扩压叶栅端壁角区流向涡对湍流特性的影响

本文用三维激光多普勒测速技术测量了平面扩压叶栅的叶片吸力面角区流动湍流特性，如紊流动能分布、雷诺应力分布等．分析了角区内流向涡和通道涡对湍流特性分布的影响，结果表明：流向涡的核心区域及旋涡与附面层相互作用区域的湍流动能增加．同时，旋涡和旋涡运动强烈影响着雷诺正应力和切应力的分布规律．     

水泵水轮机空载开度压力脉动特性预测

为了解水泵水轮机非同步导叶启动过程空载开度下的压力脉动特性,优化机组的性能提高并网成功几率,采用RNG k-ε模型对水泵水轮机非同步导叶空载点进行模拟,并对内部流场和压力脉动特性进行了分析。结果表明,转轮与活动导叶之间的压力脉动由叶片通过频率央定,尾水管涡带的周期性旋转导致尾水管进口呈现低频压力脉动,压力脉动幅值最大处位于预开启同步导叶与转轮之间。     

基于DDES模拟的叶顶间隙流湍流特性研究

叶顶间隙泄漏流使得叶片顶部流动变得复杂,对间隙泄漏流的流动结构进行精细地捕捉并探讨其湍流特性有利于更深入的了解间隙泄漏流的流动机理,为控制泄漏损失提供依据。本文利用延迟脱体涡模拟方法对叶顶间隙泄漏流动进行非定常数值模拟;然后从叶顶间隙流的流动涡结构演变,湍动能和各向异性等方面研究叶顶间隙流的湍流特性;利用POD模态分解的方法对湍流特性做进一步分析,对分流场的基本规律、演变特点进行了详细研究;最后结合熵生成率,对泄漏流流动结构造成的损失进行了分析。研究发现,泄漏流在下游区存在着强湍流特性,涡尺度受不同的雷诺应力影响,且大尺度流动结构造成主要的耗散损失。     

水泵水轮机无叶区压力脉动研究

为了研究水泵水轮机无叶区压力脉动特性,对某一电站水泵水轮机模型进行了试验,得到不同导叶开度下"S"特性及压力脉动特性。同时,利用ANSYS CFX对水泵水轮机19mm活动导叶开度下的不同工况进行了全流道非定常数值模拟,并分析了四种典型工况下水泵水轮机无叶区的压力脉动和内部流动。结果表明:水轮机工况P01,叶片吸力面附近流动分离较弱,无叶区的压力脉动较小;飞逸工况P05,流动分离加剧,形成了明显的旋涡,压力脉动较大;制动区工况P07,发生了明显的旋转失速,且频率为0.7f_n,流动呈现明显的不对称性,各流道的流量相差较大,压力脉动进一步增大;小流量工况P09,旋转失速消失,流动具有明显的对称性,压力脉动较小。该研究可为水泵水轮机的优化设计提供参考。     

应用新型导叶的混流式水轮机DES模拟

应用脱离涡模型(DES),对两种采用了新型三维导叶的混流式模型水轮机进行了模拟.通过与模型试验对比,分析了新型导叶对于模型水轮机的内部流动状态和压力脉动的影响情况.与基于雷诺时均方程(RANS)的RNG k-ε求解结果对比,显示了DES模拟的优越性.结果显示,新型导叶对于降低水轮机压力脉动幅值有明显效果.     

水泵水轮机开机过程压力脉动的试验研究

水泵水轮机机组的压力脉动是影响机组稳定性的一个非常重要的因素,而转轮与活动导叶之间的无叶区的压力脉动具有振幅最大、振源复杂的特点。本文通过某抽水蓄能电站的真机的试验数据分析,对机组开机过程中无叶区的压力脉动进行了较为深入的研究,获得了水轮机的开机过程及水泵的开机过程中无叶区的压力脉动的幅值和频谱特性,并对其特点进行了分析。     

平板通道内充分发展湍流直接数值模拟

采用有限差分法对平板通道内充分发展湍流进行了直接模拟(DNS),Reτ=150,网格数64×64×64。得到了湍流脉动速度沿y 分布的等值线图,分析了近壁面脉动特性研究的重要性,为理解湍流物理机制提供数据。获得了雷诺应力的变化、雷诺应力输运方程中各项的平衡关系以及湍动能方程中各项的变化曲线,为进一步评价和改进湍流模式提供依据。     

亚临界区圆柱绕流相干结构壁面模化混合RANS/LES模型

本文发展了一种具有壁面模化大涡模拟能力的雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)和大涡模拟(LES)方法的混合模型(简称WM-HRL模型),致力于对亚临界区雷诺数钝体绕流相干结构这类复杂流动现象进行高置信度的CFD解析模拟研究.该方法通过一个仅与当地网格空间分布尺寸有关的湍动能解析度指标参数r_k即可实现从RANS到LES的无缝快速转换,并且RANS/LES混合转换区的边界位置及其各个分区(包括RANS区、LES区及RANS/LES混合转换区)对湍动能的解析能力均可通过两个指标参数nr_k1-Q和nr_k2-Q准则进行预先设定.通过对雷诺数Re=3900下圆柱绕流场的系列数值模拟研究,获得了能够高置信度解析并捕捉其绕流场中三维时空瞬态发展相干结构特性的湍动能解析度指标参数nr_k1-Q和nr_k2-Q准则的组合条件.研究表明,该WM-HRL模型不仅能够准确获取圆柱绕流场中剪切层小尺度K-H不稳定性结构的精细谱结构,而且在同一套网格系统下通过变化湍动能解析度指标参数nr_k2-Q     

包含多孔材料插件的突扩通道湍流计算

多孔材料插件常用于管道整流或消声.本文以二维和三维的突扩通道流动为研究对象,数值计算多孔材料插件的位置、厚度和渗透率对流动的影响。结果表明,多孔插件厚度的增加或渗透率的降低都将增大通道内的压力损失,而插件的位置对压力损失的影响则较小.通道内的涡强和速度脉动随着插件位置的后移及渗透率的增大而减小。对于包含单频谐波的非定常来流,经过多孔插件后的压力信号、轴向速度脉动、湍动能及湍动能耗散率等参数的波动幅值均降低,但相位不发生变化。     

水泵水轮机泵工况小流量区压力脉动预测

为了研究水泵水轮机偏工况下的导叶内部的压力脉动特征,本文比较分析了非定常雷诺平均模拟方法URANS和脱体涡模拟方法DES两种方法预测压力脉动特征的可行性,结果表明,DES可以用来预测压力脉动特征,最后,重点对泵工况Q/QD=0.15工况点的压力脉动的时域和频域特征进行了分析,得到固定导叶和活动导叶内部的压力脉动主要是低频成分,为转轮通过频率的11.27%。此外,固定导叶内部的压力脉动没有受到转轮内部的影响,而活动导叶内部则含有转轮通过频率成分。     

燃气透平叶栅端壁传热特性的数值研究

采用三维数值求解方法,对透平叶栅端壁区域的流动和传热特性进行了研究.利用试验数据考核了相应的数值方法,分析了网格数目和湍流模型对叶栅端壁附近流动传热特性计算的影响,比较了不同进口雷诺数和湍流度条件下端壁传热特性的变化。结果表明;马蹄涡和通道涡等二次流动直接影响端壁区传热,传热强度分布规律基本与当地流动的湍动能保持一致。湍流模型对端壁压力场的计算影响较小,但对端壁传热特性的求解的精度影响较大。采用v~3—f湍流模型能较好地预测端壁传热分布。来流雷诺数和湍流度的变化改变了端壁边界层厚度和涡系结构,使得端壁传热强度和梯度分布发生变化。     

平面倾斜冲击射流场的数值分析

采用SIMPLE算法和RNGk-ε湍流模型,对平面射流倾斜冲击平板的半封闭空间内的流场进行了数值分析。针对喷口宽度B=10mm、冲击高度H=2B和射流雷诺数Re=20000的流场,分别得到了三种射流倾角下的速度、流函数、压力和湍动能分布。计算结果表明,射流倾角的变化对流场结构具有显著的影响。当倾角减小时,左侧回流区变小,而右侧回流区变大,最大压力区和最大湍动能区都随着滞止点的左移向流场的左侧移动。     

可压缩混合层光学传输效应理论分析与实验研究

利用量级分析和风洞实验研究了可压缩混合层流动第二发展阶段气动光学效应的规律性.理论分析主要针对二维大尺度结构存在时视线误差(boresight error,BSE)与混合层流场及其特征参数之间的关系进行了讨论.研究结果表明:在混合层发展的第二阶段,时均BSE与对流马赫数呈现出复杂的非线性关系;同时还发现流场中的湍动能和混合层界面处的雷诺应力分布也是影响时均BSE的重要因素;采用细光束穿越混合层流场的风洞试验结果主要证实了时均BSE与对流马赫数之间的非线性关系.     

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.     

扩压叶栅端壁角区流动结构和紊流特性

三维激光多普勒测速技术测量了扩压叶栅叶片和端壁相交的角区中的流动结构和紊流特性。实验结果表明,角区中端壁附面层和叶面附面层的堆积使得叶面附面层变厚;角区内存在较强的通道涡,随流动向下游发展,通道涡核心远离叶面;在前缘产生的马蹄涡逐步消失;通道涡使得角区的紊流动能增加,并影响雷诺正应力的分布。     

一种Spalart-Allmaras模型在激波/湍流边界层干涉中的改进

本文通过分析马赫2.25的斜激波/平板边界层干涉的DNS数据,对其中的湍动能输运特性进行了研究,表明压力梯度使湍动能在分离区增强。在此基础上,本文用当地密度、速度和动力黏性系数对压力梯度进行了无量纲化,将无量纲化的压力梯度引入到Spalart-Allmaras(S-A)模型的生成项和耗散项中,得到了改进的S-A模型。在超音速斜激波/边界层干涉和压缩角流动中的计算表明,改进提高了S-A模型对激波/边界层干涉流动的预测准确度。     

旋流和无旋突扩流动的LES和RANS模拟

本文用smagorinsky-Lilly亚网格尺度湍流模型对旋流突扩流动(s=0.53)和无旋突扩流动(s=0)进行了大涡模拟(LES模拟),同时分别用压力应变项为IPCM和IPCM+Wall模型的雷诺应力方程模型进行了RANS模拟,和LES的统计结果对比。LES的统计结果与雷诺应力模型的模拟结果及实验对照表明,LES结果与实验结果的吻合比雷诺应力模型的好,说明所用的亚网格尺度湍流模型对旋流流动是适用的,LES结果是可信的。LES的瞬态结果揭示出在旋流作用下,流场中存在复杂的旋涡脱落现象。大涡结构极易破碎成小涡,而在无旋突扩流动的情况下,由于剪切的作用更强,大涡结构的尺寸和范围比旋流流动的要大。     

扩压叶栅出口近端壁区域流动结构和紊流特性

用三维激光多普勒测速技术测量了扩压叶栅出口近端壁区域的流动结构和紊流特性。实验结果表明,气流流出扩压叶栅出口后,吸力面和压力面的通道涡将在较长的距离内保持其形态和强度,但是尾迹的形成及尾迹在压力的作用下向吸力面方向的偏斜成为了这一阶段的主要流动现象。通道涡、尾迹和尾迹的运动对亲流量的分布规律具有决定性的影响。随着流体向下游运动,尾迹区内雷诺正应力分量的衰减和扩散均比雷诺切应力快。而通道涡区域紊流量的值则变化不大。     

三种形状肋条减阻特性与机理研究

为了探究不同形状肋条的减阻特性的差异及其机理,本文采用CFD软件对V形肋条、间隔三角形肋条以及刀刃形肋条三种比较典型的肋条进行数值计算。通过改变肋条的h/s(肋高与肋间距之比)值,选取常见的h/s=0.5和h/s=1两种比值,探索其对肋条减阻的影响规律;从肋条表面切应力、近壁区湍动能等方面分析了上述三种肋条减阻效果差异的原因。研究结果表明:不同形状的肋条的底部都存在大面积的低阻力区,这是肋条能够减阻的共同原因。低阻力区受壁面高度影响,当肋条高度增加,低阻力区摩擦阻力减小。在肋条突出顶部存在高于平板切应力的高阻力区,肋条减阻效果主要决定于该区域的大小.并且,该高阻力区与湍动能密切相关,通过对湍流的分析即可判断不同肋条高阻力区的摩擦强度。     

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.