开式轴流风扇气动噪声预测

本文采用LES/FW-H的匹配方法,研究了开式轴流风扇内部旋涡流动特征及其与叶片表面干涉引起的气动噪声之间的联系,同时进行了远场噪声预测,探讨了叶轮不同表面辐射噪声时的频谱分布特征.研究结果表明,开式轴流风扇吸力面附近形成的叶尖涡和前缘分离涡在吸力面叶片表面相应位置形成大压力波动,形成主要噪声源;叶片吸力面的辐射噪声可以通过改善吸力面附近的旋涡流动来降低;低速轴流叶轮由叶轮壁面辐射的噪声以宽频成分为主.     

端壁与叶片表面静压分布对叶栅气动特性影响的实验研究

气流绕流矩形叶栅时形成马蹄涡、通道涡等复杂涡系。这些旋涡不仅引起能量消散,而且在叶片与端壁组成的角隅里产生分离流。旋涡的形成与附面层的发展有关,决定附面层发展的关键是端壁和叶片表面上的静压分布。本文在不同冲角和叶片倾斜角下测得了不同的端壁和叶片表面静压分布及相应的出口流场,从而找到对应能量损失最小的静压分布。     

从静液压强的形成解读阿基米德原理和帕斯卡定律

液体(包括气体)发生挤压而产生压强,重力是使之发生挤压的一种因素,但不唯一,表面力也是一种因素.压强差公式p2-p1=ρgh全面体现了压强形成的这两种因素,对静液普遍适用.表面外力使液体压强"分布均匀,处处大小相等,且与外力作用在表面上的压强大小相等".这正是帕斯卡定律的实质所在.重力作用使液体压强竖直分布不均,这正是浮力存在和阿基米德原理成立的根源所在.     

贯流风机内部旋涡非定常演化的数值模拟

本文采用非定常三维Navier-Stokes方程、κ-ε两方程模型分析了贯流风机内部旋涡产生、发展、耗散、消失的演化过程。数值模拟显示:偏心涡产生于进气侧,随后横穿叶轮内部朝出气侧移动,最后位于出气侧叶片内圆周上。叶轮外圆周脱落的旋涡是不稳定的,它们互相融合,最后被吸入叶轮内部。数值模拟的结果显示偏心涡先于贯流而产生,是由于偏心涡的存在导致了贯流的产生,并非贯流形成了偏心涡。本文证实了ECK的旋涡理论和文献[3]的实验结果。     

自由汇流旋涡多相耦合输运演变机理

含自由液面的汇流旋涡抽吸演变中存在多相耦合、物质传输、能量剧烈交换等物理过程,其中所涉及的多相流体耦合输运机理是具有高度非线性特征的复杂动力学问题,多相黏滞耦合输运动力学建模与数值求解具有较高难度.针对上述问题,提出一种含自由液面的汇流旋涡多相耦合输运建模与求解方法.基于水平集-流体体积耦合(CLSVOF)计算方法,结合连续表面张力模型和可实现(k-ε)湍流模型,建立含自由液面的汇流旋涡多相耦合输运动力学模型;利用一种有效的体积修正方案来计算高速旋转多相流,保证流场质量守恒和无散度的速度场;结合相间耦合求解策略对多相流体分布与多相界面进行精确追踪.基于旋流场多特征物理变量,得到多相耦合界面动态演变与跨尺度涡团输运规律,揭示了多相耦合输运过程与压力脉动特性之间的相互作用机理.研究结果表明:多相耦合输运过程是流体介质过渡的关键状态,旋涡微团受到不同时空扰动模式在界面处形成层层螺纹波形;旋涡多相耦合输运过程随着水口尺度增大而增强,且耦合能量激波引起非线性压力脉动现象.研究结果可为旋涡输运机理、涡团跨尺度求解、流型追踪等方面的研究提供有益借鉴.     

关于旋涡局部稳定性的研究

以线性近似方法研究了不可压流中任意形状旋涡局部稳定问题,考虑了流线曲率及螺线流动对旋涡稳定性的影响.得出了各类型二维旋涡局部稳定准则,这些准则直观简练,在工程研究中应用方便.研究表明,旋涡稳定存在上、下二种界限,前人的研究尽属下限稳定范围.当上限稳定条件不满足时,在尾涡内部会出现低压气穴并引起旋涡局部脱落或散裂.应用上限稳定准则可以方便地解释Taylor涡及Karman涡街现象产生的机理.     

准自由支撑铝薄膜中有序表面结构的自组织生长

利用真空热蒸发方法在液体基底表面成功制备出具有自由支撑边界条件的金属铝薄膜系统，研究了薄膜中自发形成的自边界向内部区域逐渐生长而呈带状分布的有序表面结构.该有序结构的形成与薄膜厚度、沉积速率和真空环境中的生长时间等实验参数密切相关，其形成过程可用一个三阶段生长模型来描述.实验证明此类有序结构是在薄膜内应力作用下，铝原子及原子团簇在液体表面自由扩散凝聚所致.进一步的理论研究表明：基于特征的边界条件和固液相互作用，该自由支撑铝薄膜系统中包含了丰富的正弦形内应力分布，各种具有不同振幅和频率的正弦形内应力的合成可形成矩形状畴块和带状有序结构. 关键词： 液体基底 铝薄膜 自组织生长 有序结构     

自由汇流旋涡Ekman抽吸演化机理

自由汇流旋涡形成过程中有抽吸现象发生, 是一个比较复杂的气液两相耦合过程, 其中所涉及的Ekman层耦合及演化机理具有重要的科研价值与实际意义. 针对上述问题, 提出了一种自由汇流旋涡Ekman抽吸演化机理建模与分析方法. 基于多相流体体积VOF模型与湍动能-耗散(k-ε)模型, 建立了面向汇流旋涡Ekman抽吸演化的两相动力学模型. 基于上述模型, 分析初始转动速度分量、排流量与Ekman抽吸过程的内在联系, 并揭示相关流场分布规律. 研究结果表明: 初始扰动不同, 汇流旋涡的吸气孔、抽气孔距离容器底面边界的高度保持不变; 初始扰动加强, 吸气阶段转速增加, Ekman边界层厚度及抽吸高度增加, 抽吸、贯穿阶段Ekman抽吸现象减弱; 初始扰动恒定, Ekman抽吸高度保持不变, 与排流量变化无关. 研究结果可为自由汇流旋涡形成机理方面的研究提供有益参考, 也可为冶金、化工领域的旋涡抑制控制提供技术支持.     

马蹄涡发生器后三维尾流场中涡量分布的测量

前言 迴流区内流体的涡量的测定是研究旋涡的生成、发展以及旋涡的稳定等问题的关键,是确定旋涡发生器最佳形状的直接依据。为解决此问题,我们综合了激光、光导纤维、微处理机等先进技术研制成涡量计。用它测量了马蹄涡发生器部分流场的涡量分布。测量主要集中在稳定器后部。因为前部流场中涡量主要集中在边界层内。而前部流体处于加     

贯流风扇偏心涡非定常特性研究

本文应用大涡模拟计算并描述了贯流风扇内部旋涡流动的非定常变化细节.研究结果表明,贯流风扇叶片绕流流态复杂,吸力面存在分离流动,叶片出口形成明显的尾迹区.在蜗舌一侧存在偏心涡,由核心区域和外围区域组成.其中偏心涡的核心区域由两至二三个叶道内气流在内径处分离产生的旋涡团组成,在流动过程中涡量由上游的脱落涡得到补充.偏心涡的外围区域由蜗舌附近回流的旋涡团组成,引起蜗舌表而压力脉动,产生干涉噪声.干涉噪声频谱在低频带上具有较大声压级,最大声压级处的频率和叶轮出口侧叶道的脱落涡频率相关.     

基于红外测温的试件内部缺陷的识别算法研究

内部缺陷形状位置的识别是传热逆问题的重要研究课题.本文对带有内部缺陷的试件建立了二维传热模型,通过有限元法求解了在一定加热条件下试件表面的温度分布;并通过共轭梯度法,提出了根据表面所测温度分布识别试件内部缺陷形状、位置的计算方法.数值实验证明了算法的有效性.     

向心透平级叶轮内三维复杂流动的数值研究

对向心透平叶轮内部复杂流动在级环境下进行了全三维黏性数值模拟,结合拓扑学原理分析了设计工况和非设计工况下其内流动分离及各种涡系发展的演变过程,初步建立了向心透平叶轮内的旋涡模型,阐述了流动损失的形成机理。研究表明:向心透平叶轮内部涡系与轴流式透平存在较大差别,且流动分离及涡系主要集中在吸力面侧;设计工况下向心透平叶轮内的主要旋涡包括马蹄涡、通道涡及泄漏涡,其主要表现为通道涡与泄漏涡相互影响和掺混,是主要损失的形成原因;非设计工况下,主流在叶轮叶片前缘处发生大范围的分离及回流,造成了较大的能量损失,但二次流损失所占比例较小。     

扩压叶栅叶顶间隙流动结构研究

本文对某扩压叶栅叶顶间隙流动结构进行了研究,通过三维数值仿真,对叶顶间隙流场中的旋涡结构构成、空间分布及相互作用关系进行了分析.研究采用Q判据识别流场中的涡,发现叶顶间隙气流的泄漏流动形成了叶尖分离涡、二次涡以及泄漏涡等旋涡结构,其空间位置及空间尺度具有明显差别。叶尖分离涡的堵塞作用对泄漏涡的强度、空间位置造成影响;在叶顶泄漏流动与泄漏涡的共同作用下形成了叶尖二次涡。涡系间存在的相互作用共同构成了叶顶间隙流场框架。     

自由旋涡气动窗口全流场的数值模拟

建立自由旋涡气动窗口全流场仿真模型,对大密封压比气动窗口的全流场展开数值研究,得到自由旋涡气动窗口的流场结构,发现大密封压比气动窗口形成的自由旋涡射流在光束输出通道内无明显的波系结构.根据模拟结果对自由旋涡气动窗口的性能进行优化,对自由旋涡喷管上壁面型线进行二次粘性修正.优化自由旋涡射流场后,激光器输出光束通道内压力分布稳定上升;增加扩压器外端壁吹气1.19MPa、内端壁吹气1.68MPa时,自由旋涡射流总能提高,气动窗口密封压力从37.5torr降低至6torr.该研究结果对自由旋涡气动窗口技术的发展具有参考意义.     

毛细作用的变分法理论

以圆柱形毛细管内壁、毛细管内的液体和气体为研究对象.设毛细管液体的表面为旋转面,写出了系统的自由能(表面能及重力势能)的泛函.使自由能泛函取极值的欧拉方程就是关于附加压强的拉普拉斯公式.泛函取极值时在可动边界(毛细管内壁)上的边界条件就可导出关于接触角的杨氏方程.此二方程是自由能取极值的密不可分的两个必要条件.     

凹陷涡发生器非稳态流动与传热分离涡模拟

本文对具有凹陷涡发生器的冷却通道内非稳态湍流流动与传热特性进行了分离涡模拟研究。通道内流动雷诺数为50500,凹陷涡发生器深度与直径比为0.2。分离涡模拟结果与实验数据进行了对比验证,并对凹陷表面非稳态流动与传热特性进行了详细分析。研究结果表明:分离涡模拟得到的凹陷表面时均局部Nμ数分布与瞬态液晶热像实验得到的Nμ数分布相似,并且总体平均Nμ数和摩擦因子与实验数据也较好地吻合;分离涡模拟获得了详细的凹陷涡发生器表面非稳态流动和传热特征,凹陷表面前缘处的低换热区形成左右两个旋涡,经历了形成、旋转、回流、破碎四个过程,这些非稳态的涡流动显著地强化了凹陷表面的对流传热性能。     

液体水银在碳纳米管中传输的压力控制模型

碳纳米管在纳米技术中有一个很重要的应用,就是它可以作为纳米管道传输液体. 本文用分子动力学模拟方法,结合一个液体压力控制模型,对液体水银由于外部压力作用在碳纳米管中传输的现象进行研究. 研究结果表明,当液体水银的内部压强超过一个临界值时,液体水银能够浸入到碳纳米管内部;不断增大液体内部的压强,碳纳米管可以连续地传输液体;而当对液体水银进行循环加压时,碳纳米管可以间断地传输液体水银. 关键词： 碳纳米管 流体传输 分子动力学     

激波冲击V形界面重气体导致的壁面与旋涡作用及其对湍流混合的影响

基于多组分混合物质量分数模型,采用色散最小耗散可控的高分辨率有限体积方法,数值模拟了弱激波冲击V形空气/SF_6界面后,界面不稳定性生成的旋涡与固体壁面作用问题.激波冲击V形界面之后,因斜压效应诱导涡量沉积在界面附近,形成沿界面规则排列的多个涡对结构.旋涡的诱导作用使界面不断变形和卷起,同时旋涡之间不断发生相互并对,诱导更多更小尺度的旋涡产生.旋涡诱导作用的叠加效应,使界面尖端处的初始涡对向上下壁面发展.随后,涡结构开始与壁面发生复杂的相互作用.旋涡与壁面作用后沿壁面加速,使得物质界面沿壁面伸展,随后,旋涡从壁面回弹,并诱导二次旋涡产生.旋涡与壁面相互作用的过程,能够明显加剧物质混合.本文从物质混合的角度研究了该过程的机理,分析了旋涡与壁面作用对物质混合的影响.     

激励特性对零质量射流的影响

零质量射流是一种主动流动控制技术,具有结构紧凑,无需外界气源等优势。为了把零质量射流用于控制风电叶片表面流动,需要理解和掌握零质量射流的一些基本特征。本文采用求解雷诺平均NS方程的方法,以静止环境中的二维零质量射流为研究对象,研究4种激励速度和4种激励频率时零质量射流对流场扰动的基本特征,并对流场结构进行了拓扑分析。结果表明,零质量射流会在孔口处产生旋涡对,旋涡对在自身的诱导作用下不断向外扩展;由于射流速度的周期性变化,在孔口下游轴线产生鞍点,激励速度越大,鞍点运动速度越快,距孔口距离越远;激励频率越大,旋涡最大涡量值越大,涡核中心距孔口距离越近,涡核间距越小。     

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。