基于贴体网格的VOF方法数模流场研究

提出了一种基于VOF方法的模拟具有复杂边界形状结构物附近流场的新算法,BFC—SIMPLE—VOF算法。采用坐标变换方法实现了任意复杂区域的结构化网格划分,在贴体网格下对二维不可压缩粘性流体的控制方程进行了离散。提出了基于交错网格的修正SIMPLE算法来迭代求解压力一速度场,修正了贴体坐标下的界面跟踪方法（VOF方法）...     

轴流式喷水推进器泵级内部流场的数值计算

采用数值计算的方法,研究了轴流喷水推进器泵级模型的内部三维紊流流场和性能。计算针对泵级的进口到喷水推进器的出口进行,包括进水区域、叶轮、导流壳区域的泵级整个流道。采用结构网格对计算区域进行剖分,应用NUMECA软件对控制方程进行求解。选用Spalart-Allmaras一方程紊流模型,使用时间推进法计算流场中的流动参数。并根据流场计算结果对泵级的流量-扬程特性和流量-效率特性进行了预测。计算与实验结果对比表明,二者取得了较好的一致,说明采用的计算方法具有较好的可信性及较高的计算精度。根据流场计算结果,对泵级的性能进行了分析。     

基于数值计算的斜流泵级性能改进

采用CFD数值模拟的方法对斜流泵级内部三维紊流流场进行计算,预测了其效率-流量、扬程-流量特性,并与实验结果进行了对比验证。根据得到的流场结果,通过斜流泵级水力尺寸改进-数值模拟分析的循环工作,在最终改进的斜流泵级预测流场中减少了泵内流场的漩涡运动,避免了出口回流的产生,削弱了叶顶间隙泄漏涡,提高了斜流泵级的效率,改进了能量特性,得到了斜流泵级改进前后流场与效率的对比。     

叶片式混输泵内气液两相流的数值计算

气液两相流的数值模拟是多相混输技术研究中的一个难点.本文假定混输泵叶轮内为泡状流动,基于雷诺时均N-S方程和气液两相双流体模型,采用SIMPLEC算法,对叶片式混输泵叶轮内部两相三维紊流流场进行了数值计算,分析了水气混合工况下的流场分布特点.对含气率GVF=15%工况下的扬程特性进行了预测并与试验结果进行对比.数值计算结果表明,混输泵叶轮流道采用较小的径向尺寸差能较好地避免离心力所引起的气液分离,防止气堵现象的发生;叶轮进口部分存在的低压旋涡区容易使气体积聚,因此有必要进一步改进叶轮进口区的水力设计.     

绕Hydronautics水翼空化云流动的实验研究

采用高速全流场显示技术和DPIV对空化水翼近壁处的空化云流动形态和运动机理进行了讨论.结果表明:绕Hydronautics翼型的空化云运动是一个准周期性过程:稳定空泡团初生在翼型前部,向翼型后部发展布满整个翼面,在翼型后缘出现汽泡团旋涡,伴随反向运动,最终向下游脱落.当前条件下空泡团旋涡脱落周期约为74 ms.空化区与主流区的交界面上存在较大的速度梯度,一组对涡出现在翼型尾部处交界面上.此外,采用以空泡为示踪粒子的DPIV能够对空化流动流速分布进行有效测量.     

空化可压缩流动空穴溃灭激波特性研究

为深入研究空化可压缩流动中空泡/空泡团溃灭过程中激波产生、传播及其与空穴相互作用规律,本文采用数值模拟方法对空化可压缩流动空穴溃灭激波特性展开了研究.数值计算基于OpenFOAM开源程序,综合考虑蒸汽相和液相的压缩性,通过在原无相变两相可压缩求解器的控制方程中耦合模拟空化汽液相间质量交换的源项,实现了对空化流动的非定常可压缩计算.利用上述考虑汽/液相可压缩性的空化流动求解器,对周期性云状空化流动进行了数值模拟,并重点研究了空穴溃灭激波特性.结果表明:上述数值计算方法可以准确捕捉到空穴非定常演化过程及大尺度脱落空泡云团溃灭激波现象,大尺度脱落空泡云团溃灭过程分为3个阶段:(1) U型空泡团形成; (2) U型空泡团头部溃灭; (3) U型空泡团腿部溃灭.在U 型空泡团腿部溃灭瞬间,观察到激波产生,并向上游和下游传播,向上游传播的激波与空穴相互作用,导致水翼吸力面新生的附着型片状空穴回缩,直至完全溃灭.并且空穴溃灭激波存在回弹现象, 抑制了下一周期的空化发展.      

空化可压缩流动空穴溃灭激波特性研究

为深入研究空化可压缩流动中空泡/空泡团溃灭过程中激波产生、传播及其与空穴相互作用规律,本文采用数值模拟方法对空化可压缩流动空穴溃灭激波特性展开了研究.数值计算基于OpenFOAM开源程序,综合考虑蒸汽相和液相的压缩性,通过在原无相变两相可压缩求解器的控制方程中耦合模拟空化汽液相间质量交换的源项,实现了对空化流动的非定常可压缩计算.利用上述考虑汽/液相可压缩性的空化流动求解器,对周期性云状空化流动进行了数值模拟,并重点研究了空穴溃灭激波特性.结果表明:上述数值计算方法可以准确捕捉到空穴非定常演化过程及大尺度脱落空泡云团溃灭激波现象,大尺度脱落空泡云团溃灭过程分为3个阶段:(1) U型空泡团形成;(2) U型空泡团头部溃灭;(3) U型空泡团腿部溃灭.在U型空泡团腿部溃灭瞬间,观察到激波产生,并向上游和下游传播,向上游传播的激波与空穴相互作用,导致水翼吸力面新生的附着型片状空穴回缩,直至完全溃灭.并且空穴溃灭激波存在回弹现象,抑制了下一周期的空化发展.     

栅中空化水翼的水动力特性

采用实验的方法研究了栅中水翼的空化水动力特性.实验在空化水洞中完成,采用高速摄像技术观测了不同空化阶段的空穴形态,并测量了栅中水翼所受的升阻力.结果表明:在空化没有发生时,栅中水翼所受升阻力随雷诺数的增加而增大;当空化产生时,不同的雷诺数下栅中水翼空化动力特性随a/2a的变化趋势一致;在相同的雷诺数下,当4>σ/2α>2.8时,栅中水翼升力系数变化的频率基本不随σ/2α改变,最大空穴长度小于水翼弦长,此时St=0.11;当σ/2α<2.8时,栅中水翼升力系数变化的频率增加,对应的St=0.28.     

冲蚀地形上悬跨海底管线涡激振动试验研究

为了给海底管线服役期间的安全评估提供科学依据,基于水弹性相似关系,对海底管线服役期间常见水流环境条件下,冲蚀地形上悬跨弹性海底管线涡激振动进行试验研究.采用粘贴于管线内壁的应变片测量振动过程中的应变.通过与平底地形上相关研究结果进行对比分析发现:冲蚀地形上悬跨海底管线涡激振动强度与振动频率均受到冲蚀地形的影响;振动强度随水流折减速度的变化比平底地形要快,在相对冲坑长(悬跨长)L/D为20与L/D为35时涡激振动强度的差别较平底地形上悬跨管线要小得多;管线垂向振动频率随冲蚀地形冲坑长度的减少而增大;冲蚀地形上悬跨管线周围的斯特劳哈尔数St在0.21左右.比相同雷诺数下平底地形上悬跨管线周围St数略大.     

绕水翼超空化流动形态与速度分布

为揭示超空化流场结构特性,利用高速全流场显示技术,观察了绕hydronautics水翼的超空化流动形态,并利用数字粒子图像测速仪(DPIV)测量了其速度分布. 在测量空穴内部流速分布时,采用空化流场中的空化泡作为示踪粒子来显示流动结构. 结果表明:随着空化数的降低,超空化流动显现出了明显的阶段特征,其中水汽混合相和汽相的分布决定了空化区域的形态与流速分布;空化区和主流区的汽液交界面处存在着较大的速度梯度;低速分布区域随着空化数的降低由水翼吸力面中后部向水翼下游移动;在空化区域内部,水汽混合区的速度相对较低,而汽相区则与主流区有着相近的速度分布.关键词超空化水翼、DPIV、高速摄像、空化形态、流速分布