涡流管内三维强旋转流场数值模拟与分析

涡流管内可压缩气体的强旋转流动是涡流管能量分离的根本原因和驱动力,因而涡流管内流场研究是揭示涡流管能量分离物理机制的首要关键问题。由于涡流管内可压缩气体的三维强旋转湍流流动,实验测量中存在诸多问题,而CFD数值模拟技术对此具有很大的优势。文中以涡流管内部流场为研究对象,建立了涡流管计算域模型并进行网格划分,讨论了边界条件、湍流模型以及线性方程组求解策略等问题,对不同冷气流率下的涡流管内三维强旋流流场结构特性进行数值模拟,获得了不同冷气流率下的旋转运动、轴向运动、径向运动和循环流的分布特性。研究表明Realizableκ-ε湍流模型能够充分反映强旋流动特点,数值模拟结果与文献中实验值基本吻合。     

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。     

水泵吸水池不对称流动的自由液面测量试验

水泵吸水池内的流动状况严重影响着水泵的运行,特别是某些流动形式如不均匀流、流速梯度较大的剪切流等会导致水泵进水口各种旋涡的生成,甚至产生空化、振动现象,从而降低泵站效率。本文用2D-PIV系统对水泵吸水池的不对称流动进行了测量,通过图像处理技术的分析,得到了吸水池自由液面高度的平均分布,揭示了不对称流动等因素对吸水池内流动状况的影响。     

扩压叶栅端壁角区流向涡对湍流特性的影响

本文用三维激光多普勒测速技术测量了平面扩压叶栅的叶片吸力面角区流动湍流特性，如紊流动能分布、雷诺应力分布等．分析了角区内流向涡和通道涡对湍流特性分布的影响，结果表明：流向涡的核心区域及旋涡与附面层相互作用区域的湍流动能增加．同时，旋涡和旋涡运动强烈影响着雷诺正应力和切应力的分布规律．     

用PIV测量水泵开敞吸水池内突扩流动

吸水池内的涡旋流动将引发泵的振动、空化、空蚀和泵的效率下降,严重时会导致泵站不能正常工作,本文用PIV测量水泵开敞吸水池内突扩流道速度分布,实验表明流体通过突扩流道,整个流场可分为三个区域:主流区、过渡区和回流区.沿流动方向主流区速度相对较大,回流区速度相对较小,过渡区速度介于两者之间.涡带主要产生在靠近吸水池两侧壁,随着流动区域的扩展,靠近侧壁的涡流将消失.     

空冷岛扁平管外翅片空间的大涡模拟研究

本文基于计算流体力学软件FLUENT采用大涡模拟方法(LES)及Smagorinsky-lilly亚格子模型,对空冷岛扁平管外翅片空间的流动与换热特性进行了三维瞬态湍流数值模拟。计算结果表明大涡模拟方法能较好地模拟空冷岛扁平管外翅片空间的瞬态流动特性,能够捕获更多的流场细节信息。可得出流场中温度、压力、涡量等各参数的瞬态变化特性以及翅片空间尾流区瞬态三维涡的发展演化过程,更好地预测多尺度湍流。为进一步揭示扁平管温度场和流场的协同关系以及大型空冷系统多尺度输运规律和非线性尺度效应机理打下基础。     

旋流和无旋突扩流动的LES和RANS模拟

本文用smagorinsky-Lilly亚网格尺度湍流模型对旋流突扩流动(s=0.53)和无旋突扩流动(s=0)进行了大涡模拟(LES模拟),同时分别用压力应变项为IPCM和IPCM+Wall模型的雷诺应力方程模型进行了RANS模拟,和LES的统计结果对比。LES的统计结果与雷诺应力模型的模拟结果及实验对照表明,LES结果与实验结果的吻合比雷诺应力模型的好,说明所用的亚网格尺度湍流模型对旋流流动是适用的,LES结果是可信的。LES的瞬态结果揭示出在旋流作用下,流场中存在复杂的旋涡脱落现象。大涡结构极易破碎成小涡,而在无旋突扩流动的情况下,由于剪切的作用更强,大涡结构的尺寸和范围比旋流流动的要大。     

使用RSM模型对旋风除尘器内湍流各向异性的数值模拟

旋风除尘器内三维湍流流场具有典型的各项异性,本文采用雷诺应力模型求解该流场得到了三维湍流流场的详细数据,得出了雷诺应力6个分量的分布图,揭示了这类强旋流流场湍流各向异性的特征。典型的几个算例的实践表明:采用雷诺应力模型求解这类流场非常必要,它能较好地反映这类流场的真实物理流动;与相关实验数据的比较表明吻合性较好,显示了本文算法的可行性;计算中发现,发展非结构网格更有利于模拟壁面附近的流动,并节省计算机内存。     

双向竖井贯流式水泵装置内部湍流流动分析

基于三维雷诺平均Navier-Stokes方程、标准k-ε紊流模型和SIMPLE算法,首先对一模型泵内部流场进行了数值计算,计算值和试验值吻合较好,验证了计算方法的可行性。进而模拟了双向竖井贯流式水泵装置内部的三维粘性流场。分析了不同工况下水泵装置内部速度场和压力场的分布,计算了水泵装置各段水力损失,预测了在不同叶片安放角时排水工况和引水工况的水泵装置性能。为深入了解双向竖井贯流水泵装置内部流动特性、提高装置的性能提供确实有效的物理信息。     

三维气固两相混合层湍流拟序结构的直接数值模拟

本文对三维气固两相混合层湍流拟序结构进行了直接数值模拟。气相流场应用拟谱方法对Ｎ－Ｓ方程组进行直接求解,通过模拟时间模式的混合层流动,分析流场失稳后涡的卷起、配对、合并及撕裂过程,研究三维混合层湍流拟序结构的演变特征;计算颗粒场时,采用Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ方法,针对颗粒不同的Ｓｔｏｋｅｓ数,模拟了颗粒场的瞬态分布,并分析流场三维大涡结构对颗粒分布的影响。     

漩涡阻止器水力性能的PIV试验分析及其机理研究

漩涡阻止器是用来防止或减少漩涡发生的特殊装置,它具有特殊的几何形状,能够优化水力机械内部的流动。在水泵吸水池内部,尤其在吸入口的周围存在着较大的漩涡,在吸入口的下方,安装一个“T”型的漩涡阻止器,应用PIV技术测出安装漩涡阻止器前后吸水池内部的流场分布,并对其流动特性进行深入分析,证明了该阻止器能够有效的减小漩涡发生。对这种“T”型漩涡阻止器的作用过程进行深入的研究发现,能够用摩阻理论来解释它的作用机理。     

叶片式多相泵内部流动研究

目前已经研制成功的多相泵主要有两种；容积式和叶片式，对于叶片式多相泵来说，研究其内部的相态分离过程对进一步改善其性能具有重要的意义．本文应用双流体模型，建立了叶片式多相泵内部流动的基本方程组，在此基础上，分析了多相泵内部的能量平衡关系和气液两相间的相态分离过程，给出了改进叶片式多相泵性能的设计方法．     

水泵吸水池内部流动非定常信号的小波分析

水泵吸水池内部的流动情况非常复杂,尤其是在吸入管的附近存在着很强的漩涡,这些漩涡使得流动的非定常特性非常强烈,本文用小波分析的方法来处理一种开敞式水泵吸水池内流动的非定常信号,它们分别是压力信号,振动信号和声音信号。在处理的过程中,应用离散小波变换,将不同时间和空间尺度下的信号进行分解,分别得到分解后的小波系数,再将不同层次的信号进行重构,并对各个层次的分解信号进行功率谱分析,得到这些非定常信号的分布规律。     

水泵吸水池后台阶内部流场试验研究

本文利用 PIV 技术测量了卧式开放式水泵吸水池内部台阶附近的流场,得到了定常不同工况下的流场速度分布图等水力参数结果,通过对试验结果的分析发现,台阶高度、进口来流速度和淹没深度的变化对吸水池内部流场都产生重要的影响.     

水泵吸水池内部流动PIV试验的深入分析

ＰＩＶ技术是一种新型的流动量测手段，使用这种技术能够容易的得出流场中的速度分布情况，在此基础上进行深入分析，还可以得到许多十分重要的流动参数。这里，对水泵吸水池内部流动的ＰＩＶ试验进行深入分析，得出如下的流动参量：吸水口处的环量分布、测量面上的涡度分布、交叉面处的三维速度分布，另外，对试验中所拍摄的图片进行分析，可以得出吸入涡中气核大小的分布情况．     

Einstein制冷循环中气泡泵的试验研究

通过自行设计的可视化气泡泵实验装置,以氨水工质为研究对象,针对不同实验工况条件下的气泡泵的性能进行了实验研究。实验结果表明:气泡泵的液体流量随着提升管管径,沉浸比和加热功率有关,并且随着沉浸比和加热功率的增加而增大;沉浸比的增大而增大;气泡泵的效率也与沉浸比和加热功率有密切的关系:气泡泵的效率随着沉浸比的增加而增加,随着加热功率的增加表现为减小的趋势。     

CFD在双吸式离心泵优化设计中的应用

针对某双吸式离心泵流量和扬程达不到设计要求,效率偏低的情况,对该泵内部三维湍流进行了数值模拟,通过对泵内流场和总压变化过程的分析,找出了该泵达不到设计要求的原因,提出了切割叶轮进口以扩大进口面积的改进方案.对改进后的泵内部流场进行了数值模拟,并与改进前泵内流场数值计算结果进行对比,性能预测表明改进后的泵基本达到了设计要求.在此基础上,对改进后的泵进行了实验测试,结果表明上述改进措施是有效的,数值模拟方法为水泵的优化设计提供了有力工具.     

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。     

轴流式喷水推进器泵级内部流场的数值计算

采用数值计算的方法,研究了轴流喷水推进器泵级模型的内部三维紊流流场和性能。计算针对泵级的进口到喷水推进器的出口进行,包括进水区域、叶轮、导流壳区域的泵级整个流道。采用结构网格对计算区域进行剖分,应用NUMECA软件对控制方程进行求解。选用Spalart-Allmaras一方程紊流模型,使用时间推进法计算流场中的流动参数。并根据流场计算结果对泵级的流量-扬程特性和流量-效率特性进行了预测。计算与实验结果对比表明,二者取得了较好的一致,说明采用的计算方法具有较好的可信性及较高的计算精度。根据流场计算结果,对泵级的性能进行了分析。