跌坎型底流消能工再附点数值模拟

采用Fluent软件对跌坎型底流消能工消力池再附点位置速度、压力进行数值模拟,结合跌坎型底流消能工消力池再附点变化的水工模型试验,对影响消力池再附点位置速度和压力变化因素水流的入池角度、入池能量和跌坎深度进行研究。运用Fluent软件建立合理的数学模型进行模拟计算,将数值模拟计算结果与试验实测数据进行比对,得到的数值模拟计算结果与试验实测数据基本一致,并对数值模拟成果进行分析,得到再附点位置速度、压力随入池角度、入池能量和跌坎深度变化的相关规律。

合成射流后台阶分离流动控制的实验研究

具有边界层分离和再附的后台阶流动是工程中常见的一种复杂现象,研究后台阶绕流具有重要的理论意义和应用价值。后台阶流动包含了多种复杂的流动现象,如流动的转捩、分离、再附和非定常等流体力学基本问题。应用表面测压和粒子图像测速(PIV)对合成射流后台阶湍流分离流动控制进行了研究,通过分析后台阶壁面压力系数分布、瞬态旋涡流场结构以及时均流动结构,揭示了合成射流对后台阶再附点长度和回流区的分离流动控制机理。结果表明:在台阶前缘施加合成射流可有效减小回流区范围,回流区涡结构被施加的合成射流扰动"锁定"。在实验状态下,合成射流的动量系数越大,控制效果越好。从时均效果看,当合成射流的动量系数为0.771%时,可使再附点长度减小50%。

四种常用湍流模型在二维后向台阶流数值模拟上的性能比较

利用Fluent软件的四种常用湍流模型(k-ε湍流模型、RNG k-ε湍流模型、Realizable k-ε湍流模型、以及k-ω湍流模型)对雷诺数(Re)处于200到6 500之间的二维后向台阶流的性能进行比较分析。得到了各种模型下具有不同雷诺数的瞬时平均流场和时均流场的分布特征,得到了回流区长度和涡心位置与Re的关系,并与齐鄂荣等人所作的实验结果进行了对比分析。

圆管流速骤增对局部阻力的影响

为探究流速骤增引起的阻力特性以及相关受制因素的受控特性,采用速度骤增比分别为25:1和4:1的透明有机玻璃圆管和不同来流紊流程度的试验装置进行了局部阻力测试试验。试验结果表明,速度骤增管的阻力系数先随雷诺数增加而急剧减小,而后随雷诺数的增加逐渐减少直至不变。随着上游来流的紊流强度增加,在试验所测雷诺数范围内,局部阻力系数因分离流再附点提前而减小;速度骤增管的局部阻力系数不仅与速度骤增比和突缩结构有关,同时在设计管内流速下与雷诺数成负相关。这一试验结果与经典教科书对突缩阻力系数与雷诺数无关的传统经验公式并不相同,对管网设计过程中必须进行的总阻力准确评估,具有一定的参考意义。

超音速轴对称进气道唇口分离流吹除及其动态畸变源相干分析

本文研究了马赫数M_∞=2.0一级的双锥轴对称超音速进气道在起飞状态下,自大气引入射流,吹除唇口内侧壁面强烈的气流分离和倒流对进气道沿程静压脉动以及对其出口脉动总压的影响;并对进气道出口的动态畸变源作了相干分析。

基于等离子体合成射流的后台阶流动控制

为实现对后台阶流动的控制,采用等离子体唯象模型,通过数值模拟的方法,将等离子体设置在台阶竖直壁面上的双开口方腔中构成合成射流,研究其对后台阶流动的控制。结果表明:无论是上部开口吸气、下部开口吹气还是上部开口吹气、下部开口吸气都能将主流再附点的位置提前。吸气效应能够将分离区流体吸入,减小分离区的强度,吹气效应能够为分离的主流注入动量,加快主流的再附,随着激励强度的增强,控制效果也得到增强。当将等离子体设置在方腔的上部,激励电压为5 kV,激励频率为6 kHz,并在上部开口吸气,下部开口吹气时,分离区尺度最小、控制效果最佳,相对基态工况可将再附点前移52.9%。

基于合成射流的二维后台阶分离流主动控制

作为一种新的流动控制激励器,合成射流技术在流动分离控制、降低压力脉动和抑制噪声等方面具有广阔的应用前景。实验利用合成射流主动控制技术对二维后台阶湍流分离再附流动控制进行了研究,应用表面测压、粒子图像测速(PIV)和热线等多种实验测试技术对后台阶表面压力分布、流场结构以及剪切层特性进行了测试。结果表明,在台阶前缘施加合成射流可有效减小回流区范围和降低再附长度,当合成射流的动量系数为0.301×10-3时,可使再附点长度减小25%。合成射流控制使得沿台阶下游的湍动能和雷诺应力增强,提高了台阶下游流场的混合效率。热线动态结果表明频率是后台阶分离流动控制的关键参数,当频率为260Hz、激励频率与剪切层涡脱落频率之比为1.32、激励频率等同于旋涡脱落频率时,合成射流控制效果最好,仅需消耗较小的能量即可实现流动控制的目的。

合成射流微扰动对后台阶湍流分离流动控制的实验研究

后台阶流动是流体力学中一个经典的研究课题,代表着工程中一类横截面突扩的钝体绕流问题。后台阶流动分离会导致一些不利的影响,如高速旋涡的形成、流动损失、压力脉动以及气动噪声等。基于阵列式合成射流激励器对二维矩形后台阶湍流分离再附流动控制进行了研究,综合应用表面测压、七孔探针、粒子图像测速仪(PIV)和热线等多种实验手段,获取了后台阶的表面压力分布和非定常流场结构。结果表明:利用在台阶前缘形成的合成射流微扰动可使无量纲再附点长度降低25%,合成射流控制使得沿台阶下游的湍动能和雷诺应力增强,提高了台阶下游流场的混合效率。热线结果表明,频率是后台阶分离流动控制的重要参数,当频率为260 Hz,扰动频率与剪切层涡脱落频率之比为1.32时,合成射流控制可使位于1/2倍频的剪切层能量增强,仅需消耗较小的能量即可实现流动控制的目的。

旋转带肋直通道湍流流动TR-PIV实验

采用高频粒子图像测速系统(TR-PIV)测量了旋转带肋通道内的主流平均速度、雷诺切应力、再附点等参数,并研究其沿程变化规律,通道高宽比为1,肋的阻塞比为0.1,雷诺数为10 000,旋转数从0变化到0.52,实验结果表明:静止时流动呈对称分布,但旋转后产生的哥氏力会极大地影响通道内的湍流流动,随着转速的增加,主流速度型偏向后缘面,前缘面涡系结构不断增大,再附点不断后移,而后缘面正好相反,并且这种趋势会沿程发展;前缘面附近的雷诺切应力变得越来越弱,而后缘面则越来越强,沿程雷诺切应力极值基本不变,但下游区域有所扩大。