基于CFX的豆粕组合三螺杆流道混合机理分析

针对目前传统三螺杆膨化机挤压性能和混合效率所存在的缺陷,为了提高挤出产品质量,这里设计了一种新型的组合式三螺杆膨化机。以豆粕为原料,利用CFX有限元仿真模块来对反向螺纹的组合三螺杆流道进行数值模拟,通过分析在宏观压力、速度矢量、速度迹线上的特性来与传统三螺杆进行比较,总结豆粕在流道内的运动规律。分析结果显示,流道内-0.24 m,-0.22 m,-0.18 m处涡流区的出现改变了物料的运动模式,延长了物料的挤出时间,提高了物料的分散混合。研究结果表明,反螺纹三角排列给物料带来反复的周期性剪切与挤压能有效改善物料的挤出质量,其研究结果为优化三螺杆膨化机的加工提供了一定的理论依据。

湍流边界层均匀动量区统计分形特性的PIV实验研究

均匀动量区(UMZs)作为动量相近的局部区域成为新的湍流拟序结构成员,研究其统计特性与变化规律、分析其成因和研究其与其他湍流结构的内在关联,是深入认识壁湍流的重要途径.通过粒子图像测速系统(PIV)测量得到了具有高时空分辨率的湍流边界层流法向流场,对UMZs分区和界面位置等进行了统计,并基于瞬态流场分析了UMZs分界线与发卡涡(包)为主的湍流结构的位置关联,结果发现:UMZs流向速度概率密度函数(PDF)和界面厚度的统计分析呈现普适的分形特性,且不受湍流/非湍流界面(TNTI)和雷诺数的影响;瞬态流场UMZs数目在湍流间歇区较大,而湍流结构发展充分、层次丰富时的瞬态流场UMZs数目却较少;壁湍流涡包结构内多个发卡涡的空间分布规律决定了UMZs的统计分形特征;在近壁UMZs分界线向湍流结构存在区域集中靠拢,在外区UMZs分界线穿越展向涡核,正向涡旋导致UMZs分界线在法向上的聚集,反向涡旋引起UMZs分界线在流向上产生分离.

The Influence of SST Warm-water Region and ITCZ in the North-West Pacific Ocean on the Northeast Cold Vortex and the Subtropical High

By using the monthly mean grid data of NCAR/NCEP reanalysis at 500 hPa geopotential height from 1958 to 1997,the relationship between the Northeast cold vortex and the western Pacific subtropical high was analyzed.The influence of the sea surface temperature(SST) and outgoing longwave radiation(OLR) on the Northeast cold vortex and subtropical high was studied.As was shown in the results,in summer,there was a positive correlation between the Northeast cold vortex and the subtropical high,and an anti-phase relationship existed between the threshold characteristic line of GMS-SST=28 ℃ and the height index of the Northeast cold vortex and the subtropical high.With the gradual northward moving of the threshold characteristic line,the subtropical high was weakening,and the Northeast cold vortex was increasing and strengthening.

On the Effect of Mist Flow on the Heat Transfer Performances of a Three-Copper- Sphere Configuration

The cooling of a(pebble bed)spent fuel in a high-temperature gas-cooled reactor(HTGR)is adversely affected by an increase in the temperature of the used gas(air).To investigate this problem,a configuration consisting of three copper spheres arranged in tandem subjected to a forced mistflow inside a cylindrical channel is considered.The heat transfer coefficients and related variations as a function of Reynolds number are investigated accord-ingly.The experimental results show that when compared to those with only airflow,the heat transfer coefficient of the spherical elements with mistflow(j=112 kg/m2 hr,Re=55000)increases by 180%,75%,and 20%,respec-tively for thefirst,second,and third spherical element(the corresponding heat transfer enhancement ratio being 2.3,1.4,and 1.1).Additional numerical simulations reveal that the presence of stagnant zones with intense vortex formation around each spherical element contributes significantly to determine the heat transfer behavior.

流向涡对二元进气道流场与性能的影响

针对超声速情况下流向涡进入进气道并影响其正常工作的问题,在来流马赫数2.7条件下开展数值研究。进气道模型使用二维曲面压缩进气道,涡流发生器使用有限展长机翼。通过改变机翼攻角和法向高度,研究了两种强度流向涡从四种位置进入进气道时对流场特性和进气道性能的影响。结果表明,两种强度的流向涡与进气道波系相互作用后均未破碎,属于典型的弱相互作用。进气道内收缩段入口附近的分离区在流向涡影响下出现明显的三维非对称特征。此外,随着流向涡接近边界层,分离区的分离点逐渐向上游移动。在流向涡的影响下,进气道的流量系数和总压恢复系数均出现下降,并且流向涡的强度越强、距离边界层越近,对进气道性能的不良影响越明显。特别地,在最大攻角和最低位置的工况下,进气道内收缩段入口上游形成了大规模的分离区,使得入口截面流场的畸变系数相比均匀来流情况增大了约4倍,流量系数下降了约6.1%,总压恢复系数下降了约17.2%。

保水堰体型参数对过流能力影响的数值模拟

保水堰是一种新型溢流堰结构形式,为提升保水堰在大型调水工程中的输水能力,利用实测数据进行模型验证,在确保模拟保水堰堰内水流流态规律准确性的前提下,探究工程中保水堰体型参数对输水系统过流能力的影响。研究揭示了堰井段环状旋涡区的产生与发展机理,并对11种降低堰高方案进行数值计算,分析堰井段流速矢量分布和环状旋涡区范围及能量耗散的变化,发现使输水系统过流能力增加的最佳堰高区间为[1.0 P_(1)≥P≥0.7P_(1)](P为保水堰堰高;P_(1)为堰前堰高)。当堰高在此区间内,通过降低P使堰前流速矢量仰角和堰后环状旋涡区变小,能量耗散显著降低,降低0.1P_(1),流量平均增加2.1%。考虑到工程改造成本和过流能力提升效果,故在本研究提出最佳堰高区间内修改保水堰的结构,为输水系统过流能力提升提供参考。

航空发动机高温升燃烧室技术分析

随着先进军用航空发动机推重比要求的不断提高,主燃烧室向更高温升方向发展。本文基于高推重比航空发动机主燃烧室的主要特征与面临的技术挑战,综述了多旋流燃烧、中心分级燃烧、驻涡燃烧和可变几何燃烧等四类高温升燃烧组织的工作原理和发展现状,分析它们的技术优势及挑战。就当前高油气比燃烧室来说,多旋流燃烧与中心分级燃烧是主要发展方向,但随着燃烧室油气比的持续提高,燃烧组织技术将面临更大技术挑战。通过综合分析,作者提出同心圆分区燃烧也可能是一种值得研究的适合更高油气比燃烧室的优选燃烧组织模式。

2022年2月张家口地区大雪过程分析

应用MICAPS常规气象资料、区域站加密降水资料、NCEP再分析资料,采用天气学分析和动力诊断的方法,对2022年2月13日张家口地区出现的1次降雪天气过程进行综合分析。结果表明:(1)此次降雪过程主要分为2个阶段,第一阶段是暖区内偏南暖湿气流影响下产生的降雪,第二阶段是受冷锋系统过境影产生的降雪。(2)此次降雪过程暖区降雪相对持续时间较长,锋区过境降雪持续时间短,总降雪量最大值偏南。

尾水管涡带非定常流动数值模拟

基于雷诺时均N-S方程和标准k-ε双方程湍流模型,对混流式水轮机尾水管内部的三维定常湍流进行了计算。对加和不加出口尾水箱分别进行了定常计算,比较了两者的收敛性,肯定了尾水箱的作用;同时给定尾水管周期性旋进进口边界条件,对尾水管进行了非定常流动计算,分析了尾水管压力脉动和水流运动情况,认为尾水管流场及涡动现象基本和实际符合,结果表明了给定的进口速度模型的逼近真实性。

气动风机配合涡流区置换治理上隅角瓦斯技术

针对戚家坡煤矿S204综放面煤层厚倾角大,采用"U"形通风极易造成上隅角瓦斯超限问题,分析了综放面上隅角瓦斯的主要来源与积聚成因,研究了气动风机配合涡流区置换治理上隅角瓦斯技术.通过数值模拟确定了气动风机最佳安设位置和技术参数,根据气动风机参数确定了上隅角涡流区置换工艺参数和工程实施方法.应用结果表明:技术实施后综放面上隅角瓦斯浓度下降最高可达61.78%,瓦斯超限得到了有效控制.

驻涡燃烧室驻涡区三维冷态流动特性数值研究

驻涡燃烧室驻涡区内的流动是影响驻涡燃烧室性能的一个关键因素。首先将数值模拟结果进行与试验测量结果进行对比,确定了最佳的湍流模型,并在此基础上通过数值方法深入研究了驻涡燃烧室驻涡区冷态流动特性。结果发现:通过在驻涡区前壁进气缝中设置一定的矩形挡片可以在驻涡区一定范围内诱发以反向旋转的涡对形式存在的流向涡。对比研究了挡片阻塞比BR(挡片面积与前壁开缝面积之比)分别为0,0.2,0.4时驻涡区内的流动结构,分析了流向涡产生的原因。定量结果表明,当BR=0.2,0.4时,(1)流向涡涡量大小比BR=0时提高了将近100%,BR=0.2对应的流向涡涡量比BR=0.4对应的流向涡涡量略大;(2)在流向涡混合层内,流向涡涡量沿轴向呈先增大后减小的趋势;(3)燃烧室总压损失约比BR=0时大1%。

基于安全阈值的尾流危险区评估

针对如何避免尾流危险遭遇事件的发生,对尾流危险区的侧向距离进行了研究。首先,根据尾流产生及消散的过程,建立了尾流环量和诱导速度计算模型;然后,分析了前机尾流对后机的影响程度,建立了尾流遭遇诱导力矩计算模型,选择所需滚转角速度来反映尾流遭遇的安全程度;最后,根据现行尾流安全间隔,假定前后机型组合为B744和A320,计算得到后机遭遇前机尾流时所需的滚转角速度(安全阈值),并以此为指标划设前机尾流危险区,提出危险区域的侧向间隔距离,并计算得到前后机不同间隔下的侧向安全距离,为提高结论的应用价值,将前后机所处环境的气象参数纳入模型,仿真得出其对侧向安全距离的影响。结果表明:前后机小于纵向安全间隔时,所需滚转角速度应小于0.02 rad/s,并据此判断尾流危险区的侧向安全距离,尾流危险区的侧向间隔随前后机纵向间隔增加而不断减小;左右侧风对侧向安全距离的影响最大,侧风使得尾流危险区下风向的侧向间隔距离变大,且侧风风速越大,该变化趋势越明显;不考虑顺顶风和大气温度对危险区侧向间隔的影响,不同机型组合下的尾流危险区域侧向距离与前机重量呈正相关。

防烟缓冲区空气幕距前室门距离优化研究

使用CFD软件建立长廊型高层建筑火灾烟气运动模型,研究典型长廊型高层建筑中缓冲区空气幕距前室门的距离对防烟缓冲区防烟能力的影响。根据突变流的原理,由于惯性作用,流体流经突扩部位时突然改变流向,不能沿着边壁运动,与壁面脱离,产生流动的分离和再附现象,从而产生涡旋。引入无量纲再附距离,分析前室送风过程中由于过流断面面积的突然改变产生的漩涡区对空气幕性能的影响。比较空气幕与前室门距离不同时缓冲区的防烟效果,得出最大再附距离的数学模型。空气幕位于最远再附点附近时防烟缓冲区防烟效果最佳。

文氏管喉部直径对燃烧室流场结构影响的数值模拟

为了研究文氏管几何结构对燃烧室流场特性的影响,对双级轴向旋流杯燃烧室流场进行了数值模拟.结果表明,文氏管喉部直径的变化使火焰筒回流区变化为3种典型形状,即"鼓状"、"鸭梨状"和"橄榄球状".其中"鸭梨状"回流区内排列有3个不同大小的涡,分别相当于主涡和次涡,通过改变火焰筒直径可以对主涡和次涡进行控制,可以产生符合设计要求的3涡结构;文氏管喉部直径变化会引起火焰筒内角涡的轴向移动,这种移动受回流区涡旋的影响,与火焰筒直径无关;随文氏管喉部直径的增大,回流区平均长度呈先增大后减小的趋势,而回流区宽度却逐渐减小.

预混段结构对氢燃料旋流预混燃烧诱导涡破碎回火极限影响的数值研究

燃烧诱导涡破碎(combustion induced vortex breakdown,CIVB)回火是氢燃料旋流预混燃烧可靠运行所面临的重要问题之一。文中通过数值模拟分析了预混段长度L和预混段出口水力直径D对CIVB回火极限的影响。数值"试验"设计方案的选取借鉴试验设计(DOE)方法,而结果处理则采用方差分析方法。得到如下结论:L和D对回火临界当量比?cri和熄火因子Cquen都有显著影响,其中?cri对应LD2,Cquen对应LD;预混段结构通过改变混合物在预混段内的停留时间作用于CIVB回火极限,可以通过减小L或D改善CIVB回火的发生;此外,文中证实了回火极限与预混段几何结构间函数关系的存在,拓宽了已有时间尺度模型的应用范围。

ADS无窗靶件流场结构和自由界面数值模拟研究

自由界面流动现象是加速器驱动次临界系统（ADS）无窗靶件研究的重要组成部分。采用计算流体动力学（CFD）方法，对上海交通大学设计的无窗靶件流道结构中的自由界面流动水力学行为进行数值模拟研究。数值模拟使用FLUENT软件平台，采用体积流体法（VOF）与界面追踪方法结合湍流大涡模型（LES），进行艇在35000～80000工况下的非稳态计算。模拟结果得到了自由界面稳定性、自由界面宽度、大尺度漩涡结构、漩涡滞止区长度和锥形段流道沿程压力随＆变化的规律。

台风“海棠”的螺旋雨带结构及特征

利用中尺度数值模式WRF对2005年7月19—20日台风"海棠"登陆前后螺旋雨带的结构及特征进行了模拟和诊断分析。结果表明,本次台风造成的沿海暴雨与主次两条雨带活动有关。主雨带是涡旋Rossby波激发的螺旋雨带,与850 hPa正涡度带有很好的对应关系,降水强度大,辐合层次低,处在温度和切向风速梯度最大处。次雨带辐合层次相对较高,最大温度梯度和相当位温梯度发生在700 hPa以上,无明显切向风梯度配合,其发展主要与台风中心附近的阶梯状相当位温锋区有关。当台风中雨带合并时,易造成降水增幅。台风登陆前后存在螺旋雨带的断裂现象,台风中心西侧及西北侧的中低层的辐散流场使高层的气旋性流场出现和加强,台风在高层的气旋性环流与西部低压结合,使台风西部产生辐合,引起螺旋雨带的断裂,当高层的低压形成明显的气旋式切变时,也可使切变下方螺旋雨带断裂。

南海北部坡折带溶解氧分布特征及理化环境因子影响

依据2010年1月南海北部坡折带冬季航次资料,发现150～1 000m层溶解氧表现出东北高、西南低的分布特征,在垂向上溶解氧整体上呈由表至底逐渐降低趋势。在强烈的水交换作用下溶解氧浓度大于8mg/dm3等值线占据50m以浅海域。中尺度暖涡在很大程度上改变了中下层海水中溶解氧空间分布,150～1 000m层暖涡中心附近海域的溶解氧含量显著高于周边未受或受暖涡影响较小的海域,此外,溶解氧与营养盐、温度、盐度、pH之间在不同层次上存在明显的相关性,表明该海域冬季溶解氧的分布受物理过程和生化过程的影响。

箱形双幅桥气动干扰效应对颤振和涡振的影响

以主跨310m的天津塘沽海河既有独塔斜拉桥拓宽工程的初步设计方案为背景,通过一系列弹簧悬挂节段模型风洞试验研究了箱形分离平行双幅桥之间的气动干扰效应对其颤振稳定性能和涡激共振特性的影响.结果显示:气动干扰效应使得箱形分离平行双幅桥与既有单幅桥相比,颤振临界风速明显降低,主要气动导数曲线递减至递增的转折点也明显提前,颤振稳定性能变差;气动干扰效应还使得箱形分离平行双幅桥与既有单幅桥相比,竖弯和扭转涡激共振最大幅值和风速锁定区间都有显著增大,涡激共振起振风速降低,斯脱罗哈数有所提高.结果还显示:气动干扰效应对箱形分离平行双幅桥下风侧桥的颤振和涡振性能的影响要比对上风侧桥的影响更大.因此,在将既有桥拓宽成分离平行双幅桥时必须考虑气动干扰效应对其颤振稳定性能和涡激共振特性的影响.

基于温度体动网格方法的微弯薄翼振动问题

为研究微弯薄翼转轮在运行过程中存在的振动问题,发展基于温度体动网格模型的流固耦合算法。流体控制方程采用任意拉格朗日—欧拉方法描述下的基于特征线方程的分离算法求解,时间域采用特征线方程进行离散,动量方程采用非增量型分离算法求解。在每个时间步上采用温度体模型生成动态网格,并传递边界条件。温度体动网格方法将边界处的节点位移映射为求解域的温度边界条件,采用固体导热方程作为控制方程求解得到内部节点温度,并将其作为节点的动态位移。数值方法模拟转轮运行在工作攻角时,翼型振动存在的连锁区域。并对连锁区域的范围,涡脱落特性和翼型发生自激振动的可能性进行研究。作为对试验数据的补充,数值模拟还预测了运行在工作攻角附近情况下的连锁区域。