旋转变径圆管内螺旋流的LDV流速测量

针对旋转变径圆管内螺旋流场激光多普勒测速(laser Doppler velocimetry,LDV)存在的窗口振动、光束难聚焦与旋转多普勒效应等问题,设计了同轴双带驱动LDV实验装置。采用折射率匹配和光路计算相结合的方法,实现了其速度场的二维LDV测量,得到了不同壁面旋转率下变径圆管内螺旋流的切向、轴向速度分布。实验结果表明:旋转与螺旋流同向时,切向速度明显增加,最大切向速度随旋转率的增加率约为10%/N,最大切向速度点向边壁移动;当旋转率与螺旋流自身旋转率接近时,外涡流区几乎消失;旋转与螺旋流反向时,切向速度随之减小,最大切向速度随旋转率的减小率约为8%/N,最大切向速度点向轴心移动;不论壁面正反旋转,近壁区轴向速度都产生了层流化的趋势。

环空缩径和扩径圆管压降计算方法研究

根据缩径、扩径圆管压降公式和压力损失规律推导出环空缩径和扩径圆管的压降公式;建立了缩径和扩径圆管数值模型,验证了数值模型的准确性,而后开展了不同环空变径圆管的流速和压力分布研究,确定了环空缩径和扩径圆管内流体产生不可恢复压降的位置。根据数值模拟结果验证和完善了所推导的环空缩径和扩径圆管压降公式。

针对壁面旋转变径管内螺旋流的压力应变项研究

通过壁面旋转变径圆管内螺旋湍流流动特征的分析,确定其切向速度场内涡流区为微团旋转主导的椭圆形流动,外涡流区为微团变形主导且受壁面旋转影响的双曲形流动.进而利用张量的不变量理论,引入旋转率张量与应变率张量的综合不变量作为模型系数,将适用于微团旋转主导的旋转湍流Reynolds应力压力应变项修正模型拓展到了非旋转效应主导的双曲形流动中.将修正压力应变项应用于壁面旋转变径圆管流场的模拟,并将结果与实测结果进行了对比,验证了修正模型的改进效果.

旋转变径管内螺旋流相干结构的大涡模拟研究

旋转管式分离设备的主分离段一般为变径管结构,针对其内部螺旋流的研究主要集中在平均统计量的分布规律上,缺乏从流动结构角度的描述。本文采用大涡模拟方法对不同旋转条件下变径管内螺旋流开展数值模拟研究,分别以Q准则与基于SVD方法的POD分解法,对数值计算的速度场进行了分析。Q准则等值面显示,螺旋涡从大锥段开始发生破碎,旋转效应能够减弱外涡流区的漩涡强度;POD分解重构后脉动速度场显示,脉动速度场的1阶模态为主模态,包含了湍流的大部分能量,5阶模态之后的流动为由小尺度涡构成的复杂湍动结构。旋转效应抑制了径向涡,促进了轴向涡。从流场结构的角度而言,旋转效应对分离起到了积极的作用。

流固耦合作用下水力旋流器内流场的数值模拟

基于小变形假设,流体域采用有限体积法,固体域采用有限元法,对主直径为28mm的水力旋流器变径圆管内的耦合流场进行数值模拟研究。并对耦合条件与非耦合条件下的速度场、压力场和湍动能分布进行了对比分析,结果表明:耦合作用对变径圆管结构内流场的影响不能忽视,流体与结构的相互作用不但改变了流场分布,还改变了结构的运动特性,加快了流体能量的衰减。