主动射流控制水翼空化的数值模拟与分析

为了改善高速流动工况下水翼吸力面上流场的空化特性,提出了水翼表面主动射流对绕水翼周围流动加以控制的方法.基于密度分域滤波的FBDCM混合湍流模型联合Zwart-Gerber-Belamri空化模型,分析了来流空化数为0.83,来流攻角为8°,射流位置距水翼前缘为x=0.19c时,主动射流对于水翼吸力面上流动的空化特性和水动力特性影响.对回射流的强度进行了量化分析,以探究回射流与流场空化特性的关系.数值分析结果表明,在射流水翼吸力面上的时均空泡体积为原始水翼的1/15,使得流场内空化流动由云空化状态转变为较为稳定的片空化状态,显著地削弱了云空化的发展.此外,射流极大地改善了水翼的水动力性能,使得水翼的升阻比较原始水翼提高了22.9%,空泡的脱落频率减少了26.2%,空泡脱落所引起的振幅减小了9.1%.射流大幅降低了水翼吸力面上低压区面积,水翼吸力面上流体的逆向压力减小,回射流强度降低;同时,射流使水翼吸力面上的边界层减薄,增强了流动的抗逆压梯度能力,一定程度上阻挡了回射流向水翼前缘的流动,这也从机理上分析了主动射流抑制空化的原因.      

射流对绕水翼云空化流动抑制机理研究

为理解绕水翼云空化流动的发展机理和探究水翼吸力面开孔射流的影响,采用密度 修正的RNG $k$-$\varepsilon $湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型对原始NACA66(mod) 水翼和采用射流后的 水翼的云空化非定常过程进行模拟和对比分析;采用在水翼吸力面近壁区设立监测线的方法对近壁区的流场进行监测,得到 近壁区汽相体积分数、回射流速度、压力及压力梯度的时空分布云图;开展了云空化流场特性的涡动力学分析,进而分析水 翼云空化的发生机理和射流抑制空化的抑制机理. 结果表明:游离型空泡在下游溃灭时产生强烈的局部高压,其向上游传播 导致前缘空穴的一次回缩,而空穴的二次回缩受回射流的影响. 回射流的发展区域受限于较高的压力梯度,高的压力梯度一 直存在,但回射流在一个周期内的首次出现需要时间的积累. 在水翼吸力面射流使得射流孔附近压力升高,弥补了由于空化 和绕流造成的压降,压力梯度增大,抗逆压能力增强,对回射流起到阻挡作用;另一方面,射流使得回射流区域面积和回射 流的强度也有所减小,从而对云空化的发展起到抑制的效果. $Q$准则的涡结构云图相比于汽相体积分数云图能显示复杂的 流动结构,前缘附着型空穴和尾缘游离型空穴内存在旋涡,回射流对空穴存在剪切作用造成空穴脱落. 而射流对空穴和回射 流的剪切和阻挡使云空化发展得到抑制.      

含下伏气沉积层内水合物相变与产气特性

含下伏气的水合物沉积层被认为是最具开采潜力的水合物储层类型。本文利用岩心夹持器在恒定围压9 MPa下,研究了连通不同压力下伏气的南海沉积物内天然气水合物生成、分解及产气特征。研究结果表明,水合物饱和度与下伏气初始压力(7.2～8.1 MPa)呈非线性正比关系,而在8.1～8.4 MPa内两者呈负相关。同时,发现在降压开采过程中下伏气为水合物分解提供热量,促进了水合物分解,提高了水合物平均分解速率。此外,下伏气有助于缓解压降速率,从而有效减轻有效应力对水合物沉积层的破坏。下伏气作为开采产气的重要供气源,能提高气体回收率。本文研究结论将为今后降压开采含下伏气的水合物提供一定的理论指导。     

水流侵蚀联合热辅助法水合物相变及分布特性

天然气水合物被认为是一种未来潜在替代能源,据估计全球大约90％的水合物分布在海底沉积层中.本文考虑到海洋环境中海水资源巨大,且表层海水的温度高于水合物储层,采用海水-气两相流动结合热辅助法分解水合物,并利用核磁共振成像系统可视地分析了水合物相变特性及空间分布规律.结果表明,水合物相变首先出现在反应釜入口处,随后水合物相...     

水蒸气超音速非平衡凝结流动中的激波效应

对水蒸气超音速非平衡凝结流动进行了数值模拟,研究了水蒸气超音速流动过程中的非平衡相变及凝结激波现象,揭示了压缩激波与核化凝结流动之间相互作用的非平衡流动规律.发现了激波的耗散效应对非平衡相变的影响,探讨了激波发生时,波阵面处核化凝结、液滴生长的变化规律.     

不同精度格式的格子Boltzmann热模型的传热分析

通过在格子Boltzmann (LBM)热模型中添加参数项,使得在对应的宏观传热方程中,消除了一阶非线性误差项,具备二阶精度.通过Rayleigh-Benard对流数值试算,初步探索该二阶精度格式及其对应的一阶精度格式三个热模型的传热特征和适应性,并做出相应对比分析.针对一二阶精度模型在Ra数极高或热传导系数极大时,Nu数的计算与经验值相比出现较大偏差,分析LBM对应宏观热传导方程的截断误差后,在平衡分布函数中引进一个调节因子.通过调节对应宏观传热方程的截断误差项系数,校正Nu数的计算偏差,提高模拟精度,拓展模拟范围,增强了LBM作为一个数值方法在传热中的适应性.     

水流动强化天然气水合物降压分解研究

降压法被认为是最经济可行的天然气水合物开采方法,但开采后期驱动力不足、甚至产生水合物的二次生成,因此其应用受到限制。本文将降压法与水流动结合提升水合物分解驱动力,研究不同降压模式和水流动对天然气水合物分解特性的影响。发现当降压结合水流动时,压降为水合物分解提供初始驱动力,且压降越大水合物分解驱动力越大。同时水流动能够加快传热传质过程,为水合物分解提供额外的驱动力。在快速降压结合水流动模式中,较高背压下水流动为水合物分解提供主要的驱动力;在梯度降压结合水流动模式中,降压和水流动共同为水合物提供分解驱动力,对水合物分解的促进作用更加显著。     

射流对绕水翼云空化流动抑制机理研究

为理解绕水翼云空化流动的发展机理和探究水翼吸力面开孔射流的影响,采用密度修正的RNG k-ε湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型对原始NACA66(mod)水翼和采用射流后的水翼的云空化非定常过程进行模拟和对比分析;采用在水翼吸力面近壁区设立监测线的方法对近壁区的流场进行监测,得到近壁区汽相体积分数、回射流速度、压力及压力梯度的时空分布云图;开展了云空化流场特性的涡动力学分析,进而分析水翼云空化的发生机理和射流抑制空化的抑制机理.结果表明:游离型空泡在下游溃灭时产生强烈的局部高压,其向上游传播导致前缘空穴的一次回缩,而空穴的二次回缩受回射流的影响.回射流的发展区域受限于较高的压力梯度,高的压力梯度一直存在,但回射流在一个周期内的首次出现需要时间的积累.在水翼吸力面射流使得射流孔附近压力升高,弥补了由于空化和绕流造成的压降,压力梯度增大,抗逆压能力增强,对回射流起到阻挡作用;另一方面,射流使得回射流区域面积和回射流的强度也有所减小,从而对云空化的发展起到抑制的效果.Q准则的涡结构云图相比于汽相体积分数云图能显示复杂的流动结构,前缘附着型空穴和尾缘游离型空穴内存在旋涡,回射流对空穴存在剪切作用造成空穴脱落.而射流对空穴和回射流的剪切和阻挡使云空化发展得到抑制.     

液滴撞击液膜的射流与水花形成机理分析

建立了单液滴撞击平面液膜的物理与数学模型,采用Coupled Level Set and Volume of Fluid方法对这种现象进行了数值模拟,探讨了黏度和表面张力对冠状水花形态的影响.通过分析撞击后液体内部的压力和速度分布,揭示了液滴颈部射流的产生机理,验证了Yarin和Weiss提出的运动间断理论.研究显示,表面张力对冠状水花形态的影响远大于黏度的影响.颈部射流的产生主要是由于撞击后颈部区域局部较大压差造成的,随着撞击过程的继续,压差作用减弱;液膜内流体的径向运动对射流发展成冠状水花具有推动作用.     

氢键受体与供体数目比与溶质浓度的关系

利用分子动力学方法, 对不同浓度下的甘油水溶液进行了模拟, 分析了溶液的密度和氢键. 模拟得到的密度值与实验值吻合良好, 误差均在5%以内. 研究发现, 水的总受体个数与总供体个数的比值Ф与甘油的浓度cg存在线性关系. 随着溶液浓度的增大, Ф值不断下降, 而其下降值与溶液浓度存在线性关系, 即Ф(0)－Ф(cg)＝bcg.