离心泵叶轮内气液两相三维流动数值研究

本文采用欧拉模型对离心泵叶轮内气液两相泡状流动进行了数值模拟。分析了叶轮内压力、速度等的分布规律,发现在靠近轮盖侧吸力面入口附近压力较低,气液两相速度较大,气泡容易凝聚而导致含气率较高;靠近轮盘处含气率较低。分析了不同进口截面含气率对叶轮内部两相流动的影响机理,建立了进口截面含气率对内部相态分离及泵外特性的影响关系。     

液环泵内过压缩特性及排气口单向阀工作机理

针对液环泵内易发生的气体过压缩现象,采用VOF两相流模型对液环泵压缩机工况下的内部气液两相流动进行数值模拟,研究排气口前端单向阀的开启对液环泵流动结构及性能的影响,分析不同压缩比工况下泵内的压力分布以及相态分布等规律。结果表明,随着液环泵排气口压力的降低,液环泵排气口前端容易发生过压缩现象,过压缩现象会导致液环泵的功率损失增大,降低液环泵的效率。排出口压力越低,则过压缩现象越严重。在低压缩比工况下排气口前端的单向阀在压差的作用下自动开启,可以有效地避免发生过压缩现象,提升液环泵的效率及吸气量。为分析排气口前端单向阀面积变化规律对液环泵性能的影响,在原始设计的基础上提出三种不同面积变化规律的单向阀布置,对比分析发现,低压缩比工况下适当增大排气口前端单向阀的面积可以有效地提高液环泵的吸气量,降低阀孔流速,提升液环泵的性能。     

对称槽道涡波流场流动特征的POD分析

为深入分析层流状态下对称槽道内涡波流场的流动特性及其变化规律,对流场进行了二维粒子图像测速(2DPIV)测量获取瞬态速度矢量数据,利用本征正交分解(POD)技术进行模态分解以及涡波流场的重构,然后根据重构的流场对对称槽道内涡波流场进行了平均速度剖面、流场脉动强度以及特征点的速度和频谱分布等方面的分析。结果表明:POD的前15阶模态能够表征涡波流场的主导结构,第1,3阶模态主要表现为一对旋向相反的涡对特征,第2阶模态具有涡旋和波状主流的特征;提取了5个涡旋涡核的位置作为流场流动特性的特征点;根据POD重构流场分析发现流向平均速度呈抛物线形状分布,法向平均速度呈对称分布特征;流向脉动强度受壁面的影响较大,法向脉动强度呈现抛物线形状分布;距离中心主流较近的1#,4#,5#特征点的速度脉动程度受主流的脉动强度影响较大,速度的脉动主频0.15 Hz与次频、流场的自然频率0.35 Hz共同影响特征点的速度分布;2#,3#特征点的流向速度呈衰减趋势,法向速度在初期幅度变化较大。     

EMD与神经网络在气液两相流流型识别中的应用

本文提出了EMD与Elman神经网络相结合的气液两相流流型识别的新方法.将压差波动信号经验模态分解(EMD)后的固有模态函数(IMF)进行分析、提取IMF能量作为Elman神经网络的输入特征向量,对水平管内的气液两相流流型进行识别.实验结果表明:该方法优于BP网络且稳定、识别率高,具有可行性.     

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.     

大雷诺数下方柱绕流PIV试验及数值模拟

基于风洞试验利用粒子图像测速技术(PIV)研究了大雷诺数(Re=3.42×10~4)下方柱绕流流场,并应用本征正交分解(POD)法分解PIV瞬态速度场,获得了方柱尾流的低阶模态和重构流场结果,研究方柱绕流的流动机理.采用γ-Re_θ和k-ωSST两种湍流模型研究了大雷诺数下方柱尾流的速度分布以及湍动能变化。风洞PIV试验可准确的观测方柱尾流脉动流场,基于POD方法得到的前6阶模态占总能量的78.7%,前6阶模态即可较准确重构流场并捕获流场的主要特征。通过对比,γ-Re_θ模型是较优的湍流模型,可较好地得到尾流的湍动能及其变化规律。     

气液两相流速度及粒径分布激光干涉测量方法的研究

为了实现对气液两相流的粒子粒径、空间分布及其速度测量。对激光干涉气液两相流测量技术（ILIDS）进行了深入研究,该技术是一种应州于气液两相流测量的新技术,其主要优点是不干扰流场和颗粒粒径、位置测量精度高。基于该技术所开发的图像自动处理方法可以利用普通粒子成像测量技术系统拍摄气液两相流的激光散射干涉图像。并利用图像卷积定位、傅里叶变换频率分析及其图像互相关测速等图像处理手段从干涉图像中自动提取粒子的位置、直径和速度信息。为了验证该方法的测量精度,对喷嘴生成的气水两相流进行了测量实验,得到了喷嘴出口处不同区域的粒径、速度矢量的空间分布,并将测得的速度矢量与用粒子成像测量技术方法测得的结果进行对比,证明两种方法测量的平均速度差别仅为0．38％。     

湍动雾化射流液雾粒径分布的数值模拟

对水在空气中湍动雾化射流的气液两相流场进行了数值模拟.其中,气体流场采用k-ε湍流模型进行模拟,给出了载气轴向速度的分布情况.对喷雾粒子的运动采用颗粒轨道法,建立粒子破碎和碰撞的数值模型,研究了液雾粒径在不同工况下沿轴向的变化趋势.数值模拟结果与实验结果在多种气液比下进行了比较,两者吻合较好.同时,分析了初始粒径和粒子总数及喷嘴尺寸对液雾粒径变化趋势的影响,讨论了有助于粒径均匀分布的条件.     

飞行器大攻角复杂流动的POD和DMD对比分析

基于非结构/混合网格、耗散自适应2阶混合格式以及脱体涡模拟（detached eddy simulation,DES）方法开展了现代战斗机模型复杂分离流动的数值模拟,并与有限的平均气动力试验数据进行了对比,结果表明计算具有合理性,在此基础上进一步应用本征正交分解（proper orthogonal decomposition,POD）和动力学模态分解（dynamic mode decomposition,DMD）方法对数值模拟流场的非定常特性进行了对比分析.研究表明飞行器背风区流场由一对边条涡的螺旋运动主导,旋涡破裂前在横向空间截面上流场是中性稳定的,同时主涡核的运动是多频耦合的.POD和DMD的对比分析则表明:两者模态配对的方式不同,但主要模态之间具有一定相关性;POD模态中包含多种频率的运动,而且能量较集中于主模态,流场重构效率更高;DMD则将流场的主要特征运动提取为一些单频模态的组合,同时能够给出模态的稳定性.      

旋转两相流动的计算方法及应用

本文以近年来国内外正在研制的航空气心泵为例,从分析其流动过程出发,建立了气-液两相流动的物理模型和数学模型,采用SIMPLE计算思想进行适当地改进和补充,得到了用于旋转流场两相流动的计算方法和相应的计算程序,并用实验加以验证,结果较为满意。计算和实验的误差<13~19%。这种方法不仅适用于气心泵叶轮流场的计算,也可望能用于其他旋转体系内两相或单相流场的计算。     

旋流泵无叶腔内盐析颗粒湍流脉动特性研究

盐析晶体颗粒脉动特性是研究湍流输运状态下盐析过程的重要问题之一.为探索泵内盐析晶体颗粒湍流脉动规律及其对液相流场的影响,采用相位多普勒粒子速度场仪对旋流式输送泵无叶腔内的盐析湍流流场进行了测量,通过对改变泵运行工况、运行介质温度后颗粒脉动速度分布情况的分析,初步掌握了无叶腔中盐析晶体颗粒的湍流脉动特性;同时,讨论了晶体颗粒存在对液相湍流结构的影响。实验结果表明,随着流量的增加,颗粒的周向、径向及轴向脉动速度相应提高;盐析颗粒脉动速度值随温度发生变化,较高温度时速度脉动也较大;在一定条件下,盐析晶体颗粒表现出抑制湍流的行为。     

倾斜下降管气液两相分层流截面含气率的计算与液层高度的预测

分层流是气液两相流中常见的流动型式，分层流中液层高度是计算的基本数据，由于界面波的存在，对液层的测量和预测都很困难．Ｖｌａｃｈｏｓ提出了预测气液两相分层流液层厚度的关系式，但这一关系式并不适用于倾斜下降管气液两相流．本文提出了计算倾斜下降管气液两相分层流截面含气率的理论模型，在这种模型下得到的截面含气率和实验结果符合良好．在大量实验的基础上，考虑了倾角、管径、气液各相折算速度的影响，根据实验数据提出了预测液层厚度的关系式。     

气液两相流电导波动信号复杂性测度分析及其流型表征

为了考察从时间序列提取的复杂性测度与气液两相流流型变化之间的关系，本文首先讨论了三种复杂性测度(Lempel-Ziv复杂性、功率谱熵和近似熵)对周期信号、随机信号、混合随机信号和混沌信号的识别能力，然后分析了时间序列长度对复杂性计算的影响.在此基础上，从实际测量的80种垂直上升管中气液两相流电导波动信号中提取了这三种复杂性测度，结果表明：三种复杂度对两相流流型变化是敏感的，通过对三种复杂度随两相流流动参数变化规律分析，可以得到气液两相流动力学结构反演特征，为揭示气液两相流流型转化机理提供了一种有效的辅助诊断工具. 关键词： 气液两相流 Lempel和Ziv复杂性 功率谱熵 近似熵     

往复搅拌流场中气体射流两相流数值研究

应用欧拉-欧拉双流体模型,与动网格技术相耦合数值分析往复搅拌流场中气体射流两相流的流动特性及气泡在往复流场内的分布规律。通过调整过程中吹气头的往复运动频率、气体射流速度来分析这些因素对于气泡分布和流场流动特性的影响。数值模拟结果表明,往复搅拌流场中气体射流两相流呈现与搅拌频率一致的周期性,气泡分布随吹气头位置的移动呈螺...     

Incoherent pump influence on the transient gain in a V-type system with spontaneously generated coherence

We study the influence of the incoherent pump field on the transient response of a three-level V-type system with two near-degenerate excited states. In this system due to interaction of the field with the vacuum an interference term appears, the spontaneously generated coherence term. We find that due to the incoherent pump the transient proprieties of the atomic system can be significantly modified. The enhancement of the transient gain can be obtained for proper values of the rate of the incoherent pump field and relative phase between the two fields.     

Effects of relative phase on transient evolution in an open resonant ladder-type atomic system

In an open ladder-type resonant atomic system, variation in relative phase between probe and driving fields does not affect the transient evolution of populations, but it has remarkable effects on gain and dispersion of the probe field. No matter whether an incoherent pump is present or absent, transient and stationary gains without inversion (GWI) always can be obtained by choosing an appropriate value of the relative phase. When the incoherent pump is absent,the values of transient and stationary GWIs are much larger and the time interval required to reach the stationary value is longer than those when the incoherent pump is present. Varying the exit rate and the ratio between injection rates can obviously change the phase-dependent GWI. In addition, in the transient evolution process, the phenomenon of high dispersion (refractive index) without absorption occurs at some values of relative phase. In the corresponding closed system, the stationary GWI can be obtained by choosing an appropriate value of relative phase only when incoherent pump exists, moreover the gain is smaller than that in the open system.     

一种新的气液两相流体流量计-三通管型分流分相式两相流体流量计

利用三通管的相分离特性,从被测气液两相流体中分流分离出一部分单相气体,通过测量这部分单相气体的流量计算被测气液两相流体的流量或干度.文中给出了这种分流分相式气液两相流体流量计的组成原理,分流系数特性及实验结果.     

凝固前沿和气泡相互作用的大密度比格子玻尔兹曼方法模拟

建立了二维双组分两相流的大密度比格子玻尔兹曼方法 (lattice Boltzmann method, LBM)模型. 该模型基于改进的Shan-Chen伪势多相流LBM模型, 结合采用不同时间步长的方法, 实现密度比达800以上的气液两相流模拟. 为了对模型进行验证, 模拟了在不同气液相互作用系数和密度比条件下气泡内外压力差与其半径之间的关系, 其结果满足Laplace定律. 将所建立的大密度比LBM与介观尺度的元胞自动机(cellular automaton, CA)和有限差分法(FDM)相耦合, 用LBM模拟气液两相流, 用CA方法模拟固相生长, 用有限差分法模拟温度场, 采用LBM-CA-FDM耦合模型对定向凝固过程中凝固前沿的气泡与液-固界面之间的相互作用进行模拟研究. 结果表明, 绝热气泡的存在影响了温度场分布, 使得凝固前沿接近气泡时, 液-固界面凸起, 在不同的固相生长速度条件下, 出现凝固前沿淹没气泡或气泡脱离凝固前沿的不同情况, 模拟结果与实验结果符合良好. 关键词： 格子玻尔兹曼方法 元胞自动机 凝固 气泡