液-液旋流分离管中强旋湍流的k-ε数值模拟

采用标准k-ε湍流模型,对一种典型液-液旋流分离管中的强旋湍流进行了数值模拟研究.结果表明:该模型对切向速度的数值预报夸大了Rankine涡中的似固核范围,抹煞了似固核外的位涡区;对轴向速度的数值预报未给出中心回流区;对其它流场参数的预报结果也都存在有明显的不合理之处.由此证明这种基于Boussinesq假设的各向同性湍流模型,虽然在管道流、平面射流和无旋流等简单流动问题中经受住了大量计算实践的检验,但在强旋湍流的数值预报方面的确存在有较大缺陷.此问题的解决有赖于对该模型进行必要的修正或转而采用更加高级的各向异性模型.     

双柱单锥型液-液旋流管内流场的激光诊断

应用激光测速仪，对一种双柱单锥型液 液旋流管内的流动结构，进行了全场范围内的多工况流动诊断研究．揭示出其切向速度由内旋流区和外旋流区构成，其中内旋流区中的速度分布符合准强制涡关系，外旋流区中的速度分布符合准自由涡关系；轴向速度由上行流动区和下行流动区构成，两者之间在直管段以零速点作分界，在锥体段则以零速区作过渡并伴随有一定的回流出现，且该过渡区或回流区的大小随锥体截面的收缩而减小，直到进入直管段后消失；各湍流量的分布以管芯处最大向外逐渐减小，沿轴向是直管段中的湍流度大于锥体段中的湍流度，而且湍流度在旋流管内具有各向异性的特性．     

双柱双锥形液—流旋流分离管内流场的LDV诊断

本文采用ＴＳＩ二维ＬＤＶ系统,对一种双锥双柱形液－液旋流分离管内流场进行了全场范围的精细ＬＤＶ诊断,先后考试了处理量、压差比、溢流比和气芯等因素对旋流分离管内流场的影响,结果表明：该旋流分离管中下游区的切向速度呈较为明显的Ｒａｎｋｉｎｅ双涡结构,在上游位涡区中发现有未曾报道过的双峰分布现象;轴向速度由近轴处的上行流、近壁处的下行流以及介于两者之间的零速区组成,其中该零速区随旋流分离管截面的收缩而减     

管内湍流旋流的数值计算

本文用有限差分法对直管内的湍流旋流进行了数值模拟。计算中采用Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ湍流涡粘性假设的基本思想和Ｋ－ε双方程模型来求解雷诺应力各分量。为了反映旋流中湍流转输的非均匀性和各向异性特征，对雷诺应力各分量及与之相主尖的各湍流粘性系数分别进行计算。计算结果表明该模型能较好地反映直管内湍流旋流的流动结构。     

密相液固两相湍流流动研究

在ＩＰＳＡＲ算法基础上推导了适用于考虑液度变化影响的密相液固两相湍流流动数值计算的ＤＩＰＳＡＲ算法，并采用低雷诺数模型，对竖直上升管中密相液固两相湍流分别采用ＩＰＳＡＲ算法和ＤＩＰＳＡＲ算法进行了数值计算，计算值与实测值较符合，计算结果的比较表明ＤＩＰＳＡＲ算法能更有效地预测密相液固两相湍流流动     

环形通道内湍流旋流流动的数值模拟

本文应用一种考虑湍流－旋流相互作用及湍流脉动各向异性的新的代数Ｒｅｙｎｏｌｄｓ应力模型,对环形通道内的湍流旋流流动进行了数值模拟,研究了改主为旋流流数,进口轴向速度及半径比等参数对环形通道内湍流流动的影响,以及对强化环形通道内传热的作用。     

单柱双锥型液—液旋流分离管内流场的IDV诊断

对所开发的一种单柱双锥型液－－液旋流分离管的内流场进行了全场范围内的多工况流动诊断。与典型的Ｆ型旋流管相比,其湍流仍具有各向异性的特性,且其中的湍流脉晚强。     

单柱单锥型液—液旋流分离管内流场的LDV诊断

应用二维激光多普勒仪（ＬＤＶ）对一种单柱单锥型液－液旋流分离管内流场进行了测量,考察了流量、溢流比、压力比和气芯等参数对流场的影响。测量结果表明：切向速度分布呈典型的Ｒａｎｋｉｎｅ涡结构,沿轴向衰减很少,表明所用锥角是合适的;因该旋流管的水力直径较大,切向速度的总体水平较低,由于对了离特性带来了不利影响。此外,没有观察到切向速度分布的的双峰分布现象。轴向速度的总体水平较低,尤其是在锥形管的上游更为     

固—液耦合Timoshenko管道的稳定性分析

根据Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理的固－液耦合振同分方程用幂级数法计算了Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ管道的固有频率和临界流速。给出了管道前三阶固有频率－流速的关系曲线,分析了转动惯量对该输流管道的稳定特性的影响。计算结果表明,转动一对两端简支的固－液合Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ管道的静力失稳没有影响,但对其频率特性和动力失稳有影响。     

统一二阶矩模型用于模拟旋流湍流两相流动

用统一二阶矩模型（ＵＳＭ）模拟了旋流数为０４７和１５的气粒两相流动，并和实验结果以及ｋ ε ｋｐ模型的模拟结果进行了对比．研究结果表明，提高旋流数减小了轴向速度反流区，增大了切向速度似固核区．ＵＳＭ和ｋ ε ｋｐ模型预报旋流数为０４７时的两相速度场差别不大，并都和实验结果接近，但前者预报的旋流数为１５的两相速度场比后者有改进，在两种情况下，前者都能揭示出后者无法预报的两相湍流各向异性规律．     

离心泵叶轮内密相液固两相湍流的数值模拟

利用作者建立的描述密相液固两相湍流的 KET模型和推导的基本控制方程组 ,在处理壁面边界条件时考虑了颗粒和叶片的相互碰撞作用 ,对离心泵叶轮内密相液固两相流动进行了数值模拟 ,得到了泵叶轮内两相流动的一些规律 ,为液固两相流泵的设计提供了一定的理论依据。     

不可压缩湍流非对称脱体涡流场数值分析

采用拟压缩性方法，Ｂｅａｍ－Ｗａｒｍｉｎｇ近似因式分解格式数值求解三维定常不可压Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程。对Ｂａｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ代数湍流模型，采用Ｄｅｇａｎｉ－ｓｃｈｉｆｆ修正。计算绕尖头正切拱型旋成柱体的大迎角大雷诺数脱体涡流场，计算结果中的非对称脱体涡与实验相符．     

液封液桥内热毛细对流的数值模拟

建立了液封液桥(不相溶混的双层同轴液柱)内热毛细对流的物理数学模型，采用涡量-流 函数法、利用有限差分格式对微重力条件下液封液桥内热毛细对流进行了数值模拟，得到了 双层液柱主流区的温度场和流场，证实了液封技术能削弱液桥主流区的热毛细对流，从而提 高浮区晶体生长质量，找出了液封厚度以及内、外层流体物性参数比对液桥内热毛细对流的 影响规律.     

钢筋混凝土矩形贮液结构的液-固耦合晃动——弹性底板

针对小幅晃动的理想液体,根据钢筋混凝土矩形贮液结构的液-固耦合振动模型和数理方程理论,推导了结构内液体的速度势函数.针对Winkler弹性地基的情况,应用能量原理推导了钢筋混凝土矩形贮液结构液-固耦合晃动频率的计算公式.为便于工程应用,给出了钢筋混凝土矩形贮液结构液-固耦合晃动基本频率的计算公式.结合数值算例,讨论了混凝土弹性模量、基床系数、液体密度和底板的相对厚度等对钢筋混凝土矩形贮液结构液-固耦合晃动基本频率的影响,从而为以后工程结构中钢筋混凝土矩形贮液结构的设计计算提供了理论依据.     

风口区空气流动的有限元模拟与实验研究

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.     

强旋湍流气－固两相流动的颗粒随机轨道法模拟

应用颗粒随机轨道模型，并与一种新的代数Ｒｅｙｎｏｌｄｓ应力模型相结合，对新型煤粉涡旋燃烧炉内强旋湍流气。固两相流动进行了数值模拟。得到了与实验相符合的颗粒相密度分布和质量流分布。计算结果表明，在涡旋燃烧炉内的强旋湍流流场中，外壁附近颗粒浓度最高，颗粒停留时间加长，气－固两相间滑移速度增大。     

强旋湍流气－固两相流动的颗粒随机轨道法模拟

应用颗粒随机轨道模型，并与一种新的代数Ｒｅｙｎｏｌｄｓ应力模型相结合，对新型煤粉涡旋燃烧炉内强旋湍流气。固两相流动进行了数值模拟。得到了与实验相符合的颗粒相密度分布和质量流分布。计算结果表明，在涡旋燃烧炉内的强旋湍流流场中，外壁附近颗粒浓度最高，颗粒停留时间加长，气－固两相间滑移速度增大。     

气固两相混合层二维涡配对的数值研究

采用双向耦合模型中的速度耦合模型,数值模拟了气固两相混合层中涡的配对、合并过程,文中采用拟谱方法对流场进行了直接数值模拟,用Lagrange模型跟踪固粒,结果发现,在双向耦合过程中Stokes数仍然是重要的参数,但不是唯一影响流场的参数,流场的发展还与固粒的体积浓度、固粒的相对密度以及固粒大小等因素有关。固粒抑制流场的发展,阻碍涡的配对、合并,加快了涡量的扩散;小St数的固粒仍然跟随流体运动,大St数的固粒趋向于低涡量区的趋势减弱。     

充液航天器液体晃动和液固耦合动力学的研究与应用

随着火箭运载能力、卫星工作寿命和深空探测器任务复杂度的不断提高, 液体推进剂占航天器总质量的比重也不断增加. 液体推进剂的晃动影响着航天器的运动稳定性和姿轨控系统的可靠性, 是航天器动力学中一个备受关注的问题. 充液航天器中晃动的液体是一个分布参数系统, 理论上是无穷维的, 而工程上希望建立的数学模型是简单、低维的, 因此对液体晃动等效力学模型的研究经久不衰. 另外, 液体推进剂对航天器的结构动特性有着重要的影响, 在建立充液航天器的结构动力学模型时需要考虑液体推进剂与贮箱等结构的耦合效应. 本文首先结合液体晃动动力学理论和航天工程实际, 从理论研究、数值研究和实验研究等三个方面综述了国内外在充液航天器液体晃动动力学领域的研究现状, 并以此为基础介绍了航天工程中液体晃动等效力学模型的应用进展情况; 然后, 以液体运载火箭为例概述了国内外在充液航天器液固耦合建模方面的成果,介绍了求解液固耦合问题的数值方法和应用软件; 最后, 根据航天器工程的发展需求, 对充液航天器液体晃动和液固耦合动力学的进一步研究方向提出了一些建议.      

考虑气核生长溃灭效应的螺旋桨梢涡空化初生数值模拟研究

梢涡空化是螺旋桨最早发生的空化类型,其一旦发生会显著增强舰船辐射噪声水平.因此,螺旋桨梢涡空化初生的预报是军舰临界航速确定的关键,长期以来受到船舶领域诸多专家学者的重点关注.微观气核受涡心低压作用而发生暴发式生长是梢涡空化初生的重要机制,而传统欧拉框架下的宏观空化模型用经验参数模化了微观气核的影响而无法对该过程准确模拟,影响对螺旋桨空化初生的准确预报.为了弥补传统模拟方法的不足,本研究发展并使用一种基于气泡动力学并考虑水相可压缩效应的欧拉-拉格朗日空化初生数值预报方法对螺旋桨梢涡空化初生进行了数值模拟研究.与实验结果对比表明,该模型能够准确地预报螺旋桨梢涡空化初生.此外,本研究不仅从微观气核角度探究不同来流气核尺寸对空化初生的影响,还进一步研究梢涡流动特性对气核演变的影响机制,初步探究初生空化在螺旋桨梢涡流场中的发声机理.在空化初生光学判断准则下尺寸越大的气核越容易被梢涡捕获而暴发式生长.气核在梢涡卷吸作用下逐渐靠近涡心低压区.在涡心低压区的持续作用下气核开始暴发式生长,并在半径达到最大后迅速收缩溃灭,产生强烈的正声压脉冲信号.