度分布类似于稳态的抛物形分布,而频率很高时,脉动的影响显现出来并且体现在靠近壁面的狭窄区域内.在脉动流动下,入口段的长度值发生类似正弦方式的波动,其相位和振幅受脉动频率的影响,壁面摩擦系数也发生正弦规律的变化,其相位和振幅也与脉动频率有关.另外,脉动对于壁面的换热也有一定影响,随着频率的增大,流体的脉动对于换热的影响逐渐被局限在加热段上游.研究结果表明,脉动流动的摩擦损失和换热特性与稳态流动的截然不同,对于处在非定常流动工况(如振荡流动)下的热系统部件的优化设计,需加以认真考虑.     

超声速气流中氢气燃料喷流的数值模拟研究

从可压缩流动的多组分湍流Ｒｅｙｎｏｌｄｓ 平均ＮａｖｉｅｒＳｔｏｋｅｓ 方程出发,结合ＢａｌｄｗｉｎＬｏｍａｘ 的代数湍流模型,采用高精度的差分方法进行数值求解．数值研究了燃烧室（矩形管道和矩形扩张管道）内氢气燃料喷流（下壁面横向喷流和流向顺流喷射）和超声速空气主流相互作用的三维流场结构,以及燃气的对流、扩散输运过程在燃烧室内的浓度空间分布特性．     

引气风斗流动特性数值模拟研究

引气风斗是航空发动机高压涡轮主动间隙控制系统中的重要零件,其流动特性将对发动机性能产生影响,为此采用数值模拟方法对引气风斗流动特征和损失机理进行研究。结果表明：在进口马赫数0.46工况下,主流的流动先减速后变化平稳;气流在引气风斗第一转弯处上、下壁面附近出现流动分离,并诱发对涡的形成,导致出口截面流场的不均匀性;引气风斗壁面型线曲率及截面积的变化对引气管道内流场结构影响显著,下壁面第一转弯处的剧烈偏转是引起流动分离及损失的主要来源,出口截面总压恢复系数按质量平均为0.967。     

轴流泵叶轮内部流动的数值模拟与实验

基于Navier-Stokes方程组和标准k-ε模型,采用SIMPLEC算法对轴流泵叶轮内流场进行数值模拟,将计算出口叶轮根部位置的速度流线分布和PIV测量结果进行对比,发现两者较吻合,由此证明了数值计算的有效性和准确性;进而分析了在不同流量工况下叶轮出口的流动结构及造成其效率降低的原因;研究了轴流泵间隙流动对轴向速度的影响.结果表明:在50%轴向弦长位置产生轴向逆流,并沿轴向下游影响稍有减弱;在50%轴向弦长处初步形成通道涡,并沿下游通道涡心向压力面靠近,通道涡在出口处已得到较大程度减弱.     

带叶顶间隙轴流转子三维流动的数值模拟

由于叶顶间隙的存在，使得叶片顶部的流动呈现复杂的三维流动。转子相对机匣的运动使得很难对其内部流场进行精确测量。文中采用CFX—Tascflow软件平台，对带叶顶间隙的轴流转子进行三维粘性流场的数值计算。数值计算的结果与实验测量的性能曲线较为吻合。基于数值计算，给出了叶顶泄漏流动的空阎三维结构，分析了叶顶泄漏流卷曲形成叶顶泄漏涡的过程，揭示了轴流转子叶顶泄漏流动基本特点，有助于改进和提高叶轮机械的设计水平。     

旋风除尘器内部流场的数值研究

运用计算流体力学软件FLUENT,对旋风除尘器内部流场进行了数值模拟,利用模拟结果对旋风除尘器入口不同位置气流在除尘器顶部的环形空间的运动轨迹进行分析研究,探明了气流在环形空间的运动规律和基本特征,阐明了旋风除尘器顶部"尘环"形成的根本原因,指出了粉尘发生短路的原因和多发区域,在此基础上就除尘器的增效问题给出了改进方案。     

竖流式沉淀池内流动与污泥沉积特性模拟

竖流式沉淀池内的流动特性和泥水分布规律是结构、工艺设计的关键,然而其内部的流场难以通过常规的实验手段获得,且物理模型花费较大.因此建立了竖流式沉淀池内泥水分离的混合物模型,应用计算机流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)软件对其流场和浓度场进行三维数值模拟.竖流式沉淀池内存在流动...