煤粉旋风燃烧过程流场特性研究

煤粉旋风燃烧器可用于工业加热过程,实现以煤代油,本论文根据旋流燃烧流动特点,采用能考虑非均向湍流应力的雷诺应力模型,对煤粉旋风燃烧器内气流流动过程场进行数值模拟计算,流场计算结果表明,燃烧室几何参数对其内部的流动特性有很大的影响。计算结果与流场实验测试相吻合。     

简体长度对旋风分离器内流场影响的数值模拟

采用RSM(雷诺应力模型)对旋风分离器内气相流场进行了数值模拟,计算得到不同筒体长度旋风分离器内流场的流动特性,结果表明分离器内的切向速度随着筒体长度的减小而增大;气体旋转运动的强度越强,分离效率越高.但筒体长度过短时,湍动能在内外涡分界面处有较大波动,使分离效率降低;当进口气速一定时,旋风分离器的压降随着筒体长度的增加而降低.     

CFBC旋风分离器气固两相流数值模拟与优化

气相利用Euler坐标系下的K-ε／RNG双方程湍流模型,颗粒相采用拉格朗日坐标系下的随机轨道模型,考虑双向耦合,对CFBC旋风分离器中较高浓度气固两相流动进行数值模拟,结果表明:采用入口加速段将气固两相流加速到合适的速度,对提高分离效率有重要作用。排气管向产生离体涡旋区方向偏移适当距离,有助于减少涡旋区,改善流场, 减少阻力。虽然收缩锥体有利于形成向上旋流,但对颗粒捕获也有不利的一面。     

旋风分离器上部空间各种二次涡的数值模拟

采用改进的雷诺应力模型对旋风分离器上部环形空间内的强旋湍流流动进行了数值模拟,重点分析了顶板和升气管附近的局部二次涡。数值模拟结果与实验对比表明雷诺应力模型对环形空间内的强旋流动有良好的预报精度。旋风分离器上部环形空间不仅在顶板下存在有二次涡,而且在升气管外壁附近还存在有局部二次涡,局部二次涡的尺度比较小,而且沿周向有变化,呈现非轴对称分布。     

旋流气粒两相流动的研究

旋流气粒两相流动广泛存在于燃气轮机燃烧室,旋风分离器和旋风炉,锅炉旋流燃烧器等装置中。用测量和数值模拟更好地了解其流动特性,对优化和放大设计,用以提高燃烧效率和收集效率、降低流动阻力和污染物排放,稳定火焰,都十分重要。对其进行了系统的实验测量和数值模拟研究,包括用相位多普勒仪等测量进行的实验研究,雷诺平均模拟和大涡模拟的数值研究,阐明了两相速度,两相湍流特性和颗粒浓度分布等规律,有助于研制低阻力和高效率低污染燃烧装置。     

脉冲激励下超音速混合层涡结构的演化机理

采用大涡模拟方法对脉冲激励作用下的超音速混合层流场进行数值模拟,所得结果清晰展示了流场中涡结构的独特生长机理.基于涡核位置提取方法,对超音速混合层流场中涡结构的空间尺寸和瞬时对流速度等动态特性进行了定量计算.通过分析流场中涡结构的动态特性在不同频率脉冲激励下的变化,揭示出受脉冲激励超音速混合层流场中涡结构的演化机理:涡结构的生长不再是依靠相邻涡-涡结构之间的配对与融合,而是通过涡核外围的一串小涡旋结构被依次吸进涡核来实现,且受激励流场中各个涡结构的空间尺寸变化较小;流场中的涡结构数量与脉冲频率成正比例关系,而涡结构的空间尺寸与脉冲频率成反比例关系;涡结构的平均对流速度随脉冲频率的增大而减小.针对受脉冲激励超音速混合层,给出了能够表征涡结构特性与脉冲激励参数之间关系的方程式,即受激励流场中涡结构的平均对流速度与脉冲周期的乘积近似等于流场中涡结构的空间尺寸(涡结构平均直径).     

基于分水效果评价的柱状旋流分离器性能研究

采用柱状旋流分离器进行高含水采出液预分水操作,具有高效、紧凑、经济等优点。本文着眼于旋流分离器的分水效果,通过室内实验研究了入口混合流速、分水比和入口含油浓度对柱状旋流分离器预分水性能的影响规律并绘制操作参数边界示意图。采用数值模拟方法,基于PBM模型模拟分析分离器内部的油滴粒径分布规律,揭示了造成柱状旋流分离器性能恶化的原因。结果表明:入口混合流速与分水比具有协同作用,高入口混合流速与高分水比条件不利于分离器分水操作的进行,且这种协同作用在入口含油浓度增加时更加显著;在分水比F_(bi)≥0.5时,随着入口含油浓度的增加,入口混合流速可操作区间逐渐缩小。     

大流量涡流二极管内流仿真及高阻特性研究

文中采用雷诺应力模型(RSM)对涡流二极管泵内部流场进行三维数值模拟,阐述涡流二极管内部流场及高阻产生机理,将内部流动近似为Rankine涡并进行验证,分析了切向入口压力变化对流动特性的影响,结果表明,入口操作压力超过一特定限度后中心区域将出现较大的回流现象,这将有助于提高涡流二极管性能.     

细蛇形管内超临界压力CO_2层流对流换热数值研究

本文对超临界压力CO_2在微细蛇形管内层流对流换热开展了数值模拟研究。研究的蛇形管内径0.5 mm,弯曲半径2 mm,入口雷诺数200~500,压力9 MPa。分析了变物性、浮升力和离心力的影响,对特征截面温度与速度分布进行了详细分析。结果表明:向上流动时,截面温度和速度呈对称分布,水平流动时,对称性消失;截面上两对涡的分布在向上和水平流动时呈现不同特性,换热强化和减弱区域不同。     

六分离器循环流化床内气固流动特性的LES-DEM研究

工业生产中通常采用多分离器布置的方案增大循环流化床的容量.本文采用大涡模拟-离散单元法(Large eddy simulation-Discrete element method,LES-DEM)对六分离器循环流化床内气固流动特性进行了全循环数值模拟研究。该方法在欧拉框架下求解流体的运动,在拉格朗日框架下追踪每个颗粒的运动。结果表明:六个旋风分离器回路中存在着气固分配不均现象,旋风分离器的轴对称布置方式优于中心对称布置方式.提升管内呈现强烈的颗粒聚团行为,颗粒团的体积大致为正态分布频率,其纵横比都大于1,并且随着提升管高度先增加后减小.     

对称槽道涡波流场流动特征的POD分析

为深入分析层流状态下对称槽道内涡波流场的流动特性及其变化规律,对流场进行了二维粒子图像测速(2DPIV)测量获取瞬态速度矢量数据,利用本征正交分解(POD)技术进行模态分解以及涡波流场的重构,然后根据重构的流场对对称槽道内涡波流场进行了平均速度剖面、流场脉动强度以及特征点的速度和频谱分布等方面的分析。结果表明:POD的前15阶模态能够表征涡波流场的主导结构,第1,3阶模态主要表现为一对旋向相反的涡对特征,第2阶模态具有涡旋和波状主流的特征;提取了5个涡旋涡核的位置作为流场流动特性的特征点;根据POD重构流场分析发现流向平均速度呈抛物线形状分布,法向平均速度呈对称分布特征;流向脉动强度受壁面的影响较大,法向脉动强度呈现抛物线形状分布;距离中心主流较近的1#,4#,5#特征点的速度脉动程度受主流的脉动强度影响较大,速度的脉动主频0.15 Hz与次频、流场的自然频率0.35 Hz共同影响特征点的速度分布;2#,3#特征点的流向速度呈衰减趋势,法向速度在初期幅度变化较大。     

离心风机梯形截面蜗壳内旋涡流动的数值分析

本文求解时均N-S方程和“Baldwin-Lomax”湍流模式,使用基于时间推进法的Jameson格式计算方法,对一离心风机的梯形截面蜗壳内部流场进行了数值模拟。计算结果表明,在蜗壳各径向截面上都存在着一个旋转方向相反、强度交替变化的涡对。该涡对会随着径向截面位置与蜗壳运行工的变化发生复杂的变化。对该涡对演化细节的研究有助于探讨蜗壳内流动损失的一些机理。     

飞行器大攻角复杂流动的POD和DMD对比分析

基于非结构/混合网格、耗散自适应2阶混合格式以及脱体涡模拟（detached eddy simulation,DES）方法开展了现代战斗机模型复杂分离流动的数值模拟,并与有限的平均气动力试验数据进行了对比,结果表明计算具有合理性,在此基础上进一步应用本征正交分解（proper orthogonal decomposition,POD）和动力学模态分解（dynamic mode decomposition,DMD）方法对数值模拟流场的非定常特性进行了对比分析.研究表明飞行器背风区流场由一对边条涡的螺旋运动主导,旋涡破裂前在横向空间截面上流场是中性稳定的,同时主涡核的运动是多频耦合的.POD和DMD的对比分析则表明:两者模态配对的方式不同,但主要模态之间具有一定相关性;POD模态中包含多种频率的运动,而且能量较集中于主模态,流场重构效率更高;DMD则将流场的主要特征运动提取为一些单频模态的组合,同时能够给出模态的稳定性.      

燃烧器四角切圆布置炉膛内非对称冷态流场的数值模拟

以燃烧器四角切圆布置的超超临界塔式锅炉炉膛内的流动换热为背景,利用Fluent软件通过数值模拟研究了一个物理和几何结构完全对称的三维炉膛内冷态流场变化情况,选用6个燃烧器喷嘴出口速度作为不同的工况来计算炉内的流场,速度变化范围为5~30 m/s,湍流模型采用雷诺应力模型。计算结果表明,随着出口气流速度的增大,流动呈现出的切圆半径越来越大;当喷嘴出口速度小于等于10 m/s时,在所用计算模型下,流体速度场呈中心对称结构,切圆中心位于中央;随着出口速度的持续增加,流场从中心对称结构逐步转变成非中心对称结构,切圆中心发生明显偏斜.数值结果表明,即使几何结构完全对称且边界物理条件也完全对称的燃烧器四角切圆布置的炉膛中的流动,仍然可能是非对称的,这是造成烟气侧热偏差的可能的原因之一。     

底部加热的低Prandtl数流体自然对流换热的分岔

本文用具有QUICK方案的SIMPLE算法对底部加热的低Prandtl数流体自然对流换热进行了数值计算,研究了这种流动与换热问题数值解的分岔问题。计算发现,在2200相似文献   

高雷诺数双螺旋涡尾迹演化特性分析

螺旋状尾迹涡是直升机悬停旋翼流场的主导特征之一,其时空演化特性对旋翼气动性能具有重要影响.为了揭示悬停状态下旋翼尾迹涡的演化特征,对两桨叶刚性旋翼在高雷诺数悬停状态下的双螺旋状尾迹涡开展数值研究,采用基于流场特征的网格自适应技术,结合低耗散迎风/中心混合格式以及延迟脱体涡模拟方法对Caradonna-Tung旋翼在桨尖马赫数为0.439、桨尖雷诺数为1.92×10~6的悬停流场进行了高分辨率计算.基于欧拉和拉格朗日两种描述方法对计算结果进行了分析,揭示了双螺旋尾涡系统的演化特性:后缘尾涡面在桨尖附近的反向卷起及其与下游桨尖涡的相互作用是影响涡系稳定性以及涡-涡相互作用的重要因素;涡龄小于720°时,在固连于桨叶上的旋转坐标系中观察,涡系具有时空稳定性,涡管中心处轴向涡量随涡龄按照幂函数规律衰减.在固连于漩涡中心的局部极坐标系中,周向速度分布以及涡核半径随涡龄的变化与理论涡模型相符合,环量随涡龄的变化显示了漩涡的生长、平衡及耗散等演化阶段;模态分析结果表明,除点涡模态外,来流与点涡的复合模态在漩涡演化过程中对流动特征的转变有重要影响;涡系轴截面速度场的拉格朗日拟序结构直观地显示了漩涡场的时空演化过程,揭示了漩涡配对和共旋穿越等流动特征,同时也展示了后缘尾涡面卷起现象在漩涡演化过程中的作用.     

涡发生器结构对翼型绕流场的影响

为了研究涡发生器在风力机叶片上的应用,以进一步提高风力机气动效率,本文采用CFD数值模拟方法,分析涡发生器几何形状对其绕流场和翼型边界层特性的影响.涡发生器几何形状为同样高度的矩形、梯形和三角形。翼型为风力机专用翼型DU97-W-300。首先对数值模拟结果与实验值进行了对比,验证了数值方法的可信性。然后详细讨论了各种涡发生器所产生的集中涡涡量、翼型边界层特性、以及绕流场等沿流向的发展演变。总体上看,三角形涡发生器较适合用于风力机翼型的流动控制。     

混合层流场中涡结构对流速度的特性

基于大涡模拟和光线追踪方法, 对光线穿越流场后的光程分布与混合层流场中涡结构之间的关系进行了分析, 提出了一种基于涡核位置提取的涡结构瞬时对流速度定量计算方法, 并使用直接几何测量数据进行了验证. 通过对不同尺寸的涡结构、涡-涡配对及融合过程中的涡结构和强压缩性流场中涡结构瞬时对流速度的定量数值计算, 揭示了混合层流场中涡结构对流速度的特性: 对单个涡结构而言, 其瞬时对流速度具有脉动特性, 且脉动幅度随涡结构尺寸和流场压缩性而变化; 在涡-涡配对及融合过程中, 涡对中各个涡结构的瞬时对流速度都表现出类似正弦波动的特点. 针对混合层流场中涡结构对流速度的特性, 给出了其背后的物理原因.     

90°弯道内紊流的试验研究

一、试验设备及方法 本文应用LDV测量了弯曲度R_c/D=1.69矩形弯道内的紊流。来流属于正在发展的紊流区流动,弯道的简图示于图1。流动介质为空气,入口平均流速U_a=22.8(m/s),雷诺数为5.6×10~4,Dean数为2.9×10~4,各个截面均以Z~*=0为对称面。经过校核试验,数据的对称性甚好,因此只测量半个截面。对大部分截     

二维槽道湍流拟序结构的大涡模拟

本文采用大涡模拟的方法,对二维槽道湍流流动进行了数值模拟。采用Chorin的分步投影法求解大尺度涡运动的Navier-Stokes方程,小尺度涡采用三种亚格子（SGS）模式分别模拟,给出了不同亚格子涡粘性模式下的模拟结果。对固壁面采用了壁函数。模拟结果再现了二维槽道流动拟序结构的发展演变过程。通过对不同入口速度下的瞬态流场的比较,揭示了入口速度分布对流场的影响。