风向对侧向进气装置外流场影响的数值研究

采用三维数值模拟方法及Polyhedra多面体网格重组技术研究了船舶侧向进气装置在不同风向下的气动性能,计算结果表明多面体网格在保证计算精度情况下可有效提高计算效率3倍左右,同时给出两侧百叶窗关键气动参数的分布规律,并对比分析了不同风向下外流场结构的变化情况.得出侧向进气两侧气动参数差异较大,在保证两侧百叶窗进气流量相仿时易会导致燃气轮机进气畸变的产生的结论,为船用进气装置布置形式的设计提供一定的参考数据.     

船舶进气系统进气特性的非定常研究

本文采用三维非定常数值模拟的方法,对某船舶进气系统整体气路进行求解。研究中考虑进气室冷却进气系统、燃烧进气系统、进气蜗壳等结构,以及百叶窗、空气净化装置、消音器等结构的阻力影响,并在定常条件下验证了阻力模拟的准确性。随后,重点研究了外界条件变化对前后进气室压差及蜗壳出口流场的影响,得出了前后压差随测点位置和外界条件的变化规律。     

船舶燃气轮机双通道进气系统流场特性研究

采用流量自动分配处理方法,对一种船舶燃气轮机双通道进气系统流场进行详细的数值研究,探索双通道进气的流量分配规律,进行全流场特性分析和1.0级海况静止风工况下系统性能的评估。研究结果表明:双通道进气系统设计能够保证上、下层进气室流量分配合理,获得进气室中均匀流动气流,改善工程上易出现的燃烧气通路抢气的问题;系统总压损失中流动损失约占47.2%,全部装置产生的总压损失约占52.8%,其中燃烧空气滤清器的总压损失占全部装置总压损失和的45.9%,为产生总压损失的主要装置;在船舶空间条件允许情况下,为减小流动损失可进一步优化消声器穿孔板和竖井管道形状;当蜗壳段设计长度大于特征长度的0.6倍时,流速及总压均达到均匀性指标要求,认为出口气流流动均匀。     

涡发生器对风力机翼型动态失速的影响

基于计算流体力学方法(CFD),对带/不带涡发生器的风力机翼型DU-97-W-300的静态和动态气动特性进行了数值研究,在数值计算的静态升力系数与实验值吻合较好的前提下,分析了其动态失速过程中气动性能的迟滞变化规律。干净翼型在攻角减小中的气动性能呈现周期性波动,涡发生器可以有效控制分离流动,明显提升翼型动态过程中的气动性能.     

MW级超临界二氧化碳向心涡轮设计及分析

本文以某MW级超临界二氧化碳(S-CO₂)向心涡轮为研究对象,对S-CO₂向心涡轮的设计体系展开进一步探索,并利用一维分析方法和三维数值模拟方法对其进行气动分析。文中先介绍了本课题组已经开发完成的针对向心涡轮喷嘴和转子叶轮的一维气动优化设计方法,然后补充向心涡轮进气蜗壳的设计方法,最后利用三维CFD方法对设计方案的进气蜗壳、喷嘴和转子叶轮进行耦合计算,并根据三维计算结果对静子部件的一维模型进行了校核。结果显示,开发的优化设计方法有效,优化后涡轮在全部工况下效率和通流能力都有所提高;本文设计的MW级向心涡轮设计点效率88.45%,满足设计要求;本文设计的向心涡轮进气蜗壳气动性能良好,而且其内部流场基本不随运行工况的变化而变化;该方案静子部分的总压损失系数约为0.133。     

动力型分离式热管蓄能装置的数值模拟

为了研究动力型分离式热管蓄能装置中相变材料(PCM)的蓄能和释能过程中的传热情况,进行了热管蓄能装置蓄能和释能过程的数值模拟。建立了动力型热管蓄能装置蓄能及释能过程的物理模型,采用Solidification/Melting模型对热管内部的蓄能和释能过程进行了数值模拟分析,得到了动力型分离式热管稳定运行时的温度分布和液相率分布,并探讨了蓄能和释能过程所用的时间以及PCM在各个时间节点的温度值,计算结果与实验结果的对比表明两者吻合性较好。     

局部进气涡轮优化设计研究

为了能够有效优化局部进气涡轮性能,通过对现有软件模块进行二次开发,并利用人工神经网络结合粒子群-遗传混合算法,建立了局部进气涡轮气动优化设计平台,分别在全周进气单流道和局部进气环境下对涡轮进行了分步优化。结果表明:在全周进气单流道条件下,通过对各排动静叶进出口几何角、安装角和第一级动叶积叠规律的优化,改善了涡轮内部流动状态,使涡轮总静效率在全周进气单流道条件下累计提升了3.24%;通过对全周进气单流道优化结果进行局部进气构型,并进一步在局部进气环境下对第一级动叶叶型进行优化,消除了第一级动叶排根部因局部进气气动参数周向分布不均匀而导致的流动分离,使优化后的局部进气涡轮总静效率较原型累计提升了3.72%。     

涡流管能量分离过程实验研究

利用涡流管部分轴线温度测量实验装置,考虑到进气压力和涡流室结构对涡流管能量分离过程的影响,针对不同进气压力和不同涡流室结构的涡流管部分轴线温度分布进行了实验研究。根据实测结果,得到了进气压力及涡流室几何结构对涡流管部分轴线温度分布的影响曲线。在此基础上,根据实验结果并结合热力学原理对涡流管制冷的物理行为作了分析。结果表明:涡流导致涡流室中心区域气流膨胀是涡流管产生制冷效应的一个重要原因。     

单/双向进气再入式涡轮内部流动特性研究

利用三维数值计算方法,得到了单/双向进气再入式涡轮总体性能参数,并对其内部流动进行了详细研究。通过对数值模拟结果的分析表明:单向进气再入式涡轮尺寸较大、结构复杂的再入管道,使得流经其中的燃气总压损失大于双向进气结构型式,且单向进气再入涡轮第二级动叶进口负冲角更大,造成更高的进气损失,因而其总静效率较双向进气结构型式低2.37%。单向进气再入涡轮动叶排两侧压力沿周向分布不均匀性参数分别为1.0472和1.6530,双向进气结构型式为1.8497和1.1233,双向进气结构型式压力沿周向不均匀性更大,导致轴向间隙内的燃气沿周向窜流的程度更大,且双向进气结构型式的第一级进气扇区与出口段布置在同侧,使得沿周向窜动的燃气更易直接流出涡轮,降低了再入管道对前面级燃气的收集能力。     

6110柴油机进气过程流动的多维瞬态数值模拟研究

柴油机进气过程中气体流动是强瞬变的非定常三维湍流运动,直接影响到充气效率、缸内气流状态及进气道和缸内壁面换热,因而也影响到燃油雾化、燃烧及有害废气生成等,对柴油机的动力性、经济性起着重要作用。因此,本文利用大型通用CFD软件STAR-CD及ES-ICE对6110柴油机进气过程的气体流动进行多维瞬态数值模拟研究,通过计算可以得到不同时刻进气道和缸内流场分布,为柴油机进气系统的优化设计提供重要的理论依据。     

粒子图象测速技术在内燃机缸内流场研究中的应用

本文应用粒子图象测速技术（PIV）对内燃机压缩过程中的缸内流场进行了实验研究。开发的实验装置可真实模拟内燃机的进气、压缩和膨胀行程，并且适于开设大窗口以测取大区域的全场速度分布。开发建立的PIV拍摄及数据处理系统实现了对瞬态全场流动参数的较精确的测量处理，可直观地给出流场中的涡流特征。文中有部分结果实例。     

冷藏运输车内气体流场的数值模拟及分析

利用计算流体力学(ANSYS)软件,建立了冷藏运输模拟试验台的物理模型,对冷藏运输车内流场进行了数值模拟研究。主要研究内容包括:(1)不同送风速度对冷藏运输车内流场分布的影响;(2)不同时间内库内流场变化情况。冷藏运输模拟试验台采用前端送风,两侧回风口的送风方式。风机吹出的冷气能够在库体内形成大的回流,从而降低库体温度并且使库体内温度分布的均匀。不同送风速度影响车体内速度场的分布,而当送风速度较大时,库内的温度会在短期内均匀。但是过大的送风速度会风干冷藏车内的食品。     

夹套冰温库内流场的数值模拟

随着计算机技术的飞速发展,计算流体力学(CFD)越来越广泛地应用于各个领域。通过CFD对复杂流动问题进行研究,能够较精确地反映流场的流动情况。利用CFD技术对夹套冰温库内的流场进行了稳态数值模拟,分析了夹套冰温库内流场的分布情况,讨论了该库体结构下不同送风速度对库内流场均匀性的影响。研究表明,具有夹套结构的冰温库,库内流场分布均匀,采用顶部静压箱送风,底部四周回风的送回风方式,能够使库内形成自上而下的均匀活塞流,不同送风速度对冰温库内流场的影响很小。研究结果证明数值模拟能较好地反映现实情况。     

冷藏车内部流场的数值研究

冷藏车厢内部的空气流场是冷藏运输和冷藏车设计与应用中的要点,因此以一台冷藏车为研究对象,建立了一个冷藏车内部气流组织特性的数学模型,分析了各种因素对内部气流的影响。该研究结果对促进中国冷藏汽车技术的发展有重要的意义。     

一种螺旋型Blumlein线的阻抗特性分析

提出了一种结构紧凑的长脉冲发生器,该发生器的螺旋型Blumlein线由内导体（含磁体）、螺旋型中筒和外导体（含磁体）构成,该结构实现了螺旋型Blumlein线和Tesla变压器的一体化。通过对螺旋型Blumlein线的波传输过程分析,给出了慢波系数、开关闭合电流、用于描述形成线闭合开关处界面上波行为的变量因子等参数的计算公式。采用PIC软件对螺旋型Blumlein线的部分波传输过程进行数值模拟,慢波系数等参数的模拟值与计算值基本相符。进行了恒阻抗负载下螺旋型Blumlein线的原理性实验,实验得到的负载波形与编程计算得到的波形基本吻合。     

垂直冷弹发射装置装药燃烧数值分析

针对燃气活塞弹射装置,采用加质源项法,通过UDF(用户自定义函数)编译,向高压室注入火药燃气的质量、动量、能量,实现了复杂燃烧化学反应的数值模拟,得到了高压室压力和速度分布及变化规律,分析了压力和速度对弹射装置的影响。计算结果表明,装药燃烧数值模拟与理论计算基本吻合,能够较好地仿真弹射装置高压室燃气流场的特性,为弹射装置进一步优化设计和装药设计提供理论参考。     

冷气掺混对高压涡轮流场结构影响的数值分析

燃气涡轮发动机中的冷气与主流掺混会带来一定的气动损失,造成发动机总体性能下降。本文在三维N-S程序的基础上,引入一种较为简单的冷气射流计算模型,对一级高压涡轮含有冷气掺混的三维流场进行了数值分析,揭示了冷气掺混对导叶流量特性及损失分布的影响,并通过涡轮叶片排二次流动结构的分析初步探讨了冷气掺混损失机理。     

Experimental modeling of air blowing into a turbulent boundary layer using an external pressure flow

We have experimentally investigated the characteristics of an incompressible turbulent boundary layer on a plane plate upon the passive blowing of air through a fine-perforated surface and flushing it by supplying an external pressure flow through a wind tunnel using an intake device equipped with an attachment for draining the boundary layer on the inactive side of the plate. A stable decrease in the local values of the surface coefficient of friction, which reaches 80% at the end of the perforated region, has been detected over the length of the plate. The possibility of controlling surface friction by changing the velocity of the external flow and selecting the meshes and filters at the inlet to the flow passage has been demonstrated.     

非定常空气流场中污染气体的对流与粘性扩散

基于离散涡方法求得的非定常、不稳定空气流场，数值求解了污染气体在空气中的对流湍流扩散方程．两者在每一个时间步耦合，以求非定常对流项．考虑速度脉动，改进了扩散模式．用SF6作为示踪气体，进行了现场测量实验．测得了各测点的SF6浓度随时间的变化．实验结果与数值仿真进行了对比，两者吻合．     

冷库预冷流动传热物理场分布研究

冷库预冷是传统的果蔬采后预冷方法,前人研究通过数值模拟使冷库预冷过程的流场和温度场可视化,本文进一步分析空气流速、局部平均空气龄、温度、熵产、(火用)损和(火积)耗散等物理场的分布特性,指出其间存在密切联系。塑料筐周围的空气流速和流向与内部的局部平均空气龄有关,并影响内部的传热速率。传热熵产率、传热(火用)损率和(火积)耗散率的分布特性及其变化趋势相似,局部高值与局部平均空气龄较低的区域均出现在塑料筐的表面。