底部加热长方体腔内自然对流的非线性特性

采用SIMPLE算法,QUICK差分格式,对底部加热三维长方体腔内空气的自然对流进行了数值模拟。根据模拟结果,探讨了方腔内流体流动与换热的静态分岔与振荡等非线性现象。数值结果显示,在固定的几何尺寸和不同Ra的情况下,当初始场不同时,会出现若干不同的解,即存在解的静态分岔;在固定的几何尺寸和相同的初始场情况下,低Ra时流动和换热处于稳态,当Ra超过某一临界值时,流动和换热就会随时间振荡,并通过倍周期分岔过渡到混沌;当方腔的几何尺寸不同时,分岔点的特征值Ra也发生变化。     

二维顶盖驱动半圆腔内流动MRT-LBM研究

本文采用多弛豫时间格子玻尔兹曼方法(multi relaxation time lattice Boltzmann method—MRT LBM)对二维顶盖驱动半圆腔内流动进行了数值模拟,得到了雷诺数为500～50000范围内半圆腔内流场分布情况。在二维顶盖驱动半圆腔流场中,随雷诺数的增大,流场内旋涡的数目逐渐增加,且流动依次呈现出稳定流、周期流、混沌流等状态。本文计算结果表明,MRT-LBM模型可显著提高计算的稳定性,适用于大范围的雷诺数流动情况。     

涡流二极管内空化流动的实验研究

为了研究涡流二极管内空化流动的发展过程及对其性能的影响,对其空化现象的标志性现象—空气柱进行了试验研究,试验中捕捉了空气柱的形成过程,记录了不同雷诺数及不同出口背压下的空气柱尺寸,最后测量并对比了不同空气柱尺寸下的涡流二极管的性能。试验结果表明;空气柱是微气泡由于亨利定律在旋转流场形成的压力梯度下而发生的输运效应形成的;空气柱随雷诺数的增大而增大,不同雷诺数下的增大速度有所不同;相同流量下,出口背压越大,空气柱尺寸越小,涡流二极管的性能越高。上述结论对涡流二极管的设计及其指导工程应用具有重要的价值。     

紧致方法对流动换热及静态分岔的模拟

发展了基于投影法的紧致方法求解流动换热问题,对顶盖驱动流和侧壁加热的方腔内自然对流换热问题进行了数值模拟。与其它传统方法相比,紧致方法能在较少的网格结点下获得精度较高的计算结果。进一步,采用所发展的紧致方法对不同工况下的Rayleigh-Benard对流及其静态分岔现象进行了数值模拟。数值计算结果表明当长宽比变大时,底部努塞尔数会有小幅度增加。当长宽比为8时,用所发展的紧致方法不同的初场可以得出三种不同的流场和温度场。与基于QUICK格式的SIMPLE算法相比,所发展的紧致方法可以多预测一种静态分岔现象。     

水平板自然对流换热的非线性特性

采用SIMPLE算法,QUICK差分方案,对封闭方腔内水平板自然对流换热进行了数值模拟.数值结果显示,低Ra数时流动和换热处于稳态,当Rayleigh数超过某一临界值时,流动和换热就会发生非稳态振荡,此时流动和换热表现出非对称性.对不同Rayleigh数,流动和换热通过单周期分岔从稳态过渡到非稳态,并通过倍周期分岔过渡到混沌.在混沌区,仍然会出现周期性窗口,并且数值结果与初始条件有关.     

二维方腔内对流换热的场协同分析

通过对协同方程的求解,得到在二维方腔内换热效果最优的流场形态随粘性阻力的增加而转变的现象。本文利用附加体积力和挡板的手段,用数值方法再现了粘性耗散不同时最优流场的几种流动形态。不同工况下的数值结果证实了换热效果较好的流动形态会随着粘性阻力的增加而发生转变的观象。最后,讨论了挡板热导率等参数对换热效果的影响。     

电磁力控制湍流边界层分离圆柱绕流场特性数值分析

在亚临界区高雷诺数Re=1.4×105下,采用脱体涡模拟结合湍流分离的方法对弱电解质中电磁力作用下湍流边界层分离圆柱绕流场及其升(阻)力特性进行了数值模拟和分析.结果表明,电磁力可以提高圆柱体湍流边界层内的流体动能,延缓圆柱体湍流边界层的流动分离,减弱圆柱体湍流绕流场中在流向和展向上大尺度漩涡的强度,减小圆柱体阻力时均值及其升力脉动幅值.当电磁力作用参数大于某个临界值后,湍流边界层流动分离消失,在圆柱体尾部产生射流现象,从而电磁力对圆柱体产生净推力作用,出现负阻力现象,而且升力脉动幅值接近于零,出现圆柱体升力消失现象.     

具有径向进出流的转—静盘腔流动与换热的数值研究

本文对具有径向进出流的转－静盘腔结构的流动和传热过程进行了数值计算研究,文中研究了旋转雷诺数和无量纲流动速率对盘腔内流动换热过程的影响。在盘腔的核心区采用标准的κ－ε模型,近壁区采用Ｌａｕｎｄｅｒ－Ｓｈａｒｍａ低雷诺数ｋ－ε模型。与实验结果的对比表明本文的计算方法是合理的,计算结果揭示了该型盘腔结构的流动传热基本特征和规律。     

离心压气机进口导叶尾涡非定常发展的数值研究

本文在不同攻角和不同雷诺数Re下,对离心压气机进口导叶的内部流动进行了数值分析,探讨了导叶翼型绕流尾涡的非定常发展过程。结果表明,对本文所研究的导叶,攻角在30°～60°范围内,当雷诺数Re低于80时,流动是稳定的,翼型后方不出现大尺寸的流动分离;雷诺数Re大于80时,流动是非稳态的,此时翼型后方出现流动分离,并伴随有显著的涡脱落。     

二维空腔黏性流的格子Boltzmann方法模拟

用13速六方格子BhatnagarGrossKrook(缩写为BGK)模型模拟二维空腔黏性流.给出了上边界流体作匀速运动时,具有不同雷诺数的空腔黏性流的流场速度分布情况,模拟了在雷诺数Re=3000时,流场中的涡旋形成过程及流场稳定后,腔内密度、压力和温度的分布情况 关键词：     

雷诺数为15 000方腔环流的基准解和周期性分析

采用边界拟合法,结合基于结构网格的四叉树加密方法生成的高质量非均匀网格,研究雷诺数为15 000方腔环流周期性演化.利用傅里叶分析和相空间轨迹等方法研究流场演化的周期性行为以及流场动能的空间分布,确定周期性流动的基频和相对应的周期.研究发现：流场周期演化过程中,在主涡低频背景下,靠近方腔壁面、左上角、左下角以及右下角的高阶次涡具有高频演化规律.给出流场处于两种特征状态时的流场基准解.     

方腔内双扩散混合对流振荡特性研究

本文利用计算流体力学CFD技术,对内置发热圆的方腔内双扩散混合对流的振荡特性进行了数值模拟研究。发热圆为高温高浓度且位于方腔中心,低温低浓度的流体从方腔左侧底部流进,右侧顶部流出。在不同的理查德数Ri(0.001≤Ri≤1.0)和发热圆直径和方腔边长的比值S(0.2≤S≤0.6)下,利用时间历程和相空间轨迹法来量化分析方腔内部的振荡特性。研究结果表明:当Ri=0.001时,在S=0.6的情况下,方腔内双扩散混合对流呈现出周期性振荡状态;在S=0.2和0.4的情况下,方腔内双扩散混合对流呈现出非周期性振荡状态。而当Ri≥0.005时,无论S为多大,方腔内双扩散混合对流均呈现出稳定流动状态。     

低雷诺数下矩形竖腔内混合对流的格子Boltzmann方法模拟

文中采用格子Boltzmann力矩模型模拟了不同纵横比(A)、瑞利数(Ra)、雷诺数(Re)下两维矩形腔内的混合流动,得到不同条件下矩形腔内的流线和等温线图,并描述了其特点.模拟结果表明,在低雷诺数下,当强制对流占主导时,换热可看作矩形腔内上部强制对流换热Nucv加权该部分尺寸与下部导热Nucd加权下部导热尺寸的综合作用结果.得到整体换热强度随纵横比变化的经验公式,并给出其适用范围.     

驻涡燃烧室后驻体形状选择冷态数值研究

因具有低排放和宽广工作范围等性能的优势,驻涡燃烧室越来越受到人们的关注。在冷态条件下对几种驻涡燃烧室后驻体造型形式的流场进行数值研究,发现不同后驻体造型形式不公改变驻涡腔内气体流动的速度,而且引起驻涡腔内旋涡运动方式不同。计算结果表明方形后驻体造型时能形成驻涡腔内气体较低速度流场,形成的旋涡结构有利于提高驻涡燃烧室性能。     

低阶格式在大涡模拟计算中的适用性

采用三维Taylor-Green涡作为研究对象,利用工程中常用的低阶数值格式,研究格式本身的数值误差对大涡模拟计算的影响.结果表明:三种数值格式的数值耗散行为都与亚格子模型行为类似,即在小雷诺数下,流场比较光滑时,耗散很小,当雷诺数增加,流动转捩为湍流,流场梯度增大,耗散显著增大.对于MUSCL格式和二阶有界中心格式,在高雷诺数下,亚格子尺度模型没有明显改善计算结果,但也没有使计算结果恶化.中心格式相比其它两种格式,数值耗散最小,但是在高雷诺数湍流情况下,中心格式的数值耗散仍然主导了能量的耗散,再添加亚格子模型,计算结果反而变得稍差.对于工程中的低阶格式而言,采用中心格式计算大涡模拟是比较好的选择,而且在计算不存在稳定性问题时,采用不添加亚格子模型的隐式大涡模拟效果更好.     

不连续冷源布局多孔介质内热流耦合LBM数值模拟

为研究不连续冷源边界对内置发热体多孔介质方腔内传热及流动的影响,采用格子Boltzmann方法对REV尺度下多孔介质方腔内的自然对流进行计算,并研究瑞利数（Ra）、达西数（Da）、孔隙度对多孔介质方腔内传热流动的影响.发现Da对方腔内的流体流型影响很大,Da为10^-4时,多孔介质方腔内只有一个涡流,而Da为10^-2时,方腔内有两个涡流.增大Ra、Da、孔隙度可以提高冷源壁面的平均努赛尔数（Nu）,增强散热效果,孔隙率对平均Nu影响程度和Da的大小有关.当冷源布置在壁面上方,壁面的平均Nu随Ra的增加剧烈变化,方腔处于高Ra条件下时,将冷源布置在边界的上方可以提高散热效果.6种布置方案中Case 6的散热效果最好.     

三维曲面腔顶盖驱动流的MRT-LBM研究

采用多松弛时间格子玻尔兹曼方法(MRT-LBM)的D3Q15模型分别对长方体腔、圆柱腔、半圆柱腔、旋转双曲面腔、旋转椭球面腔、半球腔以及两种组合腔体的三维顶盖驱动腔流进行数值模拟, 比较分析各腔体内流线分布、流速等值线分布和涡心的发展, 对于典型腔体模拟不同雷诺数下的流动情况。结果表明: 在同一雷诺数下, 曲面边界不仅能消除从边界产生的次涡, 还会导致腔内主涡的分离, 增大中心纵剖面纵向回流速度; “上长方体+下半圆柱”腔内流函数分布与边界贴合度最高。当雷诺数不断增大时, 半圆柱腔内主涡逐渐分离成两个同向涡, “上圆柱+下半球”腔内始终保持着圆柱腔与半球腔内的基本流动特征; 而长方体腔内主涡涡心保持在同一高度, 次涡逐渐增强, “上长方体+下半圆柱”腔内流动愈加规则, 主涡逐渐下沉, 流速等值线分布逐渐趋于中心小、四周大。     

神经网络对于翼型绕流流场的重构

本文试图通过神经网络重构二维低雷诺数翼型绕流非定常流场。首先通过局部径向基函数(LRBF)求解器求解不可压缩流动控制方程得到计算域内流场信息,然后随机选取一些时空域内的数据点(包含位置信息和速度信息)作为训练数据代入神经网络进行训练。先学习训练得到流动的雷诺数后进行流场的重构,并与LRBF求解器得到的数值结果进行对比。流动计算中雷诺数设置为200,攻角为20°,计算域离散采用局部节点加密技术以减少计算量。     

光腔与扩压器化学反应流场优化数值模拟

氧碘化学激光器(COIL)在化学反应条件下,由于光腔及扩压器的气流通道内存在残余化学反应放热,从而导致"热堵"现象发生,影响了扩压器的正常启动及光腔内超声速流场的流动品质。采用数值模拟方法对COIL光腔与超声速扩压器流道内的化学反应流场进行研究,对超声速扩压器插入段的长度、楔形体的数量级扩散段长度对化学反应流场的影响进行研究。数值模拟结果表明:通过优化插入段及楔形体长度、取消扩压器侧壁的半楔形体,改善了因化学反应放热对光腔及扩压器流场造成的不利影响。优化后,光腔内的流动不再受气流分离产生的斜激波的影响,扩压器二喉道内的分离现象消失,扩压器壁面的分离区减小,出口流动更加均匀,"热堵塞"现象消失。化学反应条件下的气流总压损失比冷流时提高约15%,光腔与扩压器的总压恢复系数为0.426,进出口的静压比为3.75,比优化前提高了约25%。     

光学窗口凹腔流场的光学传输效应研究

当带有光学成像探测制导系统的高速飞行器在大气层内飞行时,光学窗口与来流之间会形成复杂的凹腔绕流流场,产生气动光学效应。建立了求解超声速流场的高精度LES/RANS混合算法模型,研究了超声速流动条件下的Settles三维凹腔流动;在计算得到精确流场数据的基础上,研究了凹腔剪切层区域的光学传输效应。结果表明,凹腔流动的剪切层结构将引起光线抖动,导致严重的波面畸变,明显降低光强斯特雷尔(Strehl)比,严重影响光学传输性能,进而大大降低光学制导精度。