静电旋风分离器气相流场的数值模拟

对一内部安装电晕极的切向进口旋风分离器,以三维贴体坐标为基础,应用Bradshaw的修正k-ε湍流模型,用非交错的SIMPLE算法对静电旋风分离器的气相流场进行求解,计算结果与实验结果进行了对比。分析了电晕极的不同安装位置对旋风分离器流场的影响。从流场的角度来看,电晕极安装在筒体与排气管之间并靠近排气管的位置有利于提高静电旋风分离器的分离效率。     

剥蚀引起的球锥体两相绕流效应

基于多学科理论建立了极端环境下球锥体烧蚀、剥蚀的数理模型。利用离散涡方法计算流场与球锥表面压力分布,采用三方程烧蚀模型计算热化学控制机制下的烧蚀速率;引入颗粒轨道模型求解剥蚀颗粒的运动,编程计算高温高压燃烧室内球锥形烧蚀试件的绕流场及剥蚀颗粒的运动轨迹。研究表明：烧蚀对球锥体的绕流影响显著,球锥体的涡云较快地转变为不对...     

旋风分离器压力损失及减阻杆的研究

本文介绍通过安装旋风分离器减阻杆前后压力损失及分离效率的测定，了解减阻杆对分离器性能的影响．根据流场测定结果，分析了减阻杆的减阻机理及减阻杆减阻时可保证分离效率的原因．     

亚临界雷诺数下圆柱绕流的大涡模拟

本文应用Smagorinsky涡粘性模式和二阶精度的有限体积法对圆柱绕流的流场进行大涡模拟．求解了非正交曲线坐标系下的N-S方程,对雷诺数为100和20000的工况进行了计算．计算结果与实验及动力涡粘性模式的结果进行了比较,表明计算对于层流及高亚临界雷诺数的湍流流动是合理的     

立式水膜旋风分离器的除尘效率

本文讨论了立式水膜旋风分离器的除尘效率问题.报告了用立式水膜旋风分离器取代两台普通旋风分离器,较大地提高除尘效率的实验检测结果.实测表明,立式水膜旋风分离器的除尘效率在97%以上,可使烟尘排放浓度远优于国家一类地区环境标准.     

长江三峡巴东县城区三道沟滑坡成因研究

构造了三维混合层流场用离散涡丝描述的计算模型并进行了数值模拟．给出了流场的涡结构以及不同剪切率、不同扰劝强度下涡结构的特征，得到了流场中的平均速度、动量厚度．由计算被动粒子显示了流场螺旋涡结构的图像．做了相应的流动显示实验研究，所得结果与计算结果非常相近．本研究为了解该流场并由此进行流场控制提供了依据．     

搅拌槽流场特性的大涡模拟研究

采用大涡模型结合气液两相流时均方程,对六直叶圆盘涡轮搅拌槽内的流场特性进行了数值模拟。自由水面的捕捉用VOF(Volume of Fluid)法,用Simplec方法求解控制方程。通过模拟得到了搅拌槽内复杂的双涡旋流场结构、转轮叶端尾涡的发展变化情况以及轴向流速的分布规律。通过对比大涡模拟与RNGκ-ε的计算结果,得知大涡模型能模拟出流场内瞬时旋涡的发展变化过程,反映出挡板的存在破坏了圆形搅拌槽的流通模式,提高了叶片附近的混合效率;桨叶区域湍流呈现明显的各向异性,时均流速存在明显的波动性。从而证明了用大涡模拟探讨搅拌槽内湍流现象及流场结构的可靠性。     

三维旋涡的干扰作用

本文用七孔探针对于三维旋涡流场特性及三维旋涡之间的干扰流场进行了比较详细的测量。通过对于不同截面上有无旋涡干扰的两种条件下沿集中涡涡核径向的总压系数、静压系数和速度分布等特性的比较，讨论了三维旋涡之间干扰作用的机制。     

船用气水分离器惯性级流场分析及阻力特性研究

采用二阶全展开ETG有限元与大涡模拟（LES）相结合的算法，对120－20－35－3型船用气水分离器惯性级在不同雷诺数条下的流动进行了模拟，通过其中一组雷诺数条件下计算所得该实验件阻力系数与物理实验所得阻力系数相比较，确定出该雷诺数条件下采用大涡模拟时所需的亚格子应力模型常数，将该常数带入其它各组雷诺数条件下的计算中，并将计算结果与相同条件下的物理实验结果相比较，证实了该常数的通用性。该常数一经确定，对各雷诺数条件下的流场进行分析，结果反映出采用二阶全展开ETG有限元与大涡模拟（LES）相结合的算法可以捕捉到非常丰富的涡系及涡动的时变过程。在流场分析的基础上本文计算了该实验件内的能耗场，计算结果表明实验件内的能耗主要集中在大涡丰富的区段内。     

二次涡与卡门涡形成过程

本文用离散涡位流理论与边界层理论相结合的方法,同时考虑到边界层及后剪切层分离的离散涡模型,研究并计算了圆柱非定常运动过程中二次涡的发生、发展与影响。研究了对称主涡发生运动不稳定性的直接原因和条件,分析卡门涡的形成过程。本文提出,在二次涡的影响下对称主涡从有涡量补充的非自由涡变为没有涡量补充的自由涡,这是对称主涡发生运动不稳定性的条件,在小扰动影响下可诱发成卡门涡。 本文考虑不可压、大雷诺数、层流情况。所得结果与流场显示结果十分相似。     

VISCOUS FLOWFIELD BASED ON DISCONTINUOUS BOUNDARY ELEMENT METHOD AND VORTEX METHOD

基于非协调边界元方法和涡方法的联合应用, 模拟了二维和三维黏性不可压缩流场. 计算中利用离散涡元对漩涡的产生、凝聚和输送过程进行模拟, 并将整体计算域分解为采用涡泡模拟的内部区域和用涡列模拟的数字边界层区域. 计算域中涡量场的拉伸和对流由Lagrangian涡方法模拟, 用随机走步模拟涡量场的扩散. 内部区域涡元涡量场速度由广义Biot-Savart公式计算, 势流场速度则采用非协调边界元方法计算. 非协调边界元将所有节点均取在光滑边界处, 从而避免了法向速度的不连续现象; 而对于系数矩阵不对称的大型边界元方程组,引入了非常高效的预处理循环型广义极小残余(the generalized minimum residual, GMRES)迭代算法, 使得边界元法的优势得到了充分发挥, 同时, 在内部涡元势流场计算中对近边界点采用了正则化算法, 该算法将奇异积分转化为沿单元围道上一系列线积分, 消除了势流计算中速度及速度梯度的奇异性. 二维、三维流场算例证明了所用方法的正确性, 也验证了该算法可以大幅度提高模拟精度和效率.     

可压缩流向涡与激波轴对称干扰的数值模拟

用ＮＳ方程数值模拟了可压缩流向涡和激波轴对称相互作用现象。数值模拟包括定常和非定常两种情况,计算结果分别与相应的实验进行了比较,结果表明数值模拟成功地捕捉到了激波和旋涡相互作用过程中发生的激波波面变形,激波振荡,涡核变大以及激波波后出现驻点、回流区等流场特征。提出了判断流向涡与运动激波相互作用中旋涡破碎的准则。     

可压缩流向涡与激波轴对称干扰的数值模拟

用ＮＳ方程数值模拟了可压缩流向涡和激波轴对称相互作用现象．数值模拟包括定常和非定常两种情况,计算结果分别与相应的实验进行了比较．结果表明数值模拟成功地捕捉到了激波和旋涡相互作用过程中发生的激波波面变形,激波振荡,涡核变大以及激波波后出现驻点、回流区等流场特征．提出了判断流向涡与运动激波相互作用中旋涡破碎的准则     

可压缩流向涡与激波轴对称干扰的数值模拟1)

用NS方程数值模拟了可压缩流向涡和激波轴对称相互作用现象.数值模拟包括定常和非定常两种情况,计算结果分别与相应的实验进行了比较.结果表明数值模拟成功地捕捉到了激波和旋涡相互作用过程中发生的激波波面变形,激波振荡,涡核变大以及激波波后出现驻点、回流区等流场特征.提出了判断流向涡与运动激波相互作用中旋涡破碎的准则.     

旋风分离器三维流场的测定

在φ400mm及φ830mn两个实验模型上,用五孔探针及热线风速仪较详尽地测定了旋风分离器的三维速度场以及湍流强度场.除切向速度分布验证了前人结果外,得到了径向速度非轴对称性,轴向速度分布中心处存在滞流、倒流、湍流强度在中心有单峰分布等结果,并初步考察了二次流引起的上涡环问题.     

圆柱尾迹涡的三维演化及结构特征

应用无粘涡丝运动学理论和局部诱导近似(LIA)方法,以Lagrange观点跟踪涡丝在背景流场中运动,用数值方法研究了中等Re数(≈10~3)下圆柱分离尾迹中Kármán涡和涡辫区涡丝的三维演化的机制和动力学过程,及其结构特征。背景流场考虑为尾迹时间平均速度流场和Kármán涡街流场。初始展向小扰动为指数形式和谐波形式。结果指出:Kármán涡和涡辫区中的涡丝具有展向不稳定性,形成流向涡量。在尾迹的初期输运过程中,表现出有序的大、小尺度涡结构。并进一步分析了其产生的机理。     

用鲁棒Riemann求解器和运动重叠网格计算旋翼粘性绕流

发展了一种基于鲁棒Riemann求解器和运动重叠网格技术计算直升机悬停旋翼流场的方法。基于惯性坐标系,悬停旋翼流场是非定常流场,控制方程为可压缩Reynolds平均Navier-Stoke方程,其对流项采用Roe近似Reimann求解器离散,使用改进的五阶加权基本无振荡格式进行高阶重构,非定常时间推进采用含牛顿型LUSGS子迭代的全隐式双时间步方法。为实施旋转运动和便于捕捉尾迹,计算采用运动重叠网格技术。计算得到的桨叶表面压力分布及桨尖涡涡核位置都与实验结果吻合较好。数值结果表明:所发展方法对桨尖涡具有较高的分辨率,对激波具有较好的捕捉能力,该方法可进一步推广到前飞旋翼粘性绕流的计算。     

圆柱高雷诺数层流非定常运动初期流动

本文用离散涡位流理论与边界层理论相结合的方法,研究高雷诺数、不可压、层流情况下圆柱非定常运动的初期流动(圆柱由静止突然起动而后保持匀速运动),给出了柱后旋涡发展的详细过程;流场分布、边界层分离点及阻力等随时间的变化规律。本文耦合计算结果包含了流动过程中边界层、外流与近尾迹三者的相互作用。计算所得的旋涡发展与实验显示的图象十分相似,物面压力与速度分布合理,阻力计算与实验结果相符很好。在分离点耦合计算中将stratford方法应用到准定常边界层情况,计算方法简单结果也较满意。对于准定常变化前分离产生的离散涡,其脱落时间和初始位置,本文根据非定常M. R. S. 分离准则确定。文中还讨论了这些离散涡对柱后旋涡发展及流动的影响。     

全机跨音速大迎角绕流的数值分析

应用有限体积法求解Ｅｕｌｅｒ方程计算了真实飞机外形的跨音速大迎角绕流流场及空气动力特性。本方法能自动捕获大后掠机翼前缘脱体涡，侧缘涡，机身体涡以及它们间的相互干扰。计算的机翼压力分布及全机气动力系数与实验值符合良好。表明了本文所采用的计算网格生成技术及流场计算方法是有效、可行的。     

涡识别技术及其在船用螺旋桨伴流场中的应用

涡识别是很重要的流体问题, 为了在船用螺旋桨伴流场中寻找一种合理的涡识别方法, 本文结合实践, 研究了六种涡识别技术理论, 其中使用Burgers涡流和Lamb-Oseen涡流作了必要的解释, 讨论了各种识别方法的优缺点. 局部低压标准比较直观, 但深究其黏性和非定常影响后, 明显不足; 迹线或流线显然不能满足伽利略不变性, 会使辨别变得混乱; 涡度大小需要规定其阈值, 具有一定不确定性, 且也会识别不是涡的涡片; 速度梯度张量的复特征值也会有识别不出的区域; 速度梯度张量的第二不变量标准和对称张量的第二特征值标准能更好地识别涡核, 这两种标准有时等效. 螺旋桨伴流场的数值模拟是在开源软件OpenFOAM平台上实现的, 湍流大涡模型由一种局部动态方程建模, 此模型优于动态Smagorinsky模型. 最终的结果显示: 对于船用螺旋桨伴流场中的涡, 采用速度梯度张量的第二不变量和对称张量的第二特征值的结果基本一致, 而最小压力标准、流线或迹线标准、涡度值标准和速度张量的复特征值标准都存在一定的缺陷, 不适用于船用螺旋桨伴流场中的涡识别.