同轴旋转圆台环隙流动机制及实验研究

同轴旋转圆台环隙内流体的流动是基于经典的两同轴旋转圆柱环隙内泰勒库特流的一种扩展研究。通过流动显示实验和PIV粒子图像测速技术对圆台环隙的内部流场进行可视化和定量化的研究,分析涡运动的周期性规律,探究圆台环隙内雷诺应力分布和水位高度对流场的影响。研究表明,随着时间的发展,涡列周期性明显且整体在下移,当脉冲数为100脉冲/s时,环隙内形成均匀分布的正反交替的涡;当脉冲数为200~500脉冲/s时,存在快慢交替的分裂周期;在3种水位高度下也都存在明显周期性分裂,只是周期时间和涡的个数不同;平均流场存在上凸型外向流和下凹型内向流2种流态,流态的差异是离心力与静压力双重作用的强弱变化所致;雷诺应力分布中,径向正应力占主导,并主要集中在环隙中部。

同心圆柱体间旋转气隙内对流换热的数值模拟研究

本文利用商用CFD软件对发电机气隙简化模型——同心旋转圆柱体间环形气隙内流体对流换热情况进行数值模拟,得到了不同泰勒数Ta下流场的速度分布、温度分布和热流密度分布。将模拟得出的平均努赛尔数Nu与经验公式的计算值进行了对比,误差在合理的范围之内,证明了数值模拟的有效性。计算结果表明,受流场中泰勒涡的影响,速度、温度、以及热流密度沿轴向的分布呈现周期性波动,波动频率与泰勒涡的数量相同,其中,速度与温度分布波动的变化趋势相同,热流密度波动的变化趋势与前两者相反;泰勒数Ta越大,流场的平均努赛尔数Nu越大,流场的对流换热性能越好。另外,本文还对带凹槽气隙模型进行了流动模拟,分析了泰勒-库特流能够强化传热传质的原因,为后续发电机环形气隙对流换热特性的模拟做准备。

水平同轴转柱体间隙区域间水动力数值模拟研究

利用同轴转柱间的泰勒库特流开展试验是研究絮凝的一种重要手段,而水平放置的同轴转柱体因其能有效避免受重力影响产生的泥沙浓度梯度对絮凝的影响是新的研究方向。文章基于Fluent软件建立模型并模拟研究泰勒库特流装置的流体运动,根据前人实验结果率定,结果表明误差在合理范围内,证明了数值模拟的有效性;并在此基础上模拟水平放置的同轴转柱体间隙区域间流体流动,结果表明随雷诺数的增加,径向流速增加,水流涡动明显,流态由层流发展为泰勒涡,整体变化过程与竖直放置的泰勒库特流装置结果相似。文章的研究结果可为今后将水平同轴转柱体利用于絮凝实验研究提供支撑基础。