仿真研究气泡流中的卡门涡街

利用COMSOL软件中的层流模型研究了气泡流中的卡门涡街现象。在中低雷诺数范围内,利用三种方法获得了气泡流的斯特劳哈尔数。相比纯水,气泡流具有较大的斯特劳哈尔数(St≈0.24)。在研究的参数范围内(障碍物尺寸2~5 cm、入射流速0.02~0.07 m/s),涡脱频率和入射流速成正比,和障碍物直径成反比,波长和障碍物直径成正比。

基于卡门涡街原理的谐振型风力压电俘能器研究

针对大田环境中无线传感器网络节点需要持续稳定电能的要求,发展一种基于卡门涡街原理的谐振型风力压电俘能技术。基于计算流体力学数值方法,分析在不同风速下进气道内流场的流体动力学行为,实现对进气道及绕流体的结构设计。采用亥姆赫兹谐振腔作为风压谐振放大及涡脱频率的调节装置,并使谐振腔底部压电复合薄圆板与亥姆霍兹谐振腔的频率一致,从而在气流的冲击振荡作用下产生共振并输出最大的电能。实验表明,谐振型压电俘能器在风速14 m/s,外部负载电阻400 kΩ时最大可输出13.6 mW的电能。

桥梁若干流致振动与卡门涡街

首先介绍了与桥梁流致振动相关的卡门涡街、涡致振动和颤振的概念。在此基础上,讲述历史上塔科马大桥风毁事件的研究争论,并再次澄清塔科马大桥风毁的直接原因是颤振而不是涡激共振。对虎门大桥振动问题,针对风工程领域中涡致振动问题的性质进行了讨论,指出限幅涡振问题,并伴随的锁频现象,本质上仍是结构自激振动问题,卡门涡街起到的是诱发而不是直接的推动作用。最后,对形形色色流致振动问题的差异和共性进行了讨论。

中国“海洋一号”卫星图像上的冯·卡门大气涡街现象与动力分析

利用中国"海洋一号(HY-1B)"卫星海洋水色水温扫描仪(COCTS)和美国Terra卫星中分辨率成像光谱仪(MODIS)等观测数据对2011年3月2日济州岛东南海域的冯·卡门(von Krmn)大气涡街现象进行了观测和动力分析。COCTS和MODIS观测得到大气涡街涡列距离和涡旋间距比(h/a)均值分别为0.32和0.35;在大气涡街发生海域存在低风速海面风涡旋和海面温度暖舌;济州岛的大气垂直结构存在一逆温层。利用COCTS和MODIS伪彩色合成图观测时间差异,计算得到涡旋移动速率为12.2m/s,而分别利用它们各自的几何观测参数(h/a),结合涡街动力模型计算得到涡旋移动速率分别为12.8m/s和12.3m/s。利用上述观测结果计算得到大气涡街个例的脱落频率为1.24×10-4 s-1,脱落周期为134min,其中雷诺数范围为60～75,涡街运动学黏性系数范围为2 200～2 750,弗劳德数为0.10,罗斯比数为0.43。分析结果表明中国"海洋一号"卫星数据可用于冯·卡门大气涡街等海洋大气现象的定量化研究。

卡门涡流对电站锅炉安全性的影响及治理措施

分析了国华太仓发电公司8号锅炉尾部烟道振动、国华沧东发电公司1号锅炉和国华定州发电公司1号锅炉包墙过热器拉稀管断裂的原因,认为其主要由卡门涡流脱落频率接近于设备的声学驻波频率而使设备产生高频共振所致。对此,提出了在锅炉尾部烟道省煤器区域加装防振隔板,在锅炉前包墙过热器加装管卡等措施。改造后,无论高低负荷运行均未再发生尾部烟道振动现象和前包墙过热器拉稀管断裂事故。

某大容量D型锅炉对流管束卡门涡街诱导振动分析

对某大容量D型锅炉对流管束卡门涡街脱落诱导振动进行分析,首先数值模拟对流管束区热态流场分布,并通过对管束区不同截面监测及快速傅里叶变换得出各管段卡门涡街脱落状态及相应的升力系数曲线,据此分析得到对流管束区卡门涡街脱落位置及脱落频率,并通过与传统方法计算结果进行对比.结果表明:该大容量D型锅炉100%工况下对流管束区卡门涡街脱落诱导振动相对较弱,且数值模拟的结果更贴近于工程实际.

二维卡门涡街的格子Boltzmann仿真

格子气自动机和格子Boltzmann方法的迅速发展提供了一类求解流体力学问题的新的方法。本文中，我们介绍了Boltzmann方法，解决了格子气方法中的缺点，通过选择适当平衡分布及其参数，导出了Navier－Stokers方程，并得到了声速和粘性系数。最后在微机上模拟了在无限长平板流动问题及绕单分离板的流动问题，得到了卡门涡街。结果表该模型有格子气方法及其它的数值方法所没有的优点，计算更精确、更直观、更有效。

漫话卡门涡街及其应用

根据冯·卡门的著作,阐述了卡门涡街研究的历史．讨论了卡门涡街的应用．

卡门涡街风力发电机结构优化的分析计算

设计一种新型风力发电机，利用Fluent对卡门涡街流场特性进行分析计算，对比速度值对发电机结构进行优化设计。选取截面为梯形、圆形、方形和三角形的4种阻流体对比分析，得出截面为梯形的阻流体最优。改变梯形阻流体的特征长度与管道高度的尺寸比以及梯形几何参数，对比分析y方向速度峰值，得出最优的尺寸比为0．35，底角为60°，等效高度为0．5。通过提取和分析阻流体后不同位置的Y方向速度峰值，得出当旋转轴与阻流体距离为2～3倍阻流体特征长度时，发电机可得到最佳的功率输出。

低雷诺数卡门涡街数值模拟

采用有限体积法、结构化网格和k-ε模型求解不可压缩N-S方程,对Re=200和800情况下的圆柱绕流进行数值模拟,再现了圆柱尾部卡门涡街生成和脱落的发展过程.计算结果表明:当Re=200时圆柱尾部生成稳定的涡街;随着雷诺数的增加,当Re达到800时,涡街出现不规则,并表现出三维效应.

卡门涡街风力发电机转子结构优化

设计了一种将卡门涡街动能转换成电能的风力发电机,对转子结构进行优化。利用FLUENT对不同结构下转子的运动情况进行了计算。为了保证卡门涡街充分发展并且保持二维流动,选择雷诺数为200。改变转子与阻流体的距离以及转子长度2个参数。结果表明,不同结构下转子有振动、转动和混合运动3种运动方式。转子与阻流体的距离和转子的长度之间存在交互作用,必须进行耦合分析。当转子与阻流体的距离为阻流体特征长度的3.5倍,转子的长度为阻流体特征长度1.25倍时,装置发电效果最佳。

问题导入式教学在圆柱绕流卡门涡街讲授中的应用

以圆柱绕流卡门涡街讲授为例,在工程流体力学授课中采用问题导入式(project-based learning,PBL)教学法,提出了一种“问题+知识点”为主线的进阶型教学模式,实现了课程的高阶性和创新性挑战,阐述了PBL教学法的具体应用。通过理论与实际相结合,搭建起了课堂与工程实际之间的桥梁,加大学生学习投入,让学生体验“跳一跳才能够得着”的学习挑战。

卡门涡街激发直管内声场的实验研究

搭建了一方型长直管实验台,利用钝体绕流生成卡门涡街,首先研究冷态条件下涡脱落激发直管内一维声场的特性,为后续研究涡街激发热声不稳定提供实验基础与参考依据。试验测量了不同涡街频率及两种代表性涡脱落位置下激发产生的声学脉动压力信号,分析了二者对激发管内一维声场的影响。试验发现,涡街激发的声场是多频率不同强度的声波叠加的结果,与旋流燃烧器的热声不稳定特性相似;激发出的声波频率、幅值与涡街频率及涡脱落位置有关,且只有部分涡街频率下的激发声波表现驻波特性。

卡门涡街的格子Boltzmann模拟

介绍了最近出现的一种不同于有限差分、有限元、边界元及谱方法等传统流体力学的新方法——格子Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ流体动力学，并用此方法模拟了流体动力学中的卡门涡街现象，模拟结果与实验结果十分吻合。

卡门涡街的细胞自动机模拟

本文介绍了细胞自动机模型，九点格子Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方法和正六边形格子Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方法。研究了一个基于九点格子Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ方法的卡门涡街问题，得到了满意的结果。

基于灰关联分析的卡门涡街形流道多目标优化

借鉴流体力学中的卡门涡街形状来设计滴灌灌水器的流道结构。提取关键结构参数,采用数值模拟方法进行正交试验,研究结构参数对性能指标的影响。考虑灌水器水力性能与抗堵性能对流道结构要求的矛盾性,在正交试验的基础上采用灰关联分析的方法,进行流道结构多目标优化。最终优化得到的卡门涡街形流道突扩、突缩、漩涡运动耗能明显,具有良好的水力性能,而且边界光滑无流动死角,沙粒不易在流道内沉积,具有良好的抗堵性能。通过正交试验与灰关联分析结合,获得了流态指数为0.498,粒子通过率为0.951的综合性能良好的滴灌灌水器流道。证明了正交试验基础上的灰关联分析,是面向水力性能与抗堵性能的灌水器流道多目标优化的有效方法,为灌水器流道优化提供了一种良好途径。

卡门涡街的慢不稳定性

经典的卡门涡街点涡模型只在一孤立情况下是线性稳定的．数值计算还表明这一特性对该流动的其它更复杂的模型仍然成立．本文引进慢不稳定性概念，对卡门涡街的稳定性问题进行了比较全面和细致的数值研究．首先用点涡模型，做数值模拟，证实了早年卡门的线性稳定性分析结果，数值模拟卡门涡街的非线性稳定性却表明，卡门涡街对有限大小的扰动，表现出慢不稳定现象．然后用伪谱方法对涡街的形成进行了直接数值模拟，进一步证实卡门涡街的这种慢不稳定性．

基于卡门涡街的水下振动能量采集器的设计与研究（英文）

针对传统的单自由度压电能量采集器工作带宽窄的现状,提出了在水下流激振动环境下的一种基于卡门涡街的二自由度宽频压电能量采集器来提高压电能量采集器的带宽。3种二自由度压电能量采集器分别被设计、制造,并且测试了能量采集性能。结果表明,采用二自由度能量采集器比采用传统的单自由度能量采集器具有更好的采集效率。根据仿真和实验结果,H型压电能量采集器具有更好的振动能量采集效率。

卡门涡街效应与“不起眼的瓶子”

以流体力学卡门涡街原理为理论基础,对2020年度国际青年物理学家竞赛设计题“不起眼的瓶子”针对性地开展了相关力学设计分析。基于自主搭建的高速纹影测试系统并结合CFD高保真数值仿真计算方法解释了该实验现象背后隐藏的流体力学机理。研究结果表明:在不同工况条件下,高速纹影系统很好地捕捉了蜡烛附近流场变化特征,揭示了圆柱瓶子后方气流流动最大速度大于瓶子前方气流流动初始速度,气流流经瓶子进行绕流产生卡门涡街导致蜡烛熄灭;结合仿真计算结果揭示了该实验在不放置瓶子时气流可以吹灭蜡烛,相同条件下放置瓶子时依然可以吹灭蜡烛原因。