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相似文献
 共查询到20条相似文献,搜索用时 109 毫秒
1.
风口区空气流动的有限元模拟与实验研究   总被引:1,自引:1,他引:0       下载免费PDF全文
通风和空调出风口的射流特性主要取决于出风口截面之前的一段管道内的流动状况,研究送风口的射流偏转特性有重要实用价值.应用湍流大涡模拟技术结合Taylor-Galerkin有限单元法对工程中常见工况下的风口区管道内的三维流场进行了数值模拟和实验研究,数值计算结果与实验结果符合较好.表明湍流大涡模拟方法适合于边界形状复杂,存在各向异性的大尺度涡的内流情况,能可靠地预报风口区空气流动的射流偏转特性.  相似文献   

2.
近距离下射流冲击平板PIV实验研究   总被引:2,自引:1,他引:1  
运用时间分辨粒子成像测速系统(time-resolved particle image velocimetry, TR-PIV)对近距离下射流冲击平板时的流场进行了直接测量, 通过对两个正交的平面流场开展测量, 揭示了冲击距离和雷诺数对射流间隙内三维流动特征及涡系结构演化规律的影响. 结果表明: 射流间隙存在三种典型的涡系结构, 分别为双涡环模式、单涡环模式和卷吸模式, 但在大流量湍流状态下, 射流可能会冲破涡环, 形成随机的高速出流, 各流动模式的出现主要与射流流态及壁面约束作用有关. 运用涡量分析对三种典型涡系结构的能量传递和损失特性进行了比较. 结果表明: 近距离冲击时, 射流的能量通过涡环模式向外传递. 在双涡环模式下, 两个涡环的旋向相反, 端面的约束作用使得两个涡环都被严格约束在射流棒端面之内, 且一次涡环强度显著大于二次涡环强度. 最后, 运用本征正交分解方法对射流间隙内的流动模态及其能量分布进行了分析. 单涡和双涡模式前十阶模态分析结果表明: 能量脉动在较低阶时即以配对的模式出现, 这表明一次涡环与二次涡环均具有良好的对称性, 同时在双涡模式中, 一次涡环是占主导作用的大尺度流动结构. 卷吸模式的前三阶模态分析表明: 射流的能量集中在射流上游, 能量随紊动扩散急剧衰减.   相似文献   

3.
圆湍射流拟序结构研究进展   总被引:4,自引:0,他引:4  
圆湍射流拟序结构的实验研究,经历了流场显示定性观测、热线、激光单点测量、数字图像等方法全流场定量测量以及当前三维演变机制的探讨。与此同时,静态激励和主动技术的拟序结构控制研究也获得了大量的成果。应用涡方法、直接数值模拟和大涡模拟等对圆湍射流拟序结构进行的数值模拟,在印证试验现象的同时,还进一步深入研究了拟序结构的输运特性、激发机制等相关内容。本文对上述进展进行了综述,以期为进一步开展湍射流的研究和应用提供依据。  相似文献   

4.
运用时间分辨粒子成像测速系统(time-resolved particle image velocimetry, TR-PIV)对近距离下射流冲击平板时的流场进行了直接测量, 通过对两个正交的平面流场开展测量, 揭示了冲击距离和雷诺数对射流间隙内三维流动特征及涡系结构演化规律的影响. 结果表明: 射流间隙存在三种典型的涡系结构, 分别为双涡环模式、单涡环模式和卷吸模式, 但在大流量湍流状态下, 射流可能会冲破涡环, 形成随机的高速出流, 各流动模式的出现主要与射流流态及壁面约束作用有关. 运用涡量分析对三种典型涡系结构的能量传递和损失特性进行了比较. 结果表明: 近距离冲击时, 射流的能量通过涡环模式向外传递. 在双涡环模式下, 两个涡环的旋向相反, 端面的约束作用使得两个涡环都被严格约束在射流棒端面之内, 且一次涡环强度显著大于二次涡环强度. 最后, 运用本征正交分解方法对射流间隙内的流动模态及其能量分布进行了分析. 单涡和双涡模式前十阶模态分析结果表明: 能量脉动在较低阶时即以配对的模式出现, 这表明一次涡环与二次涡环均具有良好的对称性, 同时在双涡模式中, 一次涡环是占主导作用的大尺度流动结构. 卷吸模式的前三阶模态分析表明: 射流的能量集中在射流上游, 能量随紊动扩散急剧衰减.  相似文献   

5.
混合层流动拟序结构的大涡模拟   总被引:2,自引:0,他引:2  
采用大涡模拟方法对空间发展的二维平面混合层进行了数值模拟 ,动量方程采用分步投影法求解 ,亚格子项采用标准Smagorinsky亚格子模式模拟 ,压力泊松方程采用修正的循环消去法快速求解 ,同时求解了标志物输运方程以实现数值流场显示。模拟结果给出了混合层流动的瞬态发展过程以及流动中拟序结构的发展演变过程 ,成功地模拟了混合层发展中的各种瞬态细节过程 ,如涡的卷起、增长 ,涡与涡之间的配对、合并过程 ,以及大涡破碎为小涡的级联过程 ,为各种以混合层流动为原型流动的射流、尾流等工业流动的控制和优化提供了理论基础。  相似文献   

6.
杨涛  张健  吕金明  晋国栋 《力学学报》2016,48(6):1290-1300
钝体燃烧器广泛应用于航空发动机、燃气轮机、锅炉等设备的燃烧室中.对其点火过程的了解和控制直接关系到设备的安全运行和污染物排放等重要问题.我们采用基于火焰面/过程变量燃烧模型的大涡模拟方法对湍流非预混钝体射流火焰及其点火过程进行了详细的数值模拟.以Sydney钝体燃烧器的无反应射流和有反应甲烷/氢气(CH_4/H_2)火焰为研究对象,首先通过统计平均的数值结果与实验测量及文献数据的对比,全面检验了所用数值方法和燃烧模型;随后,详细展示了钝体燃烧器点火和火焰发展的瞬态过程;最后,对钝体射流的点火过程进行了细致的分析和表征.根据温度峰值、羟基(OH)质量分数和甲醛(CH_2O)质量分数峰值随时间的变化表征了强制点火过程的4个阶段:点火源衰减、点火触发、点火核生成和点火成功.其中,点火核驻留的空间位置位于钝体燃烧器冷态流场外侧涡的尾部回流区域附近.  相似文献   

7.
束方军  Michael  W.Plesniak  Paul  E.Sojka 《实验力学》2007,22(4):277-284
为了能够更好地了解不定源喷嘴(indeterminate origin nozzle)射流中的物理过程,本文应用平面激光诱导荧光技术对一个大尺度的水射流进行了实验研究.流场显示的实验结果表明不定源喷嘴在射流的剪切层引入了蘑菇形反向旋转的涡对.这些涡的矢量方向与射流方向相同或相反,被称为流向涡(streamwise vortex).由于射流中存在开尔文-亥姆霍兹不稳定,每当一个横向涡(spanwise vortex,即涡的矢量方向与射流方向垂直)从喷嘴脱流时会产生瞬时的低压,该瞬时低压促使向内发展的流向涡对在喷嘴的凹槽处生成.这些涡对在向下游流动的过程中会重组并在喷嘴的尖峰面生成向外发展的涡对.这些流向涡极大地影响了射流的发展.流向涡与横向涡的相互作用促使射流更早地发展成为湍流.由于流向涡同时也在射流中引入了径向的剪切流动,因此导致了更多的湍流生成从而增强了射流与周围流体的混合.  相似文献   

8.
基于Stereo-PIV技术的三维发卡涡结构定量测量研究   总被引:2,自引:2,他引:0  
田海平  伊兴睿  钟山  姜楠  张山鹰 《力学学报》2020,52(6):1666-1677
发卡涡是湍流相干结构研究中最为关注的内容,实现发卡涡三维结构的定量测量并进行流体动力学分析,对深入研究湍流相干结构、实现湍流精准控制等具有重要意义.本研究通过对合成射流装置进行合理控制,使得层流边界层中产生了规则的人造发卡涡结构,进而用体视图像粒子测速仪(Stereo-PIV)锁相实验技术对发卡涡结构所在的三维空间流场进行了定量测量,并得到了一个完整周期内形成的发卡涡三维结构的空间流场. 结果发现,重构所得的三维发卡涡结构质量较高, 实验技术和方案具有可行性.发卡涡结构所在空间流场情况,符合目前人们对于发卡涡、高低速条带、喷射和扫掠事件的常规认识. 此外,对近壁二次流向涡、展向涡量集中区域的展向涡头和强剪切区域、与低速喷射流体相关的汇聚流动和发散流动等有了更细致的认识.同时, 也探讨了"基于二维脉动流场的相关特征去重构发卡涡三维流场"的可行性.为进一步定量探究发卡涡结构的形成演化、不同涡结构的融合及二次诱导等壁湍流相干结构问题提供思路.   相似文献   

9.
为研究入口扰动对矩形射流的影响,对不同扰动频率下的三维矩形射流进行了大涡模拟,用分布投影法求解动量方程,对压力泊松方程采用FACR直接解法.计算结果预报的速度在横向的单峰分布和速度半宽沿流向的近似线性增长与实验结果吻合良好.计算结果表明扰动频率为射流的本征频率fe=0.22时射流的卷吸作用最强,而高频扰动则抑制卷吸作用;激励频率接近本征频率时射流提前出现速度在展向的马鞍型双峰分布,更早趋于圆射流形态.进一步的流场二维和三维瞬态涡结构图谱表明:上述现象与f=0.1和f=0.22时射流近场更频繁卷起、更丰富的大涡结构存在密切关系,正是这些大涡运动不断地在横向卷吸入外界流体,实现射流在横向的迅速扩展.  相似文献   

10.
发卡涡是湍流相干结构研究中最为关注的内容,实现发卡涡三维结构的定量测量并进行流体动力学分析,对深入研究湍流相干结构、实现湍流精准控制等具有重要意义.本研究通过对合成射流装置进行合理控制,使得层流边界层中产生了规则的人造发卡涡结构,进而用体视图像粒子测速仪(Stereo-PIV)锁相实验技术对发卡涡结构所在的三维空间流场进行了定量测量,并得到了一个完整周期内形成的发卡涡三维结构的空间流场. 结果发现,重构所得的三维发卡涡结构质量较高, 实验技术和方案具有可行性.发卡涡结构所在空间流场情况,符合目前人们对于发卡涡、高低速条带、喷射和扫掠事件的常规认识. 此外,对近壁二次流向涡、展向涡量集中区域的展向涡头和强剪切区域、与低速喷射流体相关的汇聚流动和发散流动等有了更细致的认识.同时, 也探讨了"基于二维脉动流场的相关特征去重构发卡涡三维流场"的可行性.为进一步定量探究发卡涡结构的形成演化、不同涡结构的融合及二次诱导等壁湍流相干结构问题提供思路.  相似文献   

11.
本文采用LIF(激光诱导荧光)流动显示和PIV(粒子图像速度场仪)测量对横流冲击射流的尾迹涡结构进行了实验研究。水槽实验是在三种流速比和两种冲击高度实验工况下进行的。由实验结果可得到两种明显的尾迹涡结构、,即射流尾迹涡和横流尾迹涡。横流冲击射流中形成的主要尾迹涡结构主要依赖于流速比。本文还对横流冲击射流近区范围内射流尾迹涡和横流尾迹涡的形成机理和演化特征进行了分析。  相似文献   

12.
An inclined turbulent jet discharging a passive scalar into a turbulent crossflow is investigated under conditions of favorable, zero and adverse streamwise pressure gradient. Experiments are conducted in water by means of magnetic resonance velocimetry and magnetic resonance concentration measurements. The velocity ratio and density ratio are equal to one for all cases. The flow configuration is relevant to film cooling technology, the molecular properties of the fluid being immaterial in the fully turbulent regime. Under favorable pressure gradient (FPG), the streamwise acceleration tilts the jet trajectory toward the wall, which would be beneficial for the film cooling performance. However, the counter-rotating vortex pair is strengthened in the accelerating flow by streamwise stretching. Also, the crossflow boundary layer is significantly thickened by increasingly adverse pressure gradient, which affects the mass transfer from the jet. Overall, the more intense counter-rotating vortices and the thinner boundary layer associated with increasingly FPG enhance the scalar dispersion into the main flow, hampering the film cooling performance in terms of surface effectiveness.  相似文献   

13.
湍流冲击射流流动与传热的数值研究进展   总被引:15,自引:0,他引:15  
陈庆光  徐忠  张永建 《力学进展》2002,32(1):92-108
湍流冲击射流由于其冲击表面时具有很高的局部传热率和冲击 力,被广泛应用于如表面的加热、电子元件的冷却、纸张的干燥和材料 的切割等工程应用和工业过程中.由于其流动的复杂性,也常被作为一 种理想的测试实例来评价湍流模型的性能.此外,湍升力射流与地面之 间的空气动力作用对V/STOL (垂直或短距离起落)飞机的性能具有很大 的影响.长期以来,人们从理论分析、实验测量和数值模拟方面对冲击 射流进行了广泛而系统的研究,积累了丰富的资料.本文在分析了湍流 冲击射流的数值研究现状的基础上,对近年来有关湍流冲击射流流动与 传热的数值研究方面的文献有选择地进行了综述,重点评述了不同湍流 模型对冲击射流流动与传热的预测能力,讨论了存在的问题并对该领域 今后的研究方向进行了展望.  相似文献   

14.
A three-dimensional supersonic turbulent flow with symmetric normal injection of circular jets from the channel walls is numerically simulated. The initial Favre-averaged Navier–Stokes equations closed by the kω turbulence model are solved by an algorithm based on an ENO scheme. The mechanism of the formation of vortical structures due to the interaction of the jet with the free stream is studied for jet to crossflow total pressure ratios ranging from 3 to 50. It is known from experiments reported in the literature that, for n ? 10, mixing of the jet with the high-velocity flow leads to the formation of a pair of vortices and of an additional separation zone near the wall behind the jet. It is demonstrated that the present numerical results are consistent with such findings and that the pressure distribution on the wall ahead of the jet in the plane of symmetry is also in reasonable agreement with available experimental data.  相似文献   

15.
A jet in crossflow with an inflow ratio of 3, based on the maximum velocity of the parabolic jet profile, is studied numerically. The jet is modeled as an inhomogeneous boundary condition at the crossflow wall. We find two fundamental frequencies, pertaining to self-sustained oscillations in the flow, using full nonlinear direct numerical simulation (DNS) as well as a modal decomposition into global linear eigenmodes and proper orthogonal decomposition (POD) modes; a high frequency which is characteristic for the shear-layer vortices and the upright vortices in the jet wake, and a low frequency which is dominant in the region downstream of the jet orifice. Both frequencies can be related to a region of reversed flow downstream of the jet orifice. This region is observed to oscillate predominantly in the wall-normal direction with the high frequency, and in the spanwise direction with the low frequency. Moreover, the steady-state solution of the governing Navier?CStokes equations clearly shows the horseshoe vortices and the corresponding wall vortices further downstream, and the emergence of a distinct counter-rotating vortex pair high in the free stream. It is thus found that neither the inclusion of the jet pipe nor unsteadiness is necessary to generate the characteristic counter-rotating vortex pair.  相似文献   

16.
A numerical study of a square jet in a cross flow is carried out at a Reynolds number of 100. The flow field and heat transfer characteristic downstream of the jet have been explored by solving three-dimensional unsteady Navier–Stokes equations and energy equation using higher order spatial and temporal discretization. The projection of vortical structure on a plane is seen to give the component of vortex normal to the plane. Four combinations of velocity profile namely (1) uniform crossflow and uniform jet, (2) laminar boundary layer crossflow and uniform jet, (3) uniform crossflow and parabolic jet profile, and (4) laminar boundary layer crossflow and parabolic jet are compared at same phase to see their effect on the flow field and heat transfer characteristic. All the four cases are seen to exhibit unsteadiness but the jet with parabolic profile is seen to show stronger unsteadiness. The instantaneous vortical structures of all the cases at the same phase show that the structures are more complex for the jet with parabolic velocity profile. The temperature field is seen to be correlated with the vortical structures. Comparison of the time averaged flow field reveals that the jet penetration is the highest for the jet having parabolic profile and boundary layer crossflow. The adiabatic effectiveness is observed to be more for the jet with uniform velocity profile and uniform crossflow and was least for the jet with parabolic velocity profile and boundary layer crossflow.  相似文献   

17.
An experimental study and a numerical modelling analysis were carried out simultaneously to study the flow field structure issuing from a chimney around an obstacle. The main purpose of this study is to evaluate the impact of the jet emitted from a chimney (bent or straight) on the dynamics and the turbulent features of the surrounding flow. The consideration of these features is particularly pertinent to the understanding of mixing between the interacting flows which may be very important in controlling pollutant dispersion in the atmosphere. The experimental data are depicted by means of a PIV technique; whereas the numerical three-dimensional model is simulated through the resolution of the different governing Navier–Stokes equations. The volume finite method, together with the second order turbulent closure model (RSM), was adopted. Variations in obstacle form (cylindrical or parallelepiped) and chimney configuration (bent or straight) were tested and features studied were: the global jet plume, the windward and leeward jet spread; the size, location and magnitude of the reverse flow region; the penetration and the deflection of the jet trajectory around the obstacle. All these considerations allowed us to characterize well the impact of the injection of the jet emitted from the chimney within the crossflow, and its spreading around the obstacle and within the whole domain. Such characterization is very important with regard to pollutant dispersion and consequently to the environmental impact. Indeed, the different species contained within the emitted fumes are mainly directed by the velocity components and their mixing and progression within the domain and around the obstacle are closely related.  相似文献   

18.
郝乐  陈龙  倪明玖 《力学学报》2020,52(6):1645-1654
绕流是托卡马克装置中液态包层内常见的流动形态,对流场与热量分布有着重要的影响.本文通过直接数值模拟(DNS),研究了不同磁场强度下$Re=3900$的圆柱绕流,分析了磁场强度对于湍流尾迹的影响.无磁场情况下,直接数值模拟的结果与前人的实验及模拟结果吻合很好.圆柱下游的尾迹中,随着流向距离的增大, 流向速度剖面逐渐从U型进化呈V型, 并慢慢趋于平缓,这表明尾迹中的流动结构受圆柱影响逐渐减小.圆柱后方两侧的剪切层中,由于Kelvin-Helmholtz不稳定性的影响,可以清晰地看到小尺度剪切层涡的脱落.通过对无磁场的计算结果施加流向磁场,本文计算了哈特曼数($Ha$)分别为20, 40和80的工况,以研究磁场效应对于湍流的影响.结果表明磁场较弱时,流动依然呈三维湍流状态.随着磁场增强, 近圆柱尾流区受磁场抑制明显,回流区被拉长,剪切层失稳位置向下游转移.圆柱后方的涡结构由于受到竖直方向洛伦兹力的挤压作用,随着哈特曼数的增加尾迹区域逐渐变窄.相比于无磁场情况的涡结构,由于磁场的耗散作用,相应的涡结构尺度变小.该研究不仅扩展了现有磁场下湍流运动的参数范围,对于液态包层的设计及安全运行同样具有重要的理论指导意义和工程应用价值.   相似文献   

19.
绕流是托卡马克装置中液态包层内常见的流动形态,对流场与热量分布有着重要的影响.本文通过直接数值模拟(DNS),研究了不同磁场强度下$Re=3900$的圆柱绕流,分析了磁场强度对于湍流尾迹的影响.无磁场情况下,直接数值模拟的结果与前人的实验及模拟结果吻合很好.圆柱下游的尾迹中,随着流向距离的增大, 流向速度剖面逐渐从U型进化呈V型, 并慢慢趋于平缓,这表明尾迹中的流动结构受圆柱影响逐渐减小.圆柱后方两侧的剪切层中,由于Kelvin-Helmholtz不稳定性的影响,可以清晰地看到小尺度剪切层涡的脱落.通过对无磁场的计算结果施加流向磁场,本文计算了哈特曼数($Ha$)分别为20, 40和80的工况,以研究磁场效应对于湍流的影响.结果表明磁场较弱时,流动依然呈三维湍流状态.随着磁场增强, 近圆柱尾流区受磁场抑制明显,回流区被拉长,剪切层失稳位置向下游转移.圆柱后方的涡结构由于受到竖直方向洛伦兹力的挤压作用,随着哈特曼数的增加尾迹区域逐渐变窄.相比于无磁场情况的涡结构,由于磁场的耗散作用,相应的涡结构尺度变小.该研究不仅扩展了现有磁场下湍流运动的参数范围,对于液态包层的设计及安全运行同样具有重要的理论指导意义和工程应用价值.  相似文献   

20.
The flow structure generated by circular and oblate shaped nozzles for an impinging confined 7-by-7 jet array is investigated. Instantaneous velocity fields, obtained from Digital Particle Image Velocimetry (DPIV) along the crossflow direction are analyzed using Proper Orthogonal Decomposition (POD). Also, a vortex detection algorithm is used to locate and quantify the nature of the instantaneous vortices within the flow. The results show that an oblate shaped nozzle when oriented with its major axis aligned with the exhaust flow has flow characteristics resulting in increased turbulent kinetic energy. This has potential for increased surface transport.  相似文献   

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