圆射流中拟序涡配对的数值模拟

用三维涡丝法结合涡丝的增加与合并技术,对不可压圆射流场,数值模拟了在扰动中加入次谐波后流场拟序涡的配对,配对情况与实验结果一致,通过对不同时刻涡量图的比较与分析,给出了次谐波初始强度对涡配对的影响,初始强度越大,涡配对出现越早,涡配对位置越往上游移动;同时还得到了基波与次谐波初始相位差和涡配对的关系,没有相位差时,次谐波增长最快,相位差增加时,涡配对的速度降低。说明控制次谐波的初始强度和基波与次谐波的相位差,能起到控制圆射流剪切层乃至控制整个射流场的目的。

平板和翼型壁面上振荡流底边界层中拟序涡结构运动演化的大涡模拟研究

本文结合飞行器和船舶减阻机理的研究 ,利用大涡模拟的方法 ,建立了模拟振荡流边界层湍流运动特性的数学模型 ,进而对飞行器和船舶设计中遇到的 ,较为典型的两种边界层流动中拟序涡的生成过程进行模拟研究 ,计算结果表明 ,在振荡流加速阶段 ,靠近壁面处的流动由于剪切层的不稳定性而产生紊动 ,但受到主流的抑制不能得到充分发展 ;振荡流随着减速阶段的开始 ,紊动逐步变得更加强烈 ,并形成拟序涡结构。本文工作为进一步研究如何控制或适应边界层中湍流结构 。

次谐波对混合层中拟序涡合并过程影响的数值研究

本文用拟谱方法对混合层二涡、三涡的合并规律进行了数值研究,分析了基波和次谐波之间相位差对涡合并过程的影响,并对此进行了解释。计算结果表明:二涡合并有配对和撕裂两种形式,且涡的完全通过撕裂合并的现象仅在相位差为π/2时出现;三涡合并有三种形式。通过计算可见,通过施加多级次谐波并改变它们之间的相位差可以主动控制拟序涡的发展和演变。

基于动力拟序涡模型的水波三维大涡模拟

利用大涡模拟理论数值模拟了规则波和不规则波的传播过程,采用动力拟序涡黏性亚格子应力模型进行波高及速度场的模拟.计算结果表明,模型对水波的波高及由波产生的流体速度分布模拟结果与解析值符合良好,且精度较高.对比分析了人工海绵层及Sommerfeld辐射型耦合边界条件与仅采用Sommerfeld辐射型边界条件对水波数值模拟精度的影响.结果表明动力拟序涡粘性模型可以准确地模拟水波传播特性.

基于大涡模拟的动静叶栅内固液两相流动

为研究离心泵动静叶栅内固液两相非定常流动情况,了解流道内的流动细节,以导叶式离心泵为研究对象,采用ICEM软件对模型泵进行结构化六面体网格划分,基于Mixture混合模型和滑移网格(sliding mesh)技术,运用大涡模拟(large eddy simulation,LES)模型对其全流道进行三维非定常数值计算.对比分析了清水和固液两相2种介质时,动静叶栅内的拟序涡流结构及演化过程的不同,并分析了固液两相流介质时流道内几个不同位置处涡的演化.结果表明:泵在输送清水和固液两相介质时,附着涡的结构基本保持不变,而由于叶轮旋转所产生的涡,在叶轮旋转运动的过程中则会有卷曲、合并、撕裂的演化形式;流道内的涡量大小分布规律在清水和固液两相介质下是相同的,但是固体颗粒的加入会加快涡的耗散速度,并且涡产生的位置和合并形式都发生了变化;固液两相介质时,动静叶栅内的涡在不同位置的演化过程是不同的.

JONSWAP波环境下湍动射流三维大涡模拟研究

在σ坐标下,采用分步算法求解3维滤波后的N-S方程,其中亚格子模型采用作者提出的动力拟序涡粘性模型封闭。数值模拟了波动环境下湍动射流问题。其数值计算结果与实验值和理论值吻合良好。分析了JON-SWAP波环境下垂直湍动射流回流区域拟涡能分布特性以及JONSWAP波作用下射流掺混特性;给出了射流掺混图像和射流对JONSWAP波波能损耗影响特性。成果为随机波作用下污染物排放的掺混与稀释特性研究提供了手段与理论依据。

纤维增强聚合物熔体的纤维取向和流场应力分析

针对纤维增强聚合物基复合材料的成型流动过程,基于宏观流场、介观纤维取向和微观聚合物大分子链三尺度信息耦合的多尺度模型,使用有限体积法和有限差分法相结合的数值算法,分析了纤维增强聚合物熔体在收缩流腔中的流动行为,得到了其纤维取向和应力分布,并讨论了纤维存在对聚合物熔体流场应力的影响。结果表明:当剪切运动占优时,纤维呈现周期旋转取向;而拉伸运动占优时,纤维沿单轴拉伸取向。同时,由于纤维的周期旋转,纤维增强聚合物熔体法向应力差的空间分布呈现出随时间逐步发展的拟序涡结构。

液力透平动静叶栅内的流动特性

以径向导叶式离心泵反转作液力透平为研究对象,对全流道进行结构化六面体网格划分,运用大涡模拟(large eddy simulation,LES)模型进行三维非定常数值计算,分析了透平工况下动静叶栅内的压力分布、内部速度场、流道涡量分布、拟序涡流结构及演化过程。结果表明:所选的径向导叶式离心泵作透平时水力性能良好,动静叶栅交界面附近出现局部高压和局部高速流,非定常流动时动静叶栅内涡旋运动明显,流道内涡量主要分布在导叶工作面和叶片背面,伴随着叶轮旋转产生的涡在流道内会出现拉伸、合并和撕裂的演化形式。

NUMERICAL SIMULATION AND ANALYSIS OF HORSESHOE-SHAPED VORTEX IN NEAR-WALL REGION OF TURBULENT BOUNDARY LAYER

The low-Reynolds-number full developed turbulent flow in channels is simulated using large eddy simulation（LES）method with the preconditioned algorithm and the dynamic subgrid-scale model,with a given disturbance in inlet boundary,after a short development section.The inlet Reynolds number based on momentum thickness is 670.The computed results show good agreement with direct numerical simulation（DNS）,which include root mean square fluctuated velocity distribution and average velocity distribution.It is also found that the staggered phenomenon of the coherent structures is caused by sub-harmonic.The results clearly show the formation and evolution of horseshoe vortex in the turbulent boundary layer,including horseshoe vortex structure with a pair of streamwise vortexes and one-side leg of horseshoe vortex.Based on the results,the development of the horseshoe-shaped coherent structures is analyzed in turbulent boundary layer.

带凹坑圆孔气膜冷却流动传热特性

利用大涡模拟方法对平板带凹坑气膜孔冷气射流与主流的相互作用展开研究,并结合红外热成像壁温测试和粒子图像测速结果进行实验验证,揭示了凹坑对气膜冷却的强化机理。结果表明:凹坑在气膜孔下游诱发反肾型涡对,将冷气向壁面卷吸,改善了气膜贴壁性;与圆孔气膜冷却相似,凹坑气膜冷却流场也出现马蹄涡、发卡涡等大尺度拟序结构,但与圆孔下游的单串列发卡涡不同,凹坑尾缘的“内凹”造型诱发两串并列的发卡涡,且发卡涡结构在大吹风比工况下也较圆孔稳定;脉动信号的频谱分析表明凹坑孔气膜冷却射流周期性弱,流场中低频振荡占主导作用。整体而言,凹坑造型增强了气膜射流的展向扩张,其冷却性能优于圆孔。