入射和反射激波诱导重气泡变形和失稳的三维数值研究

 采用大涡模拟方法,对入射激波及其反射激波诱导球形重气泡的变形失稳过程进行了三维数值模拟,利用已有实验验证了计算模型的可靠性,重点考察了反射激波与已经失稳的气泡界面的再次作用,讨论了涡环的形成及其三维失稳的过程。研究结果显示：入射和反射激波与球形重气泡作用产生斜压效应,会在流场中产生旋转方向截然相反的多个涡环;反射激波诱导的涡环具有较小的强度,故更加容易失稳,甚至能完全形成具有流向涡量的复杂小尺度涡结构。     

入射和反射激波诱导轻气泡变形和失稳的计算

采用NS方程对激波诱导球形轻气泡的变形失稳过程进行三维数值模拟,验证本文模型的可靠性,讨论气泡变形、涡环形成及其三维失稳过程.结果发现:球形轻气泡在入射和反射激波先后作用下,可以变形并沿流向形成多个旋转方向不同的涡环,而斜压效应是产生这些涡环的主要原因,涡环不仅在自诱导效应和流场作用下运动,而且自身会受到扰动而发生方位角不稳定.当涡环形成以小尺度流向涡为主的复杂结构时,即有可能诱发流场湍流化.     

椭圆涡环相互作用的离散涡数值模拟

本文发展了三维离散涡模型研究了单个椭圆涡环以及两个沿同一轴线运动涡环的相互作用.首先用两个相向运动圆涡环的碰撞过程与实验的对比验证了模型的有效性,随后研究了单个椭圆涡环的运动,得到了其长短轴交替互换周期的表达式.最后以此为基础分别研究了沿同一轴线两个椭圆涡环的相向碰撞和交替穿越过程,发现碰撞后生成的新涡环变大而形状与涡环的初始形状相似,而在两个椭圆涡环的相随运动中其长短轴交替互换则始终贯穿于交替穿越过程.     

涡重联过程中背景涡量增长的机制研究

采用拟谱方法求解N-S方程,直接模拟了两个反向平行涡管的重联过程,考察了各种扰动方式对涡重联的影响,发现了"弧形涡带"现象,着重分析了背景涡量增长的物理机制。     

Schardin问题的数值研究

激波绕过三角楔(Schardin问题)时会产生激波马赫反射与绕射、 三角楔尾涡与涡串等复杂物理现象. 本文利用三阶精度加权基本无振荡(WENO)格式、 结构化矩形网格的自适应加密方法与沉浸边界法对Schardin问题进行了数值模拟. 数值结果清晰地显示了激波与三角楔相互作用, 在楔面发生马赫反射以及在楔角绕射诱导主涡的过程, 并与Schardin等的实验结果及相关数值结果完全符合. 另外, 数值结果还详细反映了先前实验与数值结果没有详细讨论的主涡滑移层上的涡串生成机理, 以及激波与涡串相互作用和产生声波的过程.     

圆柱绕流远场旋涡结构的数值研究

基于离散涡方法求解非定常、不稳定流场。数值模拟了高雷诺数下圆柱绕流旋涡结构的发展。从流谱图、等涡量线图和涡谱图可以清晰地看出从近场初生的卡门涡街,过渡到远场的二次涡街的过程。计算结果发现：远场离散涡有形成 二个涡的涡对及三个涡的涡对结构的趋势。计算结果说明了流体运动中涡对结构的本质：远场形成的二次涡对及卡门涡街是由于流动本身的动力不稳定而引起的,从而增加对远场尾迹流及涡对结构的理解。     

纵向涡强度衰减及其干涉的数值分析

本文以空气为介质,在Re=600-2100的范围内对布置有三角翅片的平行通道内的初始段层流状态下涡干涉的流动及换热进行了数值模拟。展示了旋向相反的涡在流道中的产生及发展情况,说明了涡产生器在横向位置变化时对横截面上平均Nu数和涡旋强度(?)的影响,并对单个涡产生器的有效换热区域长度进行了探讨。     

跨音压气机转子近失速工况叶尖非定常流动分析

对跨音压气机Rotor35进行单通道全三维定常/非定常数值模拟,并与试验总性能和流场分布对比校核了数值计算精度。以此为基础开展的近失速工况点的非定常计算发现,来自相邻叶片通道未形成泄漏涡的间隙泄漏流体与来流、激波与泄漏涡干涉形成的低能破碎区相互作用形成了叶尖二次涡。叶尖二次涡向下游运动过程中,其所处的位置和产生的阻塞影响了近叶顶载荷的分布,最终使得叶尖部流场出现了循环往复的自维持的非定常波动现象。     

Schardin问题的数值研究

激波绕过三角楔(Schardin问题)时会产生激波马赫反射与绕射、 三角楔尾涡与涡串等复杂物理现象. 本文利用三阶精度加权基本无振荡(WENO)格式、 结构化矩形网格的自适应加密方法与沉浸边界法对Schardin问题进行了数值模拟. 数值结果清晰地显示了激波与三角楔相互作用, 在楔面发生马赫反射以及在楔角绕射诱导主涡的过程, 并与Schardin等的实验结果及相关数值结果完全符合. 另外, 数值结果还详细反映了先前实验与数值结果没有详细讨论的主涡滑移层上的涡串生成机理, 以及激波与涡串相互作用和产生声波的     

超高负荷涡轮叶栅内的旋涡结构分析

通过对叶型转折角为160°的超高负荷平面涡轮叶栅内部的流场细节进行数值模拟,将数值模拟结果与流场流线拓扑分析理论相结合,对叶栅内的复杂旋涡结构进行定性分析,详述超高负荷平面涡轮叶栅内马蹄涡、通道涡、壁角涡、尾缘涡和端壁二次涡等涡系的产生、发展和演化过程,以及它们之间的相互作用关系;在此基础上,通过总压损失系数分布和出口截面涡量分布给出定量分析。     

一维周期与准周期排列沟槽结构的流体减阻特性研究

本文设计了具有相同平均沟槽密度的三种排列类型的一维沟槽结构: 密排列、周期间隔排列和两种准周期间隔排列, 并采用数值模拟和实验验证相结合的方法研究了一维沟槽结构在不同排列下的流体减阻特性. 模拟计算分析流场特征和总阻力, 发现相对于密排列和周期间隔排列的沟槽结构, 准周期间隔排列具有更好的减阻特性, 并且这一结果得到减阻实验的验证. 通过流场分布特性进一步分析沟槽结构的减阻机理. 机理分析发现高速流在经一维准周期结构的扰动波调制后形成了准周期间隔排列的速度条纹相, 这有效地抑制了大涡在流向和展向上的形成, 从而实现较大幅度的减阻. 同时对比分析沟槽排列结构调制展向涡和流向涡各自对流动减阻的贡献, 结果表明, 调制流向涡对减阻的作用更大. 关键词： 流体减阻 沟槽结构 准周期     

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．     

湍流射流与扩散火焰大涡拟序结构的波动特性研究

１前言湍流射流扩散燃烧方式提供了射流火焰与涡团相互作用的最基本形式,对研究在湍流射流剪切边界层内的反应物的卷吸混合、热量及动量的输运及湍流射流结构方面具有其特殊的意义。Ｋａｔｔａ［１］利用浮力与单步反应机理模型对Ｎ２－Ｈ２射流扩散火焰进行了直接数值模...     

矩形弯曲冷却孔绕流的数值研究

本文以平板矩形孔为对象,利用商业软件NUMECA的Fine/Turbo求解器,并采用Spalart-Allmaras一方程湍流模型,在定常假设的条件下,通过数值模拟得到不同速度比时直方孔和弯曲方孔附近的三维流动结构,探讨冷却孔弯曲对减弱肾形的效果。同时讨论了肾形涡发展演变的拓扑结构。     

Flow field measurements of leading-edge separation vortex formed on a delta wing with vortex flaps

Wind tunnel tests are carried out using a 70 delta wing model with leading-edge vortex flaps. The structure of the leading-edge separation vortex over the leading-edge vortex flap is measured by use of a 5 holes pitot probe, surface pressure measurement technique and oil flow visualization technique. Separation vortices formed on a plain delta wing, on a vortex flap and inboard the vortex flap hinge line are clearly visualized. Results indicate that the flow around the vortex flaps is classified into several different cross flow patterns. The streamwise flap deflection angle is defined to discuss the vortex flap performance. The optimum lift to drag ratio is attained when the amount of the wing angle of attack is not far different from that of the streamwise flap deflection angle, as long as the vortex flap is deflected modestly.     

Numerical Investigation and Wind Tunnel Validation on Near-Wake Vortical Structures of Wind Turbine Blades

Computational fluid dynamics (CFD) has been used by numerous researchers for the simulation of flows around wind turbines. Since the 2000s, the experiments of NREL phase VI blades for blind comparison have been a de-facto standard for numerical software on the prediction of full scale horizontal axis wind turbines (HAWT) performance. However, the characteristics of vortex structures in the wake, whether for modeling the wake or for understanding the aerodynamic mechanisms inside, are still not thoroughly investigated. In the present study, the flow around NREL phase VI blades was numerically simulated, and the results of the wake field were compared with the experimental ones of a one-to-eight scaled model in a low-speed wind tunnel. A good agreement between simulation and experimental results was achieved for the evaluation of overall performances. The simulation captured the complete formation procedure of tip vortex structure from the blade. Quantitative analysis showed the streamwise translation movement of vortex cores. Both the initial formation and the damping of vorticity in near wake field were predicted. These numerical results showed good agreements with the measurements. Moreover, wind tunnel wall effects were also investigated on these vortex structures, and it revealed further radial expansion of the helical vortical structures in comparison with the free-stream case.     

转捩边界层中流向条纹的新特性

基于边界层转捩后阶段的高精度直接数值模拟结果,发现流向条纹结构的低速条纹的演化过程中存在不连续现象,以及随高速条纹的发展会出现称之为"高速斑"的新特性. 通过详细剖析边界层转捩过程中的复杂涡系结构以及上喷下扫流动现象,证实流向高低速条纹新特性与流场涡系结构的演化过程紧密相关. 关键词： 流向条纹 边界层 转捩 直接数值模拟     

Subharmonic oscillations of a mixing layer-wedge system associated with free surface effects

An unstable mixing layer, in conjunction with free surface wave effects, can give rise to well-defined subharmonic oscillations of the vortex shedding frequency provided certain streamwise phase conditions are satisfied. Visualization of these oscillations, forces acting on the impingement edge, and streamwise evolution of velocity spectra are addressed.