零净液流量两相流持液率与阻力特性研究

分别以牛顿流体和非牛顿流体为液相，研究了垂直管中零净液流量气液两相流的流动特性。提出了零净液流量气液两相流动模型，应用这一模型计算了零净液流量气液两相流的持液率和压力降，模型计算结果与试验结果相符。研究结果表明，零净液流量气液两相流与常规气液两相流相比具有特殊性，表现为其持液率仅由质量平衡方程控制，其摩擦阻力压力降为负值。     

Y型微通道气液两相流的数值模拟

针对Y型微通道气液两相流的数值模拟,建立了适用于微通道气液两相流的计算模型,采用CFD方法对微通道内流体的流动进行了数值研究,分析了微通道内流动状态、气泡形状以及生成周期,模拟了Y型微通道气液两相流弹状流的形成过程,并对弹状流的压力、速度、壁面剪切应力的分布、变化趋势及原因进行了深刻剖析,揭示了弹状流流动规律,为进一步加强弹状流应用打下基础,为微通道中的气液两相流动提供了可靠的理论依据。     

低阶格式在大涡模拟计算中的适用性

采用三维Taylor-Green涡作为研究对象,利用工程中常用的低阶数值格式,研究格式本身的数值误差对大涡模拟计算的影响.结果表明:三种数值格式的数值耗散行为都与亚格子模型行为类似,即在小雷诺数下,流场比较光滑时,耗散很小,当雷诺数增加,流动转捩为湍流,流场梯度增大,耗散显著增大.对于MUSCL格式和二阶有界中心格式,在高雷诺数下,亚格子尺度模型没有明显改善计算结果,但也没有使计算结果恶化.中心格式相比其它两种格式,数值耗散最小,但是在高雷诺数湍流情况下,中心格式的数值耗散仍然主导了能量的耗散,再添加亚格子模型,计算结果反而变得稍差.对于工程中的低阶格式而言,采用中心格式计算大涡模拟是比较好的选择,而且在计算不存在稳定性问题时,采用不添加亚格子模型的隐式大涡模拟效果更好.     

耦合界面力的两相流相场格子Boltzmann模型

提出了一种改进的基于相场理论的两相流格子Boltzmann模型.通过引入一种新的更加简化的外力项分布函数,使得此模型克服了前人工作中界面力尺度与理论分析不一致的问题,并且通过Chapman-Enskog多尺度分析表明,所提出的模型能够准确恢复到追踪界面的Cahn-Hilliard方程和不可压的Navier-Stokes方程,并且宏观速度的计算更为简化.利用所提模型对几个经典两相流问题,包括静态液滴测试、液滴合并问题、亚稳态分解以及瑞利-泰勒不稳定性进行了数值模拟,发现本模型可以获得量级为10^-9极小的虚假速度,并且这些算例获取的数值解与解析解或已有的文献结果相吻合,从而验证了模型的准确性和可行性.最后,利用所发展的两相流格子Boltzmann模型研究了随机扰动的瑞利-泰勒不稳定性问题,并着重分析了雷诺数对流体相界面的影响.发现对于高雷诺数情形,在演化前期,流体界面出现一排“蘑菇”形状,而在演化后期,流体界面呈现十分复杂的混沌拓扑结构.不同于高雷诺数情形,低雷诺数时流体界面变得相对光滑,在演化后期未观察到混沌拓扑结构.     

带中心体的燃烧室流场的数值计算

本文研究应用涡量流函数法和k-ε双方程湍流模型对于带中心体的燃烧室中的等温流场进行了数值计算,着重研究了两股同心湍流射流相互作用对于燃烧室中的流型的影响。数值计算结果揭示了一些有趣现象,计算结果比较接近现有的实验数据。     

拟涡位移模型及气粒两相流动数值模拟

本文首先用离散涡方法对绕圆柱和半无限长平板的流动作了数值模拟。在讨论粒子和涡团耦合运动的基础上首次提出了粒子在流场中运动的拟涡位移模型，并对几个典型的气粒两相流动作了数值模拟。文章最后对流场中粒子运动的瞬时状态作了统计处理，得到了关于粒子在流场中分布的概率密度函数和粒子脉动速度的分布函数并用拟涡位移模型对壁面附近粒子的运动－沉积和反弹作了数值模拟。计算结果是令人满意的。     

垂直并联管内高压汽水两相流压力降型脉动的研究

本文在宽广的参数范围内,对垂直并联管内高压汽水两相流压力降型脉动特性进行了试验研究,得出了系统参数对脉动起始点、周期和振幅的影响。根据两相流的均相模型,对压力降型脉动的周期和振幅进行了数值计算。此方法考虑了系统非线性的影响,与试验结果符合较好。     

脉动流方柱绕流特性研究

本文数值模拟雷诺数Re=100的条件下,脉动流振幅和频率分别为0.2≤A≤0.8和0≤f_P≤20 Hz时方柱绕流特性.通过数值计算得到方柱绕流的升、阻力系数,涡脱频率及尾涡特性,且稳定流下计算结果与文献结果一致。研究结果表明脉动流是一种有效的主动流动控制方法;在脉动流频率f_P为1.2~2.6自然涡脱频率f_(sn)时,旋涡脱落频率存在"锁定"现象;在锁定范围内,尾涡形成区域变短,时均阻力系数显著增大,且在脉动流频率等于两倍频率时,时均阻力系数达到峰值;随着振幅的增大,频率"锁定"范围增大。     

底吹气体搅拌下熔池内流场的研究

本文对底吹气体搅拌下水模型熔池流场进行了研究。以流函数、涡量为主要应变量,采用K-8湍流双方程模型,气液两相区的浮力模型及边界条件构成数学模型,应用spalding计算湍流迥流的方法,数值求解得到熔池流场涡量、流函数、湍动能、湍动能耗散率、涡旋粘性系数、速度、含气率及密度等的分布,计算的速度分布及流谱与实验测定的相吻合。     

二维多介质可压缩流的RKDG有限元方法

应用RKDG(Runge-Kutta Discontinuous Galerkin)有限元方法、Level Set方法和Ghost Fluid方法数值模拟二维多介质可压缩流,其中Euler方程组、Level Set方程和重新初始化方程的空间离散采用DG(Discontinuous Galerkin)有限元方法,时间离散采用Runge-Kutta方法.对二维的气-气和气-液两相流进行了数值计算,得到了分辨率较高的计算结果.     

基于涡量流函数方程的POD低阶模型研究

现有流动的POD低阶模型大都是对N—S方程建立的,由于在建立过程中推导较复杂且研究发现,涡量流函数低阶模型重构流场所需的基函数个数少于N—S低阶模型所需的个数,因此本文研究基于涡量-流函数方程的POD模型。本文将此模型应用于顶盖驱动流验证该模型的计算精度。数值计莽表明:当采用较少个数的基函数时,基于涡量流函数的POD低阶模型较基于N—S方程的POD低阶模拟计算精度更高;保证计算精度相同时,基于涡量流函数的POD低阶模型所需基函数个数更少;且该模型与有限容积法计算结果吻合良好。     

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。     

模型燃气轮机燃烧室中三元两相反应流的数值计算

本文对于一种模型燃气轮机燃烧室中三元两相反应流流场进行了数值计算。在κ-ε双方程湍流模型中考虑了流线曲率的影响;在扩散火焰的k-ε-g湍流燃烧模型中采用了β函数作为混合分数f的概率密度函数;采用了6通量热辐射模型;在两相流模型中应用随机游动法考虑了颗粒的随机扩散。应用随机取样法考虑了液相的初始条件。计算预估了燃烧室中速度矢量,气相燃料浓度,液相燃料浓度,温度的分布以及油珠运动轨迹。与由实验得到的温度分布相比,表明计算是成功的。由作者发展的两相流模型有待实验进一步验证。     

圆柱绕流问题的初期流动数值模拟

本文继Zheng-huan Teng[1]中介绍的解Navier-stokes方程的椭圆涡团法,研究了一种新的变形涡团法,用以模拟不可压粘性流体绕圆柱的不定常流动。圆柱在静止流体中突然起动并做匀速直线运动。对整个流动区域构造完全Navier-Stokes方程的解并不容易,近十年出现很多数值研究,本文对算法有所推进。把本文的方法称作变形涡团法是因为圆柱边界附近的流体中用椭圆涡团,远离边界时用圆形涡团。计算圆柱绕流比平板绕流在满足附着条件上更为困难,本文分析了怎样在圆柱边界上给出适当的附着条件的数值方法。在算例中雷诺数分别取200、550、3000,得到了不定常边界层分离,二次涡等复杂的物理现象,这些数值结果与近年实验结果[2]是一致的。     

基于滑速比的气水两相流气相流量计算方法研究

目前对气水两相流的分相流量的研究中,多是针对两相流总流量和液相分相流量进行,对气相分相流量的研究很少.本文利用文丘里管和含气率传感器对空气水两相流气相流量计算方法进行了研究,在均相流模型基础上考虑了滑速比因素造成的影响,探讨了两相流气相流量计算方法.结果表明,该方法相对于传统的均相流模型在计算精度上得到了显著提高.     

两个同心旋转球间的对称Taylor涡流

用有限元方法对两个同心旋转球间的稳态对称不可压流进行数值模拟,结果显示了超临界雷诺数下的三种流动模式:0-涡模式,1-涡模式和2-涡模式。     

不同负冲角工况下透平叶栅二次流的数值模拟及分析

本文应用TVD格式和Baldwin－Lomax代数紊流模型求解三维NS方程，对一个透平直列叶栅流场在两个不同的负冲角工况下进行了数值模拟，给出了叶栅马蹄涡及其分离鞍点、通道涡、角涡等二次流涡系的结构及其产生发展过程，并对不同工况下的涡系结构及冲角的影响作了详细的分析和比较．本文结果有助于对叶栅二次流涡系结构的产生发展机制的深入了解，同时表明所用数值求解技术有较高的精度和分辨率。     

基于无网格法的水中气泡上升运动数值模拟

本文对无网格法的一种-移动粒子半隐式法(MPS)进行了较深入的研究,介绍了该方法的基本原理和算法,推导并建立了表面张力和气液两相流等若干粒子作用模型,编程实现了二维情况下水中气泡自由上升运动的数值模拟;对计算结果进行分析并与相关实验结果进行了定性比较,模拟结果显示了移动粒子半隐式法在模拟自由表面和气液两相流问题的优越性,也为研究涉及到大变形的相关问题提供了很好的解决思路.     

ADI方法求解Navier-Stokes方程的一个改进格式

ADI方法常被用来计算不可压缩Navier-Stokes方程^[1]。在处理涡度方程的非线性项和涡度在壁面上的条件时,通常采用滞后的方法对涡度方程和流函数方程分别求解。然而,非线性项的滞后破坏了ADI方法的完全二阶精度;涡度方程和流函数方程分别求解减弱了两个方程的耦合性;涡度壁面条件的滞后则破坏了方法的完全隐式。本文在应用ADI方法求解涡度方程和流函数方程时应用了一种交替线性化的技术,对涡度方程和流函数方程耦合求解,内点和边界点上的涡度和流函数值同时求出。因此,ADI方法保持了完全的二阶精度,避免了上面所提到的问题。作者应用这一方法计算了雷诺数R_θ等于1,10,100,500,1000时的二维方腔流动(空间步长h=1/20)。计算结果表明:这一方法保持了通常ADI方法的优点,可以应用大的时间步长。最后补充计算了雷诺数R_θ=2000的二维方腔流动。     

薄翼非定常气动力的涡方法计算

采用基于势流理论的涡方法,计算小扰动流场下薄翼的非定常气动特性。在中弧线和尾迹上布置涡量,建立两个控制方程和两个边界条件,数值求解薄翼的涡量分布并计算非定常气动力。将该方法用于二维平板绕流问题,计算了阶跃攻角和阵风两种工况,获得平板的涡量分布和非定常升力系数,结果与解析解Wagner函数和K(u|¨)ssner函数对比,证明了涡方法的准确性;最后采用ARMA降阶模型对涡方法的结果进行系统辨识,证明了ARMA降阶模型的有效性。以上研究将用于预测风力机非定常气动性能和气动弹性的分析。