交混翼对单通道超临界流动传热影响的CFD模拟

以CFD软件ANSYSCFX为工具对超临界水堆的三维带交混翼的矩形单通道模型进行了数值模拟。模型考虑了交混翼的仰角对于通道内温度分布及流场的影响,结果表明,交混翼造成流体绕流,使得流道内冷热流体混合,从而使得流道内流体的温度分布均匀,有效改善了燃料棒表面温度分布情况,降低热点温度;交混翼在15°、30°、45°、50°、60°和70°几种仰角情况下,30°仰角情况更有利于温度区域均匀分布。     

U型通道内部流动与换热的数值研究

应用数值方法研究了燃气轮机叶片内部U型通道内流动与顶部换热特性.采用SST k-ω模型,分析了U型通道内光滑和带凹坑顶部结构以及不同Re数和旋转数对U型通道内部流动和顶部换热的影响。结果表明:在静止条件下,带凹坑结构的通道顶部Nu数较高,并且随着凹坑深度的增加,通道顶部换热能力增强;并且凹坑结构对通道压降的影响较小。随雷诺数增大,凹坑对通道顶部换热增强的幅度降低。在旋转状态下,随着旋转数的增加,通道顶部换热能力增强,但通道压降增大。     

进口热斑径向作用位置对无导叶对转涡轮高压级温度场的影响

为了探究无导叶对转涡轮进口热斑径向作用位置的变化对其高压级温度场的影响,运用CFD方法对某无导叶对转涡轮模型级的流场进行了三维非定常多叶片排的数值模拟.结果表明,热斑流体在高压导叶中未发生周向和展向迁移;进口热斑径向作用位置的差异直接影响到热斑流体通过涡轮叶片时的温度耗散度;进口热斑径向作用位置的变化对高压动叶中控制热斑迁移的冷热气流掺混效应、通道二次流和浮力三种因素的作用效果产生了一定程度的影响.     

微通道换热器大温差条件下流动换热研究

随着高效预冷器在航天航空领域发挥越来越重要的作用,紧凑高效换热器的研究成为了人们关注的热点。本文基于紧凑微通道换热器的几何特征,针对矩形截面平行流道换热器内超临界压力低温流体(氢和氦)在大温差条件下的流动换热现象进行数值模拟研究。通道截面边长小于1 mm,热流体氦和冷流体氢的进出口温差均大于600 K。通道内流体换热系数在顺流和逆流条件下有不同的变化趋势,并出现峰值。换热量随着通道宽度的增大而增大,流动压降随着通道宽度的增大而减小。冷热流体逆流时换热量大,压降较小,但对换热器材料要求较高。     

混合板式换热器板通道的数值模拟研究

本文采用二维非稳态数学模型、周期性充分发展边界条件对混合板式换热器中的板通道内的流动和换热进行数值模拟。在Re=4407～22035工况范围内,计算了半圆型、半椭圆Ⅰ型和半椭圆Ⅱ型三种不同纵截面形状波纹板通道内的流动和换热性能。数值模拟结果分析表明,波纹通道内的流动会因为流体从凸面流向凹面时产生回流而形成涡,即产生扰动,强化了后面的换热,但同时增大了阻力。并得出半圆型通道换热最强,Nu为椭圆Ⅱ型的1.4倍;但其阻力最大,压降为椭圆Ⅱ型的1.9倍。     

微通道换热器大温差条件下流动换热研究

随着高效预冷器在航天航空领域发挥越来越重要的作用,紧凑高效换热器的研究成为了人们关注的热点。本文基于紧凑微通道换热器的几何特征,针对矩形截面平行流道换热器内超临界压力低温流体(氢和氦)在大温差条件下的流动换热现象进行数值模拟研究。通道截面边长小于1 mm,热流体氦和冷流体氢的进出口温差均大于600 K。通道内流体换热系数在顺流和逆流条件下有不同的变化趋势,并出现峰值。换热量随着通道宽度的增大而增大,流动压降随着通道宽度的增大而减小。冷热流体逆流时换热量大,压降较小,但对换热器材料要求较高。     

双尺度疏油结构纳米通道滑移效应的研究

针对双尺度结构表面疏油特性的优异性,采用分子动力学的方法建立油液流体正十六烷烃分子模型,研究双尺度结构壁面润湿性影响下的纳米通道内流体的流动特性,通过对通道壁面亲疏油性下的双尺度结构的构建,与光滑壁面和单尺度壁面进行比较来探究双尺度纳米通道表面结构影响下油液流体在纳米通道内密度分布、速度分布、速度滑移和滑移长度的影响.模拟结果表明:对于亲油通道壁面,双尺度结构壁面亲油性明显加强,主流区域流体密度、流体速度和速度滑移都减小,甚至出现负滑移;而对于疏油通道壁面,双尺度分层结构能加强壁面的疏油性,通道内壁面形成稳定的气层使流体主流区域的密度增大,并且通道内流体的速度、速度滑移和滑移长度明显大于光滑和单尺度结构壁面.因此,纳米通道内双尺度结构能改变通道壁面的润湿性,并且能够加强流体在纳米疏油通道内的滑移减阻效应,为纳米通道内油液运输以及润滑薄膜减阻提供了设计基础.     

S形通道中金属熔体与固体颗粒流动混合的数值模拟研究

金属基复合材料的性能、应用、成本等在很大程度上取决于材料的制造技术,因此研究和发展有效的制造技术一直是金属基复合材料研究中的最重要的问题之一。本文提出了一种基于S形流道的固体颗粒-金属流体混合方法,并采用欧拉-离散相模型分析计算了该流道内的颗粒-流体混合过程。研究结果表明,S形流道内流体具有周期性变化的流动方向及流速,同时在横截面内存在旋转方向周期性改变的涡流,能够强化颗粒在金属流体中的分散过程。分析了颗粒在S形通道内的均匀度,在第三级出口处的颗粒均匀度达到0.915,表明该方法能够较好的实现固体颗粒在金属液内的均匀分散,进而实现颗粒增强金属基复合材料的制备。     

叶尖小翼对扩压叶栅气动特性影响的数值研究

通过在叶片顶端加装小翼来降低叶顶二次流的叶尖小翼技术在叶轮机械领域受到关注。本文对具有不同叶尖小翼方案的压气机叶栅进行了全三维数值模拟,并详细分析了叶尖小翼对叶顶间隙流场的影响.结果表明,合理选择叶尖小翼的安装位置及自身宽度可以在一定程度上降低叶顶泄漏损失,在叶顶吸力面侧加装宽度为5 mm的小翼可以较好的削弱泄漏流动的强度,减少泄漏涡卷吸起更多的吸力面/端壁角区的低能流体及较早地阻止上通道涡的形成和发展。     

多股流换热器的(火积)耗散热阻分析

在分析多股流换热器特点的基础上,考虑流体在通道出口非等温混合产生的(米积)耗散,将板翅式多股流换热器的(火积)耗散分为通道换热(火积)耗散和混合(米积)耗散两部分,定义了多股流换热器的(米积)耗散热阻。通过对不同通道排列下的多股流板翅式换热器的计算,发现多股流换热器换热量与其(米积)耗散热阻一一对应,(米积)耗散热阻越小,换热量越大。在对多股流板翅式换热器的通道进行排列时,应采用冷热通道间隔布置的形式,并使冷热通道的换热负荷相近。     

半开式离心叶轮变工况间隙流动特征

针对叶顶间隙对半开式离心压缩机叶轮内部流场和气动性能的影响,采用数值方法研究了不同工况下叶轮流道及间隙处的流场规律,对比分析了小流量、设计和大流量三个运行下况下叶顶马赫数分布、叶顶载荷与间隙泄漏量、间隙泄漏涡特征的变化,以及叶顶间隙随进口流量变化对叶轮气动性能的影响,得出间隙涡流在通道中下游与主流相互掺混是引起半开式叶轮能量损失的主要原因。     

Effect of Acoustic Field on the Structure of a Round Minijet

Presented are results of visual studying the structure of a round minijet flowing into the atmosphere exposed to an acoustic field. The studies were performed with the laminar jet flow. According to the photo and video recording of the flow pattern we revealed characteristic features of the jet structure in the acoustic field. Characteristic vortex structures and zones with intensive turbulent mixing were detected in the flow.We revealed the process of formation of vortex structures in a laminar jet under the action of the acoustic field, vibrational and rotational jet flows at the outlet of the pipe 1.35 mm in diameter. The present study is a continuation of the research on a minijet structure in an acoustic field [13].     

小流量涡流管特性的实验研究

本文用实验方法研究了小流量涡流管制冷的特性。实验中分别对入口压力和工质等因素对涡流管特性的影响进 行研究。在实验中发现了涡流管冷端制热和热端制冷的反常现象,并对其进行了解释。     

高焓横向射流尾迹区掺混燃烧的数值特性

尾迹区作为横向射流流场的重要结构受到广泛关注,其掺混和燃烧特性对近壁面区域的流场特性有重要影响.文章在对仿真充分验证的基础上,采用Reynolds平均模拟方法对Ma=8飞行条件下高焓横向射流尾迹区中的掺混和燃烧特性进行了数值研究.探究了冷热流场尾迹区中的氢气掺混特性,冷态流场尾迹区中的激波结构对氢气分布产生一定影响,热态流场尾迹区中存在多种氢气掺混路径.V形回流区中的高浓度氢气对燃烧产生了一定的阻碍作用.定量测量了尾迹区中的火焰结构,尾迹区火焰的顶点位置随高度增加向下游线性移动,受射流主流影响,尾迹区火焰的展向宽度在距离壁面一定高度后开始增大.对冷热流场中的主要参数进行了对比,燃烧消耗了氢气使温度升高,但是尾迹区中的流动速度没有明显增加,燃烧放出的热量没有完全转化为流体的动能.      

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).     

Optimizing the source distribution in fluid mixing

A passive scalar is advected by a velocity field, with a nonuniform spatial source that maintains concentration inhomogeneities. For example, the scalar could be temperature with a source consisting of hot and cold spots, such that the mean temperature is constant. Which source distributions are best mixed by this velocity field? This question has a straightforward yet rich answer that is relevant to real mixing problems. We use a multiscale measure of steady-state enhancement to mixing and optimize it by a variational approach. We then solve the resulting Euler-Lagrange equation for a perturbed uniform flow and for simple cellular flows. The optimal source distributions have many broad features that are as expected: they avoid stagnation points, favour regions of fast flow, and their contours are aligned such that the flow blows hot spots onto cold and vice versa. However, the detailed structure varies widely with diffusivity and other problem parameters. Though these are model problems, the optimization procedure is simple enough to be adapted to more complex situations.     

离心压气机叶排间涡脱落及气流脉动行为研究

对某一带叶片扩压器跨声速离心压气机内部三维非定常流场进行了数值模拟,依据计算结果描述了叶轮叶片尾缘尾迹涡脱落行为,给出了叶轮尾缘脉动压力频谱特性图和叶轮出口位置脉动速度动能分布图。研究结果表明,主叶片与分流叶片尾缘尾迹涡脱落过程交替进行;转静干涉和转子叶片尾缘的涡脱落行为是造成叶轮尾缘气流脉动行为的主要原因,随着时间的...     

入流激励下可压缩剪切层中Kelvin-Helmholtz涡的响应特性

通过直接数值求解Navier-Stokes方程,研究了入流激励下可压缩剪切层中Kelvin-Helmholtz(KH)涡结构的响应特性,结果清晰地展示了KH涡的独特演化方式.基于流动可视化数据,采用两点相关性分析获得了流场拟序结构的空间尺寸和结构角分布.通过分析不同激励频率下涡结构的动态特性,揭示了入流激励下可压缩剪切层中KH涡结构的独特演化机理.研究结果表明,低频入流激励(f=5 k Hz)下KH涡尺寸在远场区域达到饱和后呈现锁频状态,KH涡量厚度稳定在12-14 mm之间;与自由剪切层涡结构通过配对合并的方式实现生长的机理不同,低频入流激励下剪切层的发展是通过中间涡核顺时针吞噬KH不稳定波诱导的一串外围小涡结构来实现生长.此外,针对高频激励(f=20 k Hz)下的剪切层流动,研究了涡结构特性和入流激励参数之间的定量关系,发现均匀分布涡结构的尺寸近似等于对流速度与入流激励频率之比.     

激波冲击V形界面重气体导致的壁面与旋涡作用及其对湍流混合的影响

基于多组分混合物质量分数模型,采用色散最小耗散可控的高分辨率有限体积方法,数值模拟了弱激波冲击V形空气/SF_6界面后,界面不稳定性生成的旋涡与固体壁面作用问题.激波冲击V形界面之后,因斜压效应诱导涡量沉积在界面附近,形成沿界面规则排列的多个涡对结构.旋涡的诱导作用使界面不断变形和卷起,同时旋涡之间不断发生相互并对,诱导更多更小尺度的旋涡产生.旋涡诱导作用的叠加效应,使界面尖端处的初始涡对向上下壁面发展.随后,涡结构开始与壁面发生复杂的相互作用.旋涡与壁面作用后沿壁面加速,使得物质界面沿壁面伸展,随后,旋涡从壁面回弹,并诱导二次旋涡产生.旋涡与壁面相互作用的过程,能够明显加剧物质混合.本文从物质混合的角度研究了该过程的机理,分析了旋涡与壁面作用对物质混合的影响.     

A numerical study on the flow and sound fields of centrifugal impeller located near a wedge

Centrifugal fans are widely used and the noise generated by these machines causes one of the serious problems. In general, the centrifugal fan noise is often dominated by tones at blade passage frequency and its higher harmonics. This is a consequence of the strong interaction between the flow discharged from the impeller and the cut-off in the casing. However, only a few researches have been carried out on predicting the noise because of the difficulty in obtaining detailed information about the flow field and considering the scattering effect of the casing. The objective of this study is to understand the generation mechanism of sound and to develop a prediction method for the unsteady flow field and the acoustic pressure field of the centrifugal impeller. A discrete vortex method is used to model the centrifugal impeller and a wedge and to calculate the flow field. The force of each element on the blade is calculated by the unsteady Bernoulli equation. Lowson's method is used to predict the acoustic source. In order to consider the scattering and diffraction effects of the casing, Kirchhoff-Helmholtz boundary element method (BEM) is developed. The source of Kirchhoff-Helmholtz BEM is newly developed, so the sound field of the centrifugal fan can be obtained. A centrifugal impeller and wedge are used in the numerical calculation and the results are compared with the experimental data. Reasonable results are obtained not only for the peak frequencies but also for the amplitudes of the tonal sound. The radiated acoustic field shows the diffraction and scattering effect of the wedge.