90°方形弯管内部流场PIV试验

为了揭示不同进口流速情况下90°方形弯管内部流动特征,在构建90°方形弯管专用PIV试验台的基础之上,对弯管内不同断面以及不同半径上的流速分布情况进行了PIV测试试验。试验结果表明:采用PIV技术能较好地获得弯管内部流动情况;流体未进入弯曲段时,各断面流速分布变化不大;而进入弯曲段后,由于受到弯管壁的约束形成旋转流动,弯管内侧流速增大,外侧流速降低;当转过60°位置后,弯管内侧流速降低,外侧流速增加;到达90°位置后,各断面的流速基本趋于一致。不同半径处的流速分布不相同,弯管内侧流速较大,外侧较小,在50°、60°处流速达到最大值;弯管不同的进口流速对于速度峰值的位置有一定的影响,而对于弯管内其他的流动情况影响较小。

90°方形弯管内颗粒冲蚀磨损研究

采用k-ε双方程湍流模型,同时考虑壁面粗糙度和颗粒旋转等因素的颗粒随机碰撞模型和颗粒脉动频谱随机轨道(FSRT)模型,对90°方形弯管在不同来流速度、不同粒径、不同挡板位置等多个工况下颗粒冲蚀磨损进行了数值模拟和计算分析,进一步了解了弯管内颗粒对壁面的冲蚀磨损特性,较为系统地预测了弯管内易磨损部位及磨损量,为管道防磨提供了可靠的数值依据和理论参考。

90°方形弯管内部流动稳定性研究

利用能量梯度理论研究了90°方形截面弯管内部层流流动的稳定性。研究发现当雷诺数大于338时,随着流体流向弯曲段,能量梯度函数K值逐渐增大,流动发生失稳,截面上形成一对二次涡。在弯曲段出口处,总压在截面上的分布发生严重扭曲,使得此处的K值有最大值,引起流动再次失稳,导致了截面上2个二次涡向4个二次涡的转变。随后,K值保持较高水平,导致了4个二次涡到8个二次涡的转变。而在雷诺数低于338时,由于K值较小,横截面上只有1对二次涡,没有发生二次涡的分裂。

180°方形弯管中湍流流动的大涡模拟

把大涡模拟应用于复杂几何形状的流域是一个重要研究课题。对１８０°方形弯管中的湍流流动作大涡模拟，以网格节点为中心的交错网格作为离散网格，用有限体积方法和中心差分进行空间离散，用Ａｄａｍｓ－Ｂａｓｈｆｏｒｔｈ格式进行时间离散，用简单的Ｓｍａｇｏｒｉｎｓｋｙ模型来作为次网格湍流模型。用多重网格方法求解压力方程以提高计算效率。数值模拟结果与实验结果取得了很好的一致。

180°方形截面弯管内流动特性研究

针对180°方形截面弯管内复杂的流动特性以及出现二次流现象等问题,运用Fluent软件对连续方程和纳维-斯托克斯方程进行空间离散,对180°方形截面弯管内的流动进行数值模拟计算。模拟计算结果与实验测量的结果基本相一致,说明建立的数学模型与数值方法是有效的。同时,分析了弯管内二次流形成与发展的现象,得出了二次流的变化规律。这为揭示180°方形弯管内复杂流动现象的作用机理提供了参考,对于机械设备的制造和应用具有一定的意义。

弯管内纳米流体非线性特性模拟与分析

采用欧拉-拉格朗日两相法研究了层流范围内方形管内血小板形和球形两种纳米流体的非线性特性。从努塞尔数、摩擦系数和充分发展段内的某个点的速度值分析了血小板形纳米流体的非线性特性,并与球形纳米流体进行了比较。结果表明:随着De数的变化,弯管内血小板形和球形纳米流体的非线性存在3种不同的解分枝,且在7个不同的De数下存在分枝结构;在同一De数下,弯管内血小板形纳米流体的平均努塞尔数和摩擦系数都要高于球形纳米流体。

一种湍流计算的非线性PANS模型

大多数雷诺平均湍流模型(RANS)基于线性和各向同性假设求解雷诺应力(Reynolds stress),因此对高压力梯度区、大曲率回流以及复杂的分离流动的预测误差较大.在近壁区较少网格的条件下,部分时均(PANS)方法被认为比大涡模拟(LES)获得结果更好.通过RNG k-ε湍流模型构造部分时均化模型,引入雷诺应力的非线性求解方法,提出了一种新的非线性PANS模型,并应用该非线性PANS模型分别对绕NACA0015水翼翼型流场和90°长方形截面弯管内流场进行了流动的数值模拟.结果表明:非线性PANS模型的数值结果与试验数据吻合较好,其在高压力梯度区的预测准确性高,并能准确预测流动分离诱发的三维非线性流动,证明了该方法捕捉高压力梯度、大曲率流动的有效性.该计算方法可以用来预测透平机械内部复杂的涡结构.