液—液旋流分离管中强旋湍流的K—ε …

采用标准ｋ－ε湍流模型,对一种典型液－液旋流分离管中的强旋湍流进行了数值模拟研究。结果表明：该模型对切向速度的数值预报夸大了Ｒａｎｋｉｎｅ涡中的似固核范围。抹煞了似固核外的位涡区;对轴向速度的数值预报未给出心回流区;对其它流场参数的预报结果也都存在有明显的不合理之处。由此证明这种基于Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ假设的各向同性湍流模型,虽然在管道流、平面射流和无旋流等简单流动问题中经受住了大量计算实践的检验     

双柱单锥型液-液旋流管内流场的激光诊断

应用激光测速仪，对一种双柱单锥型液 液旋流管内的流动结构，进行了全场范围内的多工况流动诊断研究．揭示出其切向速度由内旋流区和外旋流区构成，其中内旋流区中的速度分布符合准强制涡关系，外旋流区中的速度分布符合准自由涡关系；轴向速度由上行流动区和下行流动区构成，两者之间在直管段以零速点作分界，在锥体段则以零速区作过渡并伴随有一定的回流出现，且该过渡区或回流区的大小随锥体截面的收缩而减小，直到进入直管段后消失；各湍流量的分布以管芯处最大向外逐渐减小，沿轴向是直管段中的湍流度大于锥体段中的湍流度，而且湍流度在旋流管内具有各向异性的特性．     

双柱双锥形液—流旋流分离管内流场的LDV诊断

本文采用ＴＳＩ二维ＬＤＶ系统,对一种双锥双柱形液－液旋流分离管内流场进行了全场范围的精细ＬＤＶ诊断,先后考试了处理量、压差比、溢流比和气芯等因素对旋流分离管内流场的影响,结果表明：该旋流分离管中下游区的切向速度呈较为明显的Ｒａｎｋｉｎｅ双涡结构,在上游位涡区中发现有未曾报道过的双峰分布现象;轴向速度由近轴处的上行流、近壁处的下行流以及介于两者之间的零速区组成,其中该零速区随旋流分离管截面的收缩而减     

密相液固两相湍流流动研究

在ＩＰＳＡＲ算法基础上推导了适用于考虑液度变化影响的密相液固两相湍流流动数值计算的ＤＩＰＳＡＲ算法，并采用低雷诺数模型，对竖直上升管中密相液固两相湍流分别采用ＩＰＳＡＲ算法和ＤＩＰＳＡＲ算法进行了数值计算，计算值与实测值较符合，计算结果的比较表明ＤＩＰＳＡＲ算法能更有效地预测密相液固两相湍流流动     

统一二阶矩模型用于模拟旋流湍流两相流动

用统一二阶矩模型（ＵＳＭ）模拟了旋流数为０４７和１５的气粒两相流动，并和实验结果以及ｋ ε ｋｐ模型的模拟结果进行了对比．研究结果表明，提高旋流数减小了轴向速度反流区，增大了切向速度似固核区．ＵＳＭ和ｋ ε ｋｐ模型预报旋流数为０４７时的两相速度场差别不大，并都和实验结果接近，但前者预报的旋流数为１５的两相速度场比后者有改进，在两种情况下，前者都能揭示出后者无法预报的两相湍流各向异性规律．     

管内湍流旋流的数值计算

本文用有限差分法对直管内的湍流旋流进行了数值模拟。计算中采用Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ湍流涡粘性假设的基本思想和Ｋ－ε双方程模型来求解雷诺应力各分量。为了反映旋流中湍流转输的非均匀性和各向异性特征，对雷诺应力各分量及与之相主尖的各湍流粘性系数分别进行计算。计算结果表明该模型能较好地反映直管内湍流旋流的流动结构。     

液封液桥内热毛细对流的数值模拟

建立了液封液桥(不相溶混的双层同轴液柱)内热毛细对流的物理数学模型,采用涡量-流 函数法、利用有限差分格式对微重力条件下液封液桥内热毛细对流进行了数值模拟,得到了 双层液柱主流区的温度场和流场,证实了液封技术能削弱液桥主流区的热毛细对流,从而提 高浮区晶体生长质量,找出了液封厚度以及内、外层流体物性参数比对液桥内热毛细对流的 影响规律.     

风口区空气流动的有限元模拟与实验研究

通风和空调出风口的射流特性主要取决于出风口截面之前的一段管道内的流动状况,研究送风口的射流偏转特性有重要实用价值.应用湍流大涡模拟技术结合Taylor-Galerkin有限单元法对工程中常见工况下的风口区管道内的三维流场进行了数值模拟和实验研究,数值计算结果与实验结果符合较好.表明湍流大涡模拟方法适合于边界形状复杂,存在各向异性的大尺度涡的内流情况,能可靠地预报风口区空气流动的射流偏转特性.     

离心泵叶轮内密相液固两相湍流的数值模拟

利用作者建立的描述密相液固两相湍流的 KET模型和推导的基本控制方程组 ,在处理壁面边界条件时考虑了颗粒和叶片的相互碰撞作用 ,对离心泵叶轮内密相液固两相流动进行了数值模拟 ,得到了泵叶轮内两相流动的一些规律 ,为液固两相流泵的设计提供了一定的理论依据。     

沙粒粒径在水平水流中对湍流调制及减阻效应的影响作用

运用基于欧拉-欧拉方法的混合欧拉多相流模型结合雷诺应力湍流模型,对较大雷诺数下的水平固液两相湍流进行了数值计算,主要考察了以Kolmogorov尺度(约为2v/ur)为临界值的细小沙粒颗粒在5％的固相体积分数下对湍流场的调制及其减阻效应.研究发现,无量纲颗粒直径dp+≤2的小颗粒减小了固液两相湍流的雷诺应力,并且三个方向上的速度脉动也被不同程度地削弱;而dp+=4的大颗粒使缓冲层区域的雷诺应力稍增大,在增强法向速度脉动的同时对流向脉动有抑制作用,并且值得关注的是,较大颗粒的存在导致缓冲层中的部分区域出现了流变现象.在减阻方面,较小的颗粒(dp+≤2)有大致相同的减阻表现,而大颗粒(dp+=4)已经失去了减阻性能,总体上看,在所研究的情形下微颗粒的减阻性能随着其粒径的增大而降低.     

考虑气核生长溃灭效应的螺旋桨梢涡空化初生数值模拟研究

梢涡空化是螺旋桨最早发生的空化类型,其一旦发生会显著增强舰船辐射噪声水平.因此,螺旋桨梢涡空化初生的预报是军舰临界航速确定的关键,长期以来受到船舶领域诸多专家学者的重点关注.微观气核受涡心低压作用而发生暴发式生长是梢涡空化初生的重要机制,而传统欧拉框架下的宏观空化模型用经验参数模化了微观气核的影响而无法对该过程准确模拟,影响对螺旋桨空化初生的准确预报.为了弥补传统模拟方法的不足,本研究发展并使用一种基于气泡动力学并考虑水相可压缩效应的欧拉-拉格朗日空化初生数值预报方法对螺旋桨梢涡空化初生进行了数值模拟研究.与实验结果对比表明,该模型能够准确地预报螺旋桨梢涡空化初生.此外,本研究不仅从微观气核角度探究不同来流气核尺寸对空化初生的影响,还进一步研究梢涡流动特性对气核演变的影响机制,初步探究初生空化在螺旋桨梢涡流场中的发声机理.在空化初生光学判断准则下尺寸越大的气核越容易被梢涡捕获而暴发式生长.气核在梢涡卷吸作用下逐渐靠近涡心低压区.在涡心低压区的持续作用下气核开始暴发式生长,并在半径达到最大后迅速收缩溃灭,产生强烈的正声压脉冲信号.     

油滴在液-液旋流分离中的随机轨道数值模拟

在不考虑相间相互作用的条件下，对水相采用DSM湍流模型，油相采用随机轨道模型，成功地模拟了两组不同粒径的油滴群在两种典型液一液旋流分离管中的运动轨迹，较好地揭示了不同粒径油滴在旋流管中的分离过程．通过比较可知油滴在优选结构旋流管中的捕集过程明显比F型旋流管中快，有关结果与对该两种旋流管的分离特性研究结果相吻合，由此说明了优选结构旋流管具有更好的分离作用．     

单柱单锥型液—液旋流分离管内流场的LDV诊断

应用二维激光多普勒仪（ＬＤＶ）对一种单柱单锥型液－液旋流分离管内流场进行了测量,考察了流量、溢流比、压力比和气芯等参数对流场的影响。测量结果表明：切向速度分布呈典型的Ｒａｎｋｉｎｅ涡结构,沿轴向衰减很少,表明所用锥角是合适的;因该旋流管的水力直径较大,切向速度的总体水平较低,由于对了离特性带来了不利影响。此外,没有观察到切向速度分布的的双峰分布现象。轴向速度的总体水平较低,尤其是在锥形管的上游更为     

环空后台阶管道内气固两相流动的数值模拟研究

环空管道后台阶突扩流动是空气正循环钻井过程中十分重要的关键部分,直接决定了钻探岩屑是否能够顺利上返地面.本文采用Euler-Lagrange两相流研究方法,气相湍流采用Realizable k-ε模型,固相采用离散相模型(DPM),固相的湍流耗散采用随机轨道模型,对环空后台阶突扩管道内气固两相流动进行了数值模拟研究.得出了气相场大涡演变规律,在此基础上研究了不同粒径时颗粒在流道中的浓度分布规律、运动轨迹,以及速度场分布规律.这为细观框架下研究气固两相相互作用规律提供了依据.     

湍流涡致振动频率特性

用数值模拟方法对固定圆柱湍流涡脱落频率与弹性圆柱湍流涡致振动频率特性进行了研究,湍流计算模型采用标准κ-ε模型,压力泊松方程提法基于非交错网格系统.研究结果表明:固定圆柱湍流绕流涡脱落频率基本不随雷诺数而变,对于同一固有频率弹性圆柱,涡振频率基本不随雷诺数而变;对于某一固定雷诺数流动涡振频率在一定范围内与系统固有频率有关.     

充液航天器液体晃动和液固耦合动力学的研究与应用

随着火箭运载能力、卫星工作寿命和深空探测器任务复杂度的不断提高, 液体推进剂占航天器总质量的比重也不断增加. 液体推进剂的晃动影响着航天器的运动稳定性和姿轨控系统的可靠性, 是航天器动力学中一个备受关注的问题. 充液航天器中晃动的液体是一个分布参数系统, 理论上是无穷维的, 而工程上希望建立的数学模型是简单、低维的, 因此对液体晃动等效力学模型的研究经久不衰. 另外, 液体推进剂对航天器的结构动特性有着重要的影响, 在建立充液航天器的结构动力学模型时需要考虑液体推进剂与贮箱等结构的耦合效应. 本文首先结合液体晃动动力学理论和航天工程实际, 从理论研究、数值研究和实验研究等三个方面综述了国内外在充液航天器液体晃动动力学领域的研究现状, 并以此为基础介绍了航天工程中液体晃动等效力学模型的应用进展情况; 然后, 以液体运载火箭为例概述了国内外在充液航天器液固耦合建模方面的成果,介绍了求解液固耦合问题的数值方法和应用软件; 最后, 根据航天器工程的发展需求, 对充液航天器液体晃动和液固耦合动力学的进一步研究方向提出了一些建议.      

横向磁场下侧壁加热方腔熔化的数值模拟研究

磁场下的固-液相变过程在电磁冶金和增材制造等工程应用中广泛存在,其中的熔化过程和流动机理尚未完全探究清楚.方腔熔化是研究固-液相变过程的基础模型,具有良好的普适性,研究磁场对其流动的影响可以为其他复杂相变过程提供参考.本文基于焓方法开展了固-液相变的数值模拟研究,得到了垂直主环流方向的横向磁场对侧壁加热方腔中流动、传热和熔化过程的影响.首先,对于无磁场时的方腔熔化问题,通过与已有的实验结果和数值结果进行对比,证实了文献中方腔宽度对固-液界面的形状及位置影响不能忽视的结论.随后,对小磁场情况下的三维工况进行了直接数值模拟,发现此时磁场效应主要表现为对混乱三维流动产生整流作用,使流动趋于二维化.但由于固-液界面的存在,主流区的速度在趋于一致的同时也会反作用于界面,其形状随磁场增强而逐渐转变为二维结构.最后,本文采用准二维模型分析了更强磁场时的情形,讨论了不同参数对传热效率及界面形状的影响,并发现了横向磁场作用下的垂直最大速度仍满足磁对流中的无量纲参数标度律关系.     

用基于M-SST模型的DES数值模拟喷流流场

脱体涡数值模拟方法(dettached eddy simulation,DES)是把雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS)方法及大涡模拟方法(LES)结合起来模拟有脱体涡的湍流流场的数值模拟方法,其主要思想是在物面附近解雷诺平均Navier-Stokes方程、在其他区域采用Smagorinski大涡模拟方法。本文在剪切应力传输(SST)湍流模型的基础上用DES及混合非结构网格数值模拟具有横向喷流的湍流流场,算法采用Osher逆风格式,利用该套程序(包括网格生成及算法),对导弹在不同马赫数下的喷流流场进行了数值模拟,并与同时开展的实验研究的结果进行了对比,结果表明用该方法处理这类问题是较准确的。     

基于涡旋识别方法的高速列车尾涡结构的讨论

利用改进型延迟分离涡模拟方法对缩尺比例1:30的高速列车简化模型的绕流流场进行数值计算,主要针对近尾流区的涡旋结构展开具体讨论. 通过不同的涡旋识别方法,发现在尾涡结构中,高涡量的强涡旋主要聚集于尾车附近,而涡量较低但处于相对稳定状态的涡旋分布在大部分尾流空间中. 对此,主要基于最新提出的涡旋定义及其物理意义认为,由于边界层在尾部发生的流动分离,剪切变形以及高涡量的扩散对强涡旋的形成发挥着重要的作用,而涡旋会被较强的剪切旋转拉伸,使得局部复杂的流动表现出突出的湍流特性;另一方面,尽管涡强度明显下降,但是在强剪切应变迅速衰减的情况下,流向涡核中的涡旋涡量是主要的,此时,在较接近地面的情况下,流体微团以涡核为中心的旋转运动使得涡旋与地面之间的相互作用成为主导的流动机制. 虽然涡强度会相对缓慢地衰减,但是从湍流能量产生的角度,该机制对涡旋的自维持发挥重要的作用,从而使尾涡结构能够相对稳定地存在于尾流流动中.      

气固两相混合层二维涡配对的数值研究

采用双向耦合模型中的速度耦合模型,数值模拟了气固两相混合层中涡的配对、合并过程,文中采用拟谱方法对流场进行了直接数值模拟,用Lagrange模型跟踪固粒,结果发现,在双向耦合过程中Stokes数仍然是重要的参数,但不是唯一影响流场的参数,流场的发展还与固粒的体积浓度、固粒的相对密度以及固粒大小等因素有关。固粒抑制流场的发展,阻碍涡的配对、合并,加快了涡量的扩散;小St数的固粒仍然跟随流体运动,大St数的固粒趋向于低涡量区的趋势减弱。