龙卷风原理的吸尘装置结构设计及流场仿真分析

为提升垃圾清扫性能,利用龙卷风原理设计吸尘装置并对其结构参数和扩展域进行研究,采用ANSYS FLUENT 16.0、有限体积法与RNG k⁃ε模型对吸尘装置的流场进行计算,分析探讨各结构参数和扩展域参数对龙卷风的形成及吸尘效果的影响规律,提出了新型的吸尘装置的原理以及设计方案.研究结果表明:排尘口高度与吸嘴直径的比值是1.6时,此时装置产生的龙卷风上部完全发展且结构稳定;吸嘴进风口距地面高度与圆筒直径的比值是0.2时,此时装置产生的龙卷风具有明显的单涡结构,吸嘴覆盖区域的近地面风速最大,吸尘效果最好;导流孔倾斜角度为45°或-45°时装置产生的龙卷风最稳定且强度最大;涡流比在一定范围内增加时装置内的风场结构的强度变大,有利于吸尘效率的提高;扩展域的高度和直径均存在阈值,当扩展域参数大于相应阈值时,其影响可以忽略不计.吸尘装置通过设置合适的结构参数,能够形成高稳定性与强吸尘效果的类龙卷风流场,可实现高效清扫效果.

线状对流中EF3级强龙卷的多尺度机理研究

利用NCEP再分析资料、地面观测资料、多普勒雷达资料、风廓线雷达资料、FY-4A卫星资料、雷达变分同化分析系统输出的高分辨率分析场资料对2018年8月13日17:30发生在天津静海地区的EF3级强龙卷过程进行分析,结果表明:此次过程为发生在线状对流中的强龙卷,且引发龙卷的对流风暴不具备超级单体风暴典型特征,龙卷形成后,在涡旋不断加强的基础上,旋转中心不断下降,且TVS的伸展厚度不断增大。两个线状对流之间新单体的形成发展促使了线状对流的合并,新生对流单体强回波接地时间与龙卷的发生时间有较好的对应关系。在龙卷发生前20 min,分别位于两条边界层辐合线北侧和西侧的偏北风和前方入流的偏东风构成了中低压的辐合旋转流场,当雷暴出流与龙卷发生地的局地风垂直切变中心(在180 m高度可达90×10-3 s^-1)相遇,辐合线上水平分布极不均匀的上升运动迫使水平涡管倾斜,加强了垂直涡度,涡管在垂直方向上被拉伸,根据角动量守恒,旋转加强形成龙卷母体涡旋,因此,发生在线状对流中的强龙卷虽然在对流模态上与超级单体龙卷不同,但龙卷母体涡旋形成的物理机理是一致的。

龙卷风作用下开洞高层建筑风压分布特征研究

为研究龙卷风作用下洞口设置对高层建筑风荷载的影响,利用FLUENT6.3流体计算软件,针对三种典型风向角(30°,45°和60°)进行了数值模拟研究,并将开洞模型与全封闭模型行进了对比分析。研究表明:在龙卷风场中心处,与封闭模型不同,开洞模型迎风面和背风面表现出一定差别,不再呈现良好的中心对称性;45°为最不利风向角,迎风面和背风面受洞口设置影响最大,且洞口周边存在沿高度风压突变;洞口设置位置对刚性模型风压有非常明显的影响,建筑物中开洞时对减小风荷载最为有利,下开洞时会显著增加表面风压,最为不利,上开洞时不利程度稍好于下开洞。

龙卷风近地移动梯度对低层房屋风场影响

为研究龙卷风灾害机理,运用Burgers涡运动理论及平移风速梯度理论,建立了涡旋及平移运动合成下的准定常三维龙卷风模型,并进行了柱坐标下的Navier-stokes方程的数值求解,得到了速度场及压力场的表达式.由此,探讨了考虑近地平移风剖面分布下的风场规律及其对低层房屋的作用特点.研究表明:考虑平移风梯度后,龙卷风前端右侧涡核负压值增大,高度较小时负压增加更为明显.因此,对低层房屋所受风吸力的影响更大.

桨叶型式对中心龙卷流型搅拌槽内流动场的影响

采用计算流体力学(CFD)对中心龙卷流型搅拌槽内部流场进行了数值模拟,从速度、压力、湍动能、功耗等方面研究三种不同的搅拌桨叶对搅拌槽工作性能的影响。研究结果表明:6PBDT在整个搅拌槽内速度分布相对较均匀;6SBDT在轴截面处的压力分布较为均匀,湍动能分布面积相对较大;在相同条件下,6SBDT所消耗的功率大,即槽内流体的混合性能最好。