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Numerical Simulation of Turbulent Swirling Pipe Flow with an Internal Conical Bluff Body 被引量:2
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作者 Jinli Song Nabil Kharoua +1 位作者 Lyes Khezzar Mohamed Alshehhi 《Fluid Dynamics & Materials Processing》 EI 2021年第2期455-470,共16页
Turbulent swirling flow inside a short pipe interacting with a conical bluff body was simulated using the commercial CFD code Fluent.The geometry used is a simplified version of a novel liquid/gas separator used in mu... Turbulent swirling flow inside a short pipe interacting with a conical bluff body was simulated using the commercial CFD code Fluent.The geometry used is a simplified version of a novel liquid/gas separator used in multiphase flow metering.Three turbulence models,belonging to the Reynolds averaged Navier-Stokes(RANS)equations framework,are used.These are,RNG k-ε,SST k-ωand the full Reynolds stress model(RSM)in their steady and unsteady versions.Steady and unsteady RSM simulations show similar behavior.Compared to other turbulence models,they yield the best predictions of the mean velocity profiles though they exhibit some discrepancies in the core region.The influence of the Reynolds number on velocity profiles,swirl decay,and wall pressure on the bluff body are also presented.For Reynolds numbers generating a Rankine-like velocity profile,the width and magnitude of flow reversal zone decreases along the pipe axis disappearing downstream for lower Reynolds numbers.The tangential velocity peaks increase with increasing Reynolds number.The swirl decay rate follows an exponential form in accordance with the existing literature.These flow features would affect the performance of the real separator and,thus,the multiphase flow meter,noticeably. 展开更多
关键词 swirling pipe flow conical bluff body CFD SEPARATOR
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Improved Dissipation Rate Equation for Swirling and Rotating Pipe Flows
2
作者 Ronald Ming Cho So 《Journal of Applied Mathematics and Physics》 2022年第3期661-687,共27页
The nature of turbulent swirling and rotating flow in a straight pipe is investigated using a family of near-wall two-equation models. Specifically, the viability of three different near-wall two-equation models is as... The nature of turbulent swirling and rotating flow in a straight pipe is investigated using a family of near-wall two-equation models. Specifically, the viability of three different near-wall two-equation models is assessed. These models are asymptotically consistent near the wall. The first two models, one with isotropic and another with anisotropic eddy viscosity invoked, solved a dissipation rate equation with no explicit correction made to account for swirl and flow rotation. The third model assumes an isotropic eddy viscosity but solves an improved dissipation rate equation that has explicit corrections made to account for swirl and flow rotation. Calculations of turbulent flows in the swirl number range 0.25 - 1.3 with and without a central recirculation region reveal that, with the exception of the third model, neither one of the other two models can replicate the mean field at the swirl numbers tested. Furthermore, taking stress anisotropy into account also fails to model swirl effect correctly. Significant improvements can be realized from the third model, which is based on an improved dissipation rate equation and the assumption of isotropic eddy viscosity. The predicted mean flow and turbulence statistics correlate well with measurements at low swirl. At high swirl, the two-equation model with an improved dissipation rate equation can still be used to model swirling and rotating pipe flows with a central recirculation region. However, its simulation of flows without a central recirculation region is not as satisfactory. 展开更多
关键词 Dissipation Rate Equation swirling and Rotating pipe flows
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基于旋流射流的清管器结构研究
3
作者 吴昊 任连城 +1 位作者 谢帅 单代伟 《流体机械》 CSCD 北大核心 2024年第10期112-120,共9页
针对管道污垢容易在清管器皮碗底部形成楔形堆积,造成清管器卡堵等问题,提出一种基于旋流射流的清管器结构。基于计算流体力学方法,对旋流射流清管器进行流场数值模拟,研究导流管直径、叶片安装角、翼型折角对叶轮力矩和旋流射流平均速... 针对管道污垢容易在清管器皮碗底部形成楔形堆积,造成清管器卡堵等问题,提出一种基于旋流射流的清管器结构。基于计算流体力学方法,对旋流射流清管器进行流场数值模拟,研究导流管直径、叶片安装角、翼型折角对叶轮力矩和旋流射流平均速度的影响,分析导流管气流对皮碗底部污垢吹扫效果;采用正交试验法确定最优结构参数。研究表明:导流管直径在65~75 mm之间时,叶轮力矩基本达到峰值;增大翼型折角或叶片安装角都能显著提高叶轮力矩,但叶片安装角对旋流射流平均速度影响较小;导流管中射到皮碗底部的气流速度在40~60 m/s,湍动能大小在6 m^(2)/s^(2)左右,且影响范围广,能解决由皮碗底部污垢堆积而产生的卡堵问题;最优结构参数为导流管直径45 mm、叶片安装角40°、翼型折角33°。研究可为研发新型清管器以及解除卡堵问题提供参考。 展开更多
关键词 天然气管道 清管器 旋流 射流 计算流体动力学 流场模拟
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D300mm×2000mm圆管内旋转流切向速度特征的实验研究 被引量:6
4
作者 宋健斐 王甜 +2 位作者 徐国 徐俊 魏耀东 《实验流体力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期41-46,共6页
采用热线风速仪(HWA,Hot Wire Anemometry)测量了D300mm×2000mm圆管内旋转流切向瞬时速度随时间的变化特征。测量结果表明在圆管的中心区域,瞬时切向速度随时间的波动变化较大,而靠近边壁区域瞬时切向速度随时间的波动变化较小,中... 采用热线风速仪(HWA,Hot Wire Anemometry)测量了D300mm×2000mm圆管内旋转流切向瞬时速度随时间的变化特征。测量结果表明在圆管的中心区域,瞬时切向速度随时间的波动变化较大,而靠近边壁区域瞬时切向速度随时间的波动变化较小,中心区域瞬时切向速度的脉动幅值远大于壁面区域的脉动幅值。通过对瞬时切向速度进行频谱分析可知,瞬时切向速度的波动频率沿径向和轴向基本一致,但在出口区域频率有所增大,圆管内的瞬时切向速度出现低频波动是旋转流的摆动导致的。 展开更多
关键词 圆管 旋转流 流场 稳定性 热线风速仪
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圆管内轴向旋转流切向速度湍流强度 被引量:5
5
作者 蔡香丽 李培 +2 位作者 杨智勇 黄蕾 魏耀东 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第11期4278-4284,共7页
采用热线风速仪(hot wire anemometry,HWA)测量了?300 mm×2000 mm圆管内轴向旋转流瞬时切向速度随时间的变化,重点分析了切向速度湍流强度的分布特点和旋转流摆动对切向速度湍流强度的影响。测量结果表明,瞬时切向速度由高频的湍... 采用热线风速仪(hot wire anemometry,HWA)测量了?300 mm×2000 mm圆管内轴向旋转流瞬时切向速度随时间的变化,重点分析了切向速度湍流强度的分布特点和旋转流摆动对切向速度湍流强度的影响。测量结果表明,瞬时切向速度由高频的湍流脉动速度和低频的波动速度叠加构成。由于受旋转流旋转中心偏离圆管几何中心造成的旋转流摆动的影响,在圆管中心区域瞬时切向速度随时间的波动速度变化较大,边壁区域瞬时切向速度随时间的波动速度变化较小。通过对瞬时切向速度数据进行概率密度分析可知,切向湍流强度不仅受气流脉动的影响,还受旋转流中心摆动的影响,是由自身气流脉动产生的湍流强度和旋转流摆动产生的湍流强度两部分叠加构成。旋转流摆动导致了中心区域的湍流强度远大于边壁面区域的湍流强度。 展开更多
关键词 圆管 旋转流 湍流 湍流强度
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D300mm×3420mm圆管内旋转流流场的LDV实验测量 被引量:9
6
作者 张静 宋健斐 +1 位作者 魏耀东 时铭显 《实验流体力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期40-43,55,共5页
利用激光多普勒测速仪(LDV)对直径D300mm×3420mm圆管内的旋转流场进行了实验测量,重点测量切向速度与轴向速度的分布以及湍流强度分布。测量结果表明圆管内的旋转流是Rankine涡结构形态,旋转流强度沿轴向存在着明显的衰减特性,且... 利用激光多普勒测速仪(LDV)对直径D300mm×3420mm圆管内的旋转流场进行了实验测量,重点测量切向速度与轴向速度的分布以及湍流强度分布。测量结果表明圆管内的旋转流是Rankine涡结构形态,旋转流强度沿轴向存在着明显的衰减特性,且最大切向速度的径向位置沿轴向逐渐向内移动,即由上游的刚性涡逐渐向下游的准自由涡和刚性涡组合过渡;轴向速度的分布存在着很大的不均匀性,在r=0.5R区域存在一个轴向速度的低速区,甚至出现上行,但在轴向位置z>10R后轴向速度全部向下,并向均匀分布发展;圆管内的切向湍流强度比轴向湍流强度大一倍,两者的湍流强度在准自由涡区径向分布比较平均,中心刚性涡区域的湍流强度比较高,而且随轴向位置的变化衰减不明显。 展开更多
关键词 圆管 激光多普勒测速仪 旋转流流场 衰减 湍流强度
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翅片式弯头流动调整器的整流特性 被引量:2
7
作者 邓清华 何伟 +3 位作者 张亮 彭傲然 赵卓斌 丰镇平 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期92-101,共10页
针对翅片式弯头流动调整器,采用数值方法,研究了3种实际来流条件下的整流特性,分析了其整流机理、整流性能、适用范围和压力损失情况。结果表明:弯头翅片通过压差作用形成了对转的诱导涡,将弯头外侧流体导向弯头内侧,从而大幅增强流体... 针对翅片式弯头流动调整器,采用数值方法,研究了3种实际来流条件下的整流特性,分析了其整流机理、整流性能、适用范围和压力损失情况。结果表明:弯头翅片通过压差作用形成了对转的诱导涡,将弯头外侧流体导向弯头内侧,从而大幅增强流体间的动量交换,实现了扰乱原始速度分布并形成均匀流动的效果;相对于光滑管,翅片式流动调整器的压力均匀度变化不大,速度均匀度提升了21%~36%,流向角均匀度则随进口条件变化;翅片式流动调整器的流动阻力高于叶片式流动调整器,低于孔板式流动调整器,与管束式流动调整器相当。 展开更多
关键词 弯头 流动调整器 均匀性 旋涡角 压力损失
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管内自由衰减旋流阻力与换热的衰减特性 被引量:2
8
作者 吴慧英 程惠尔 周强泰 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第3期323-325,330,共4页
针对管内自由衰减旋流局部流动、阻力及换热特性理论研究的不足,根据流体力学动量矩定理,从理论上推导了管内自由衰减旋流当地最大切向速度、当地阻力系数以及当地换热努塞尔数沿管长衰减的解析式,理论解与试验结果吻合良好.并且揭... 针对管内自由衰减旋流局部流动、阻力及换热特性理论研究的不足,根据流体力学动量矩定理,从理论上推导了管内自由衰减旋流当地最大切向速度、当地阻力系数以及当地换热努塞尔数沿管长衰减的解析式,理论解与试验结果吻合良好.并且揭示:①旋流初始切向速度比越大、雷诺数越小或管壁粗糙度越大,则管内当地最大切向速度、当地阻力系数以及当地换热努塞尔数的衰减也就越快;②管内自由衰减旋流当地阻力系数的衰减要比当地换热努塞尔数的衰减来得迅速。 展开更多
关键词 传热 自由衰减旋流 管内换热 换热 衰减特性
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螺旋流三分支管多维流场的测量与数值模拟 被引量:1
9
作者 帅石金 刘永长 《内燃机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第3期277-280,共4页
排气系统对发动机的性能有很大影响,作者在 M P C排气系统的基础上,提出了一种新型螺旋流排气系统,它利用支管与总管切向斜交,使气体从支管流出后在总管内产生螺旋运动,可以减小气体由支管进入总管时的撞击损失,同时可以防止... 排气系统对发动机的性能有很大影响,作者在 M P C排气系统的基础上,提出了一种新型螺旋流排气系统,它利用支管与总管切向斜交,使气体从支管流出后在总管内产生螺旋运动,可以减小气体由支管进入总管时的撞击损失,同时可以防止扫气干扰;气体产生螺旋运动还可以减少总管横截面的二次流损失和局部回流损失。为了深入研究螺旋流排气系统的工作机理,作者利用三维粒子动态分析仪(3 D P D A),对一始端螺旋流三分支模件的稳态湍流流场进行了测量,并用 A L E法进行了三维流动数值模拟。模拟结果与测量结果基本吻合,反映了模件流场的三维特征。 展开更多
关键词 螺旋流 三分支管 多维流场 测量 数值模拟
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管道轴对称旋转流的数值模拟 被引量:1
10
作者 曹义华 陆家鹏 《弹道学报》 EI CSCD 1992年第3期14-18,共5页
本文从一般管流流动的控制方程出发,运用SIMPLE算法对旋转流进入突扩或渐张管道作了具体计算.限于定常不可压湍流流动,使控制方程得以简化求解.计算方法还包括了扩张壁的阶梯形近似,原始变量的交错网络以及旋转流作用等.所得计算结果展... 本文从一般管流流动的控制方程出发,运用SIMPLE算法对旋转流进入突扩或渐张管道作了具体计算.限于定常不可压湍流流动,使控制方程得以简化求解.计算方法还包括了扩张壁的阶梯形近似,原始变量的交错网络以及旋转流作用等.所得计算结果展示了回流区特性和平均的流线形态. 展开更多
关键词 管内湍流 旋转流 数值模拟 内弹道
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竖井式抽水蓄能电站进/出水口的水力特征 被引量:4
11
作者 程伟平 胡云进 +1 位作者 章军军 毛根海 《排灌机械工程学报》 EI 2010年第6期537-542,共6页
采用小孔扩散方式所建立的轴对称二维切片模型和二维轴对称数值模型,对抽水工况的出流特性和尾流的水流摆向进行了研究.试验与数值模拟结果显示,抽水工况下出流可视作射流,水流摆向与水位有一定关系,高水位时摆向河床,低水位时摆向水面... 采用小孔扩散方式所建立的轴对称二维切片模型和二维轴对称数值模型,对抽水工况的出流特性和尾流的水流摆向进行了研究.试验与数值模拟结果显示,抽水工况下出流可视作射流,水流摆向与水位有一定关系,高水位时摆向河床,低水位时摆向水面;三维模型对比试验显示,抽水工况下采用防涡板结构时的进/出水口水头损失系数可达0.61,而无防涡梁、阶梯防涡梁和水平防涡梁等3种结构的水头损失系数范围为0.44~0.48;发电工况下水头损失系数均接近0.40.试验结果显示,竖向扩散段的扩散角小于9°时能保证配水均匀.采用2~3倍发电流量观察发电工况时漩涡的形成,试验显示漩涡的变化特征随水位发生变化:高水位时在进/出水口顶盖上部形成单一的漩涡;当水位降低到一定程度后,大环流转化为若干个漩涡,漩涡数量与导流墩数量相同.两个进/出水口同时运行时,环流之间相互干扰,可能形成一顺一逆环流. 展开更多
关键词 抽水蓄能电站 竖井式进/出水口 射流 漩涡 防涡梁
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长圆管内旋转流流场的实验测量和数值模拟 被引量:1
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作者 刘书贤 魏耀东 +1 位作者 孙国刚 时铭显 《炼油技术与工程》 CAS 北大核心 2008年第9期26-30,共5页
利用激光多普勒测速仪(LDV)对φ100 mm×3 500 mm圆管内的旋转流流场进行了实验测量,重点研究了切向速度与轴向速度的分布以及湍流强度分布。同时采用FLUENT软件的雷诺应力输运方程模型(BSM)对圆管的湍流流场进行数值模拟,模拟结果... 利用激光多普勒测速仪(LDV)对φ100 mm×3 500 mm圆管内的旋转流流场进行了实验测量,重点研究了切向速度与轴向速度的分布以及湍流强度分布。同时采用FLUENT软件的雷诺应力输运方程模型(BSM)对圆管的湍流流场进行数值模拟,模拟结果和实验测量基本吻合。流场测量和数值模拟结果表明:圆管内的旋转流是Rankine涡结构形态,旋转强度沿轴向存在着明显的衰减特性,且最大切向速度的径向位置沿轴向逐渐向内移动。在长径比为10的位置,轴向速度大致呈"M"状分布,且沿轴向上轴向速度在径向上的变化趋于平缓,但在轴向长径比为16的位置以后轴向速度转变为稳定的轴对称分布,且轴向速度随径向位置的增大逐渐减小。圆管内大部分空间的切向湍流强度与轴向湍流强度波动不大,但在圆管中心处较大,说明该区域气流扰动较大。 展开更多
关键词 圆管 激光多普勒测速仪 数值模拟 旋转流流场 衰减
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水平管流和旋流流动特性的复合实验装置
13
作者 朱艳 肖美添 刘华信 《实验室研究与探索》 CAS 1999年第6期80-83,共4页
介绍一套测量水平圆管和短式旋风筒内流体流动特性的实验装置。该装置结构紧凑、投资少、测量操作方便,是一套较可取的测量流体多种流动方式和参数的实验装置。
关键词 水平管流 旋流 复合实验装置 流体流动
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螺旋流多分支管流场的三维数值模拟
14
作者 曹立 刘永长 +1 位作者 刘会猛 黄强 《车用发动机》 北大核心 2001年第3期24-28,共5页
采用分块耦合的网格生成技术 ,利用TTM法生成螺旋流多分支管的三维贴体网格。用任意拉格朗日—欧拉 (ALE)法对螺旋流排气系统中的 2个三分支管模件内的稳态流场进行了数值模拟。揭示了螺旋流排气系统相邻缸排气之间的相互影响 ,为系统... 采用分块耦合的网格生成技术 ,利用TTM法生成螺旋流多分支管的三维贴体网格。用任意拉格朗日—欧拉 (ALE)法对螺旋流排气系统中的 2个三分支管模件内的稳态流场进行了数值模拟。揭示了螺旋流排气系统相邻缸排气之间的相互影响 ,为系统地分析螺旋流排气系统的工作机理奠定了基础。 展开更多
关键词 螺旋流 多分支管 数值模拟 三维流场 TTM法 排气系统 内燃机
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水平管内单相切向旋流流动特性的LDV实验研究
15
作者 李会雄 周芳德 陈学俊 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1994年第6期132-140,共9页
以水做实验工质,用激光多普勒测速仪(LDV)对水平管内由切向喷射方法产生的切向旋流在各截面上的时均速度分布、紊流强度、雷诺应力等参数进行了详细地测量,得到了旋流强度的衰减规律,对这种旋流的流动结构有了较为清晰地了解,... 以水做实验工质,用激光多普勒测速仪(LDV)对水平管内由切向喷射方法产生的切向旋流在各截面上的时均速度分布、紊流强度、雷诺应力等参数进行了详细地测量,得到了旋流强度的衰减规律,对这种旋流的流动结构有了较为清晰地了解,所研究旋流的入口标称旋流数在1.0~15.7之间,轴向平均雷诺数范围为10000~80000。 展开更多
关键词 切向旋流 LDV测量 水平管 流动特性
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ANALYTICAL SOLUTION FOR THE VELOCITY FIELD INDUCED BY A UNIFORMLY MOVING HELICAL VORTEX FILAMENT IN CYLINDRICAL TUBE 被引量:5
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作者 LiuXiang HuangQi-bai +1 位作者 LiaoDao-xun WenGuo-zhen 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 2003年第1期111-121,共11页
A derivation of an analytical expression for the inviscid velocity fieldinduced by a single right-handed helical vortex filament is presented. The vortex filament movesuniformly and rigidly without change of form in a... A derivation of an analytical expression for the inviscid velocity fieldinduced by a single right-handed helical vortex filament is presented. The vortex filament movesuniformly and rigidly without change of form in a cylindrical tube, where the vortex filamentrotates around its axis with a constant angular velocity and translates along its axis with aconstant translational velocity. The key to solve the problem is to set up a moving cylindricalcoordinate system fixed on the vortex filament. The result shows that the velocity field is atime-periodic function, and may degenerate into Okulovs' s formula when the helical vortex filamentslips along the filament itself or stays immobile. 展开更多
关键词 analytical solution moving single helical vortex filament time-dependentvelocity field swirl pipe flow
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