On the Pressure Drop and the Velocity Distribution in the Cylindrical Vortex Chamber with Two Inlet Pipes for the Control of Vortex Flow

Vortex flow is applied to a cyclone dust collector, a vortex combustion chamber, and a vortex diode for vortex control. In order to apply the vortex flow to the industries, it is necessary to keep the stable flow condition and to estimate the response time of the transient flow process and also the intensity of the vortex flow. For control vortex flow, two types of vortex chamber with two inlet pipes were designed. One of them is to promote the vortex flow named as Co-Rotating Flow System and another one is to hinder the vortex flow named as Counter-Rotating Flow System. The pressure drops and the velocity distributions were measured for these vortex chambers. The estimation of the tangential velocity by the application of the angular momentum flux is compared with the measured velocity by a cylindrical Pitot-tube. The characteristics of the total pressure drop could be explained by introducing the circulation.

Estimation of the Radial Distribution of the Tangential Velocity in a Vortex Chamber

The estimation of maximum tangential velocity becomes a very important factor for the estimation of performancesof the vortex chamber. In this paper, a proposed flow model of how to estimate the maximum tangential velocity inthe special form of the vortex chamber is described in detail. The pressure drop basing upon the rapid expansion byflowing from the inlet pipe into the cyclone body is estimated as half of the dynamic pressure in the inlet pipe.

Investigation on Temperature Separation and Flow Behaviour in Vortex Chamber

In the previous researches, it is known that the swirl flow in circular pipe causes the temperature separation. Recently, it is shown that the temperature separation occurs in a vortex chamber when compressed air are pumped into this device from the periphery. Especially, in a cavity installed in the periphery of the chamber, the highest temperature was observed. Therefore, it is expected that this device can be used as a heat source in the engineering field. In recent researches, the mechanism of temperature separation in vortex chamber has been investigated by some researchers. However, there are few researches for the effect of diameter and volume of vortex chamber, height of central rod and position of cavity on the temperature separation. Further, no detailed physical explanation has been made for the temperature separation phenomena in the vortex chamber. In the present study, the effects of chamber configuration and position of the cavity on temperature separation in the vortex chamber were investigated experimentally.

Spin-up and Spin-Down Times of Rotational Air Flow Depended on Mean Air Velocity and Surface Roughness on Inner Surface in Cylindrical Vortex Chamber

The spin-up time TA in the spin-up process and spin-down time TD in the spin-down process of rotational air flow in the cylindrical vortex chamber with three kinds of the artificial surface roughness were investigated. One of the most different characteristics between the smooth and rough surface conditions was the spin-down time TD. Also the transient response of the tangential velocity on the spin-up process was analyzed numerically and this result was compared with the experimental results. The above stated results are reported here in detail.

动力电池测试用高低温试验箱温度场分析与流场模拟优化

以试验区置有两个动力电池的294 L高低温试验箱作为研究对象,通过CFD模拟了高低温试验箱恒温45℃时箱内电池的温升和散热情况,并对高低温试验箱的流场进行优化。结果表明:对于同侧上送风下回风的气流组织形式,在试验区上部放置多孔板进行孔板送风有助于提高流场均匀性;两个动力电池之间会出现涡旋现象,通过增加置物架与内箱底部的间距、适当增大回风口截面积均能减轻甚至消除涡旋现象,提高流场均匀性,当置物架与内箱底部的间距增至0.2 m,回风截面的高度增至0.15 m后,试验箱流场的整体不均匀度由1.73降至0.4,电池间的涡旋现象消失。

高温风洞收集口对舱压试验匹配性影响的研究

针对高温燃气流风洞试验中舱压不稳定可能造成试验设施损害的问题,从波系与分离涡之间相互干扰的角度,开展了扩压器的收集口位置和尺寸对舱压试验匹配性影响的机理研究。使用计算流体力学方法对不同收集口位置和尺寸的工况进行了模拟,得到了试验舱内的压力分布情况,研究了波系与分离涡之间的相互干扰对试验稳定运行的影响,为收集口的优化设计提供了参考。研究表明,合理的收集口位置和尺寸,能够增强波系与锥身后的分离涡的相互影响,避免分离涡主导收集口,增加主流的通流量,减小舱内溢流及其产生的回流涡的尺度,有利于试验的成功开展。

影响半密闭腔室弧后气体绝缘恢复的涡环现象观测与分析

多腔室灭弧间隙在配网防雷中受瞩目,其工作时电弧喷出与空气对流换热成气体射流,射流与周围流体速度差形成剪切层,进而可能演变为涡环结构,促进弧后气体冷却与绝缘恢复。涡环形成受腔室结构影响,优化结构可提高涡环形成概率,增强灭弧效果。因此,通过搭建纹影观测平台观测弧后气体的逸散过程,研究了不同腔室结构参数对弧后气体涡环形成以及气体密度恢复的影响,分析了涡环对于促进弧后气体冷却的效果。基于纹影观测结果,采用有限元仿真分析软件,仿真分析了弧后气体涡环的形成过程。仿真结果证明了合理设置腔室出口直径可增大弧后气体涡环的形成概率,涡环夹带环境冷空气进入弧后气体热核,促进弧后气体的冷却与绝缘强度恢复。

基于超表面的涡旋波通信仿真系统实验设计

为了让学生深入理解涡旋波传播原理,掌握涡旋波通信的特点,该文提出涡旋波通信传输实验方案。首先,介绍了涡旋波的基本原理,并利用CST电磁仿真软件完成了同极化轨道角动量超表面的设计;其次,搭建了涡旋波通信传输系统,介绍了基于超表面的涡旋波通信系统架构,并对涡旋波通信进行测试验证。实验结果表明,所设计的超表面涡旋波通信系统可以实现涡旋波的传输和接收,并实现低误码率接收。该文通过仿真和实验相结合的教学方式阐述涡旋波的产生、发射、传输和接收,不仅能够让学生认识和理解涡旋波,还可以进行涡旋波超表面的仿真设计,掌握涡旋波超表面的加工和超表面涡旋波通信的整个过程,在很大程度上激发了学生的学习热情。

Effect of Swirl Preset Vorticity on Combustion Performance of Lobe Nozzle Combustor Chamber

To improve the combustor performance of multi-point injection combustion,lobe nozzle design was applied to the aero-engine model combustor,by presetting the swirl through a certain twisted angle of the edge of the lobe outlet.Numerical simulation in combination with modelling test is used in this paper.The effects of swirl vorticity presetting onto the vortex structure,the characteristics of combustion temperature field,the combustor exit temperature field quality,the combustion efficiency,and the NOx emissions of multi-point injection combustion chamber are investigated.Compared with the conventional vortex flow at the lobe outlet edge,the results of numerical simulation and water modelling test of the swirl vorticity presetting show that the swirl presetting can efficiently enhance the range and intensity of the lobe-induced vorticities.Besides,it can improve the uniformity of the combustion temperature in the combustor chamber,together with the reduced emissions of the pollutant NOx.Moreover,compared with the conventional lobe nozzle chamber,the swirl vortex presetting can effectively improve its combustion performance.The flow simulation test results demonstrate the fluid vortex structure in the combustion chamber and validate the simulation results.

旋流竖井起旋室水气两相流数值模拟研究

起旋室是旋流竖井泄洪洞的主要组成部分,为克服传统模型试验对空腔旋流的量测限制,利用RNG k-ε湍流模型对起旋室内气液两相流进行数值计算,获得起旋室内旋流运动的水力特性。计算结果表明近壁面压强沿流程增大,断面压强沿半径趋近线性增加,压强等值线呈现以起旋室中心为圆心的同心圆分布;起旋室同一断面上轴向流速随半径r先减小后增大,切向流速随半径先增大后减小,表现出组合涡分布特征;组合涡指数n处于-0.4~1之间且随半径增大而增大,表明水流从准自由涡主导转变为准强迫涡主导;起旋室内水流运动主要为切向和轴向运动为主,且沿程由切向运动主导逐渐向轴向运动主导转变,与旋流角α沿程变化特征相符合。

曲面溢流悬板倾角对排沙漏斗流场特性的影响

排沙漏斗的流场特性对其水沙分离性能具有决定性作用,为了探究曲面悬板的倾角对排沙漏斗流场特性的影响,利用大涡模拟和VOF相结合的方法,对曲面悬板倾角分别为5°、10°、15°时的排沙漏斗三维流场特性开展研究,并与相同进流量下排沙漏斗设置平面悬板时的流场特性进行对比。结果表明,采用曲面悬板可增大漏斗室内的涡流强度,减小低流速带的范围,倾角增加能提高空气涡的稳定性、增加空气涡的强度和尺寸,有利于水沙旋流分离;锥体区径向流速随倾角增加而增大,且基本指向漏斗中心,有利于泥沙快速输移至排沙底孔;曲面悬板表面溢出水流的流速大于平面悬板表面的流速,且倾角θ为15°时,悬板上流速最大。

高频阵列式能量沉积对超燃燃烧室性能影响的数值研究

超声速来流具有较大的动量,致使横向射流受来流强压缩的影响难以具有较大的穿透深度,影响了射流在超燃燃烧室中的掺混效率。本文提出了利用能量沉积力、热扰动来辅助提升射流掺混效率的方法,并开展了数值模拟研究。通过求解带能量源项和化学反应源项的N-S方程,对比分析了施加在射流前和射流后的两种高频阵列式能量沉积分布方式对带凹腔的超燃燃烧室的影响。研究发现,能量沉积由于增大了射流诱导流向涡的尺度,可提升燃烧室乙烯燃料的掺混性能;能量沉积可提升燃烧室的燃烧效率,且分布在射流后方时燃烧效率较高,相比于基准工况提高了29%;能量沉积的加入略微降低了燃烧室总压恢复系数。

旋流竖井式泄洪洞关键技术问题研究

旋流竖井泄洪洞的关键问题是:(1)涡室进口与竖井连接段跌坎处易产生负压;(2)高尾水位泄洪洞排气难,出口易发生气爆。针对这两个问题,通过试验研究提出消除涡室连接段负压和防止泄洪洞出口气爆的简易工程措施并介绍了涡室、竖井结构尺寸优化研究成果。

超临界流旋涡竖井式溢洪道设计研究

结合沙牌等工程对旋涡式竖井溢洪道的水力学特性进行了试验研究。提出超临界流的涡室优化体型，给出确定涡室和竖井等尺寸的经验公式，并通过流体力学理论方法加以论证。

竖井旋流泄洪洞的水力设计

本文通过前人关于竖井旋流消能成果的总结及公伯峡水电站竖井旋流消能成果的分析,提出了一套完整的水力设计方法,可供设计者及研究人员参考使用。

排水系统入海口新型消能工

通过实体模型试验研究了某排水系统入海口水工建筑物的水力性能,设计提出一种新型的墩栅涡流室消能工。该新型消能工的水力特点是:流出排水隧洞的高速水流大部分通过进口墩栅空隙流入涡流室,小部分在进口墩栅前发生水跃后扎入涡流室中产生强烈的顺时针漩涡,通过水跃、墩栅的阻力和涡流室漩涡的共同作用消能,并将来流的动能转换为势能,之后,涡流室中的大部分水流在重力作用下通过出口墩栅空隙流向下游,其余水流从墩栅顶部溢流。这种新型的墩栅涡流室不仅消能效果良好而且出流均匀,并容许各种杂物如石块、泥沙等自由通过,避免涡流室中发生严重的淤积。

排沙漏斗流场的大涡模拟

排沙漏斗是一种截沙率高、冲沙耗水量小的新型的泥沙处理设施。为了得到全面详细的排沙漏斗流场结构信息,进一步探明排沙漏斗的排沙机理,采用大涡模拟和VOF方法,对排沙漏斗内水气两相流进行了3维数值模拟。计算的水流流速分布与用激光多普勒测速仪(LDA)所测得的试验结果基本一致。根据模拟结果对排沙漏斗内水流流速分布提出了一些新的认识。计算结果显示了排沙漏斗中二次流的特征,分析指出二次流是排沙漏斗能够顺畅高效排沙的关键。

涡流冷却推力室中涡流结构的分析与优化

涡流冷却是一种新型液体火箭发动机推力室冷却方法,可以简化推力室结构,降低成本,提高可靠性。本文首先介绍该类型推力室的工作原理,并对涡流的结构进行了理论分析,得出内外涡流的速度分布特点。通过冷流场计算,验证了涡流结构分析的正确性。由于流体的粘性,减小了内部涡流的速度及涡量强度,影响推进剂的掺混及燃烧。通过对氧化剂喷嘴入射角的优化,发现氧化剂喷嘴倾斜一定的角度,可以增加内部涡流的速度及涡量强度,将有助于提高涡流冷却推力室中推进剂的燃烧效率。

涡腔式自激振荡射流喷洒装置

介绍了涡腔式自激振荡射流喷洒装置的工作原理和应用范围。该装置利用环形涡腔对射流进行控制 ,利用涡腔的左、右腔的压力差产生自激振荡。根据主射流的动量平衡关系 ,通过空气孔流入涡腔的空气量和流出的空气量计算了交替切换所需的临界压力差 ,达到临界压力差所需的时间和振荡频率。这种新型喷洒装置能使射流呈扇面且分布均匀 ,可以用于道路的喷洒降尘 ,公路和铁路铁鬼积雪以及屋顶积雪的清除等。

后驻体喷孔位置对驻涡腔流动冷态数值的影响

为使采用驻涡燃烧的旋转冲压发动机的燃烧组元获得燃烧的稳定性,研究后驻体喷孔位置对驻涡腔流动冷态数值的影响.应用Fluent软件模拟驻涡燃烧室中三维冷态流场的流动特性;湍流模型采用RNG k-ε模型,近壁面处采用标准壁面函数法;设置喷射物质为理想气体;控制方程离散采用基于控制体中心的有限体积方法,选用隐式二阶迎风格式;驻涡燃烧室三维几何模型采用结构化适体网格,网格节点单元数约为600 000;求解方程组采用动量方程和能量方程进行耦合的方法,控制残差<10-4.结果表明:后驻体喷孔位置对驻涡腔的总压损失、喷射质量流率影响较小;随着喷射位置向后驻体外侧偏移,驻涡腔内的流场平均流速有所降低,形成有利于稳定火焰的流动条件.计算预测的变化趋势与实验结果相同,表明可为实际设计提供一种有效的方法.