分隔板偏角对圆柱受力和脱涡频率的影响

钝体后安装分隔板是一种有效的被动控制技术,本文采用有限体积法对非稳态二维层流下的圆柱-分隔板结构绕流进行了数值计算。研究了中等雷诺数（Re=100～500）下,分隔板与来流方向存在夹角时（θ=0°～45°）的圆柱绕流特性。结果表明不同Re数下,圆柱阻力和升力系数等反映流动特性的参数随分隔板偏角而变化;阻力系数最小值对应...     

纵向受迫振荡圆柱绕流问题的数值模拟

用有限体积法对平行于均匀来流方向受迫振荡的圆柱绕流问题进行了二维数值模拟.雷诺数选取Re=200、855、4000等几种亚临界雷诺数情况.通过研究不同振幅和振动频率下的流场结构和一些重要流动参数如升阻力系数、Strouhal数等随Re数、KC数、Stokes数的变化关系,验证了实验中观察到的一定条件下发生的\"频率锁定\"现象,并将涡脱落方式划分为三种主要模态.文中引入网格速度,对常用的处理速度与压力耦合的SIMPLE算法作了适当的补充和修改,以适应随时间变化的网格坐标.     

Simulation of the inherent turbulence and wake interaction inside an infinitely long row of wind turbines

The turbulence in the interior of a wind farm is simulated using large eddy simulation and the actuator line technique implemented in the Navier–Stokes equations. The simulations are carried out for an infinitely long row of turbines simulated by applying cyclic boundary conditions at the inlet and outlet. The simulations investigate the turbulence inherent to the wind turbines as no ambient turbulence or shear is added to this idealised case. The simulated data give insight into the performance of the wind turbines operating in the wake of others as well as details on key turbulent quantities. One of the key features of wakes behind wind turbines is the dynamic wake meandering, which is shown to be related to the wind turbine spacing and the vortex shedding from the turbine as a bluff body. The flow is analysed and reconstructed by applying proper orthogonal decomposition.     

基于Gappy POD的流场数据填补方法

本征正交分解方法(proper orthogonal decomposition,POD)是一种数据驱动的流场特征信息提取技术,可以按能量大小给出流场的结构模态,并且可以通过较少阶模态叠加获得高阶数据的近似描述.将该方法结合一组线性方程,即构成Gappy POD方法,可实现对缺失流场的重构.论文从样本数据已知和样本数据不完全已知两种情况展开,对Gappy POD方法在缺失流场数据填补方面的应用进行了研究.首先,对于样本数据已知的情况,研究了样本参数范围内任意参数值下的重构能力;其次,对于样本数据不完全已知的情况,研究了模态阶数、缺失率以及样本数对缺失流场重构精度的影响规律.结果表明,Gappy POD方法可以高效再现参数范围内的任意完整流场数据.但是,对于缺失率较高的样本集,需要适当增加样本数以提高重构精度.     

纳米尺度绕流现象中流体分子运动行为研究

采用分子动力学模拟方法,研究纳米尺度低Re数(Re=20)条件下,氩流体流过铂(FCC(100))金属圆柱的绕流现象.从流线和速度矢量分布两方面刻画涡的周期性产生、发展和脱落过程.结果显示,一个涡脱落周期大约为0.3 ns,斯特劳哈尔数St约为0.2;时均对称涡的长度是圆柱直径的1.4倍,涡径与圆柱直径相当.从速度场和密度场的角度刻画回流区,并进一步研究典型区域(圆柱中心线附近区域及下游邻近区域)的速度分布特性.     

基于间断有限元方法的并列圆柱层流流动特性

基于高阶的间断有限元方法, 数值模拟低马赫数下并列圆柱的可压缩层流流动, 捕捉并列圆柱流场中的漩涡结构, 以便分析并列圆柱尾流的流动特性. 针对二维圆柱的边界形式, 采用曲边三角形单元构造二维圆柱的曲面边界, 以适应高阶离散格式的精度. 在验证方法合理性的基础上, 分析圆柱间距及雷诺数对漩涡脱落及受力特性的影响规律. 研究结果表明: 并列圆柱的间距是影响流场流动特性的一个主要因素, 它会改变圆柱漩涡脱落的形式. 随着圆柱间距的增加, 上下圆柱的平均阻力系数及平均升力系数的绝对值随之显著下降. 雷诺数对于平均阻力系数的影响相对较小. 但随着雷诺数的增加, 上下圆柱的平均升力系数会随之降低, 而漩涡的脱落频率会随之增大.     

数值模拟圆柱绕流旋涡运动及尾流不稳定性分析

1引言流体绕过圆柱所产生的非定常旋涡运动以及由此引起的流动不稳定性在理论和实践上都具有重要的意义。数值模拟圆柱绕流旋涡产生及演化过程，探讨圆柱尾流涡街产生的机制，控制尾迹不同速度型以抑制涡街的产生，避免涡激振动在工程上造成破坏作用具有重大实际意义。为使问题简化，本文以二维圆柱绕流作为研究对象。该流动涉及到非定常分离，旋涡的形成、运动及发展，流动不稳定性质改变等许多未完全解决的问题。B。had等山对圆柱突然起动问题作了一系列实验研究。文献门对二维圆柱绕流问题作了系统数值研究。本文采用文献门提出的差分格…     

高超临界雷诺数区间内二维圆柱绕流的实测研究

实测强风工况下高度167 m的徐州彭城电厂冷却塔的表面风荷载,并归纳历史上其他研究人员给出的实测结果,以丰富高超临界雷诺数(Re)区间二维圆柱绕流的试验成果.在低湍流度均匀流场和高湍流度大气边界层流场中分别开展4种风速8类粗糙度条件下的冷却塔刚性模型测压风洞试验,通过对比低雷诺数(Re=2.1×10~5—4.19×10~5)条件下的风洞试验结果和高雷诺数(Re=5.4×10~7—1×10~8)条件下的现场实测结果研究各种静动态绕流特征随雷诺数的变化规律,重点考察雷诺数无关现象的产生条件.研究结果表明,对于物表相对粗糙度在0.01以上的圆柱绕流,雷诺数不相关现象存在于很宽的雷诺数范围(2×10~5Re1×10~8)内;增大来流湍流度亦能引起的雷诺数无关现象,但此时该现象可能仅存在于一个较窄的低雷诺数范围内.     

掠过双板流动引起的旋涡脱落特性数值模拟

板状燃料组件在先进核反应堆中得到重要应用.流体以一定的流速轴掠板状组件时会导致板后产生旋涡脱落现象.旋涡脱落有可能引发板状燃料组件的流致振动.使用BELIEF程序,通过改变方柱间距模拟了Re=200情况下刚性矩形通道内不同节距条件下双平行方柱的旋涡脱落现象,得出了双柱间节距对双平行方柱旋涡脱落特性的影响,并进一步对双平...     

基于自适应本征正交分解混合模型的跨音速流场分析

采用非线性模型替代线性回归模型响应本征正交分解(POD)基函数的系数,并采用自适应抽样方法确定快照集合,实现了基于自适应POD混合模型的跨音速叶片复杂流动分析及流场拟合.首先通过比较基于线性回归模型和非线性回归模型的基函数系数响应精度,验证非线性回归模型的收敛性和精确性;之后通过与静态抽样方法进行对比,研究分析自适应抽样技术的优越性;最后开展基于自适应POD混合模型的全三维跨音速流场分析及流动拟合.结果表明,采用自适应POD混合模型,不仅能够清晰地识别三维跨音速流场中的敏感流动特征,还能精确地拟合设计空间内任意状态的流场及出口气动参数.     

On vortex shedding from a hexagonal cylinder

The unsteady wake behind a hexagonal cylinder in cross-flow is investigated numerically. The time-dependent three-dimensional Navier-Stokes equations are solved for three different Reynolds numbers Re and for two different cylinder orientations. The topology of the vortex shedding depends on the orientation and the Strouhal frequency is generally higher in the wake of a face-oriented cylinder than behind a corner-oriented cylinder. For both orientations a higher Strouhal number St is observed when Re is increased from 100 to 500 whereas St is unaffected by a further increase up to Re=1000. The distinct variation of St with the orientation of the hexagonal cylinder relative to the oncoming flow is opposite of earlier findings for square cylinder wakes which exhibited a higher St with corner orientation than with face orientation.     

基于本征正交分解的气动优化设计外形数据挖掘

气动外形的全局优化设计会产生大量的过程数据,其中隐含的设计知识具有较高的挖掘价值.数据挖掘有助于获取直观、可定性描述的设计知识.本文采用基于本征正交分解的数据挖掘方法从气动优化设计的过程数据中获取设计知识,数据挖掘对象为跨音速压气机转子叶片NASA Rotor 37的优化过程数据,该数据由基于粒子群方法的绝热效率最大化优化设计产生.结果表明:基于本文数据挖掘方法获取的设计知识能够直接反映气动外形的变化规律,为叶片的气动外形设计提供参考;数据挖掘的设计知识成功地验证了优化设计结果的有效性.     

Vortex dynamics of a trapezoidal bluff body placed inside a circular pipe

The influence of Reynolds number and blockage ratio on the vortex dynamics of a trapezoidal bluff body placed inside a circular pipe is studied experimentally and numerically. Low aspect ratio, high blockage ratio, curved end conditions (junction of pipe and bluff body), axisymmetric upstream flow with shear and turbulence are some of the intrinsic features of this class of bluff body flows which have been scarcely addressed in the literature. A large range (200:200,000) of Reynolds number (Re_D) is covered in this study, encompassing all the three pipe flow regimes (laminar, transition and turbulent). Four different flow regimes are defined based on the distinct features of Strouhal number (St)–Re_D relation: steady, laminar irregular, transition and turbulent. The wake in the steady regime is stationary with no oscillations in the shear layer. The laminar regime is termed as irregular owing to irregular vortex shedding. The vortex shedding in this regime is observed to be symmetric. The emergence of separation bubble downstream of the bluff body on either side is another interesting feature of this regime, which is further observed to be symmetric. Two pairs of mean streamwise vortices are noticed in the near-wake regime, which are termed as reverse dipole-type wake topology. Beyond the irregular laminar regime, the Strouhal number falls gradually and vortex shedding becomes more periodic. This regime is named transition and occurs close to the Reynolds number at which transition to turbulence takes place in a fully developed pipe. The turbulent regime is characterised by a nearly constant Strouhal number. Typical Karman-type vortex shedding is noticed in this regime. The convection velocity, wake width formation length and irrecoverable pressure loss are quantified to highlight the influence of blockage ratio. These results will be useful to develop basic understanding of vortex dynamics of confined bluff body flow for several practical applications.     

纳米尺度圆柱绕流现象的分子动力学模拟研究

本文采用分子动力学模拟方法,利用Lennard-Jones(L-J)势能模型,模拟了Re为28时Ar流体流过Pt纳米圆柱的绕流现象.采用小步长时均值作为涡的瞬时值的方法,在纳米尺度、纳秒量级下得到了涡的周期性产生、组合、发展和脱落现象;在大步长时均条件下,得到了稳定的对称涡,表现出了绕流现象在不同时间范围内的不同特征.绕流过程还体现了流体的密度变化,圆柱上游密度大于下游密度、对称的两侧离轴线越远密度越大.结果表明,分子动力学模拟方法可以有效地细节刻画圆柱绕流现象.     

风力机翼型气动计算的降阶模型研究

将基于POD的降阶模型应用于风力机翼型的气动研究。首先应用CFD数值模拟得到一系列快照结果;应用基于本征正交分解(POD)的方法得到流场的一组基模态,认为对于所研究的问题,任一流场可以由这些基模态通过线性表达得到;对控制方程进行Galerkin投影,得到降阶模型,将离散求解N-S方程的问题转化为一组只有十几个自由度的常微分方程,从而减少计算时间,提高计算效率。并对二维翼型的绕流的定常和非定常问题进行了分析,计算结果表明,降阶模型可以较好地捕捉流动的特征,与直接CFD模拟相比计算精度相当,但大幅有效地提高了计算效率。     

基于聚类分析的降阶模型在低渗透油藏数值模拟中的应用

基于全隐式法求解考虑低渗透油藏流动过程中启动压力梯度影响的二维油水两相流动数学模型;利用本征正交分解法从获取的快照中提取基函数,将原模型投影到基函数展成的低维子空间中构造相应的降阶模型;考虑到依据等时间间隔获取的快照的缺陷,利用CVT-Lloyd算法对快照进行聚类分析.实例计算表明:通过本征正交分解法构造降阶模型能很好地对原模型进行近似;通过基于聚类分析处理快照后,一方面减少数据冗余,生成空间分布更均匀的快照集合从而提高降阶模型的精度,另一方面过少的聚类数可能导致快照信息的缺失,影响最后模型的精度.