离心通风机后弯叶轮最佳气体涡分布的选择

针对后弯离心叶轮给定气体涡以沿平均子午流线的不同分布规律，分析了叶片表面的流速分布、叶片载荷分布以及吸力面上边界层动量厚度的增长。提出了最佳气体涡分布的基本特征及幂指教的最佳取值范围，可供设计参考。

切向炉内炉膛及燃烧器区涡量分布的实验研究

首次使用六线涡量探针在切向燃烧炉 (切向炉 )的冷模上测量了其炉膛及燃烧器区域的速度及涡量分布 ,给出了描述湍流特征的参数如湍流强度、倾斜因子及平坦因子等。实验结果表明 ,燃烧器区射流一出口就出现了贴壁 ,燃烧区及燃尽区壁面附近涡量强度和湍动度都很高。

切向炉内小分隔屏后涡量分布的实验研究

首次使用六线涡量探针在切向炉HG - 2 0 0 8-YM2的冷模上测量了其小分隔屏后的速度及涡量分布 ,得到了湍流特征的参数 (如湍流强度、倾斜因子及平坦因子等 )。小分隔屏的存在对其后的速度场及涡量场有明显的影响。实验结果表明 ,由于翼型效应 。

基态位涡径向分布对浅水涡旋系统演变的影响分析PartⅡ:扰动发展和结构变化

本文在基态位涡(Potential Vorticity,PV)径向分布和基态涡旋强度对热带气旋(Tropical Cyclone,TC)类涡旋系统稳定性特征影响的研究基础上,结合理想试验和数值模拟诊断分析基态PV径向分布对扰动增长和系统结构变化的影响.基于线性正压浅水模型,设计三种典型基态PV中空结构下基态涡旋强度对系统稳定性影响的敏感性试验.结果表明:基态涡旋的强度主要影响稳定性的强弱,强度越强,不稳定增长率越大,而基态PV径向分布对系统最不稳定波动性质起着决定作用.分析不同波数下扰动的发展及不同波数间扰动的相互作用可知,对于宽且实的PV环,系统稳定性主要取决于低波数不稳定,且最不稳定波数扰动的发展具有明显的优势地位;对于窄且空的PV环,系统稳定性主要取决于高波数不稳定,且多个高波数下增长最快模态的不稳定增长率值十分接近.利用模态线性叠加法讨论扰动增长对系统结构变化的影响表明:最不稳定波数的扰动发展对系统结构变化有关键影响,而多个波数的扰动不稳定增长相当时,不同波数的扰动发生相互作用从而影响系统结构变化.最后,利用实际个例模拟资料分析基态PV径向分布及其变化对TC结构和强度的影响表明:TC内核区出现的多边形眼墙结构与当前时刻基态PV径向分布所决定的最不稳定波数有很好的对应关系,同时基态PV径向分布变化所反映出的系统动力稳定性强弱与TC强度发展阶段具有很好的相关性.

绕水翼空化的发展及其涡量场特性分析

为了解空化发展与流场中涡量变化的关系,利用数字式粒子图像测速(DPIV)系统,并辅以高速摄像,对绕水翼流动进行了观测.结果表明:空化的发展对整个流场的涡量变化起决定作用.无论在空化还是无空化流场中,涡量主要集中在水翼后部的剪切层所在区域,并形成涡带;随着空化数的降低,空化区域的流场混合更为均匀,从而使涡量峰值逐渐减小,同时下涡带的起始位置向后推移;在云状空化阶段,涡量聚集区由涡带转化为大涡量团的分散分布,而且影响区域明显扩大.

绕水翼空化流场旋涡特性分析

为了深入了解绕水翼空化流动机理,利用数字式粒子图像测速(DPIV)系统,并辅以高速摄像机,对绕水翼流动进行了观测.观测结果表明:空化的发展对整个流场的涡量变化起决定作用.无论在空化还是无空化流场中,涡量主要集中在自水翼前后缘开始的剪切层所在区域,并形成涡带,且上下涡旋向相反;随着空化数的降低,空化区域的流场混合得更为均匀,从而使涡量的峰值逐渐减小;上下涡带逐渐靠拢,并向后延伸、拉直,同时下涡带的起始位置向后推移.

二维涡斑的运动发声

本文通过对Navier Stokes方程的直接数值模拟 ,并应用涡斑模型 ,研究了方腔内二维涡斑运动发声问题 ,结果表明旋转方向相同的涡斑 ,不管初始涡斑的涡量分布如何 ,最后的涡量分布为Burgers型涡斑 ,呈现“单胞”的稳定结构 ;旋转方向相反的涡斑 ,其运动演化轨迹与初始条件有关 ,最终呈“双胞”的稳定结构。

表孔泄洪闸前漩涡数值模拟研究

针对某大(1)型水电站泄洪时表孔闸前出现立轴漩涡现象,利用VOF(volume of fluid)方法对进口漩涡等水力特性进行了数值模拟计算,据此分析了坝前漩涡出现的原因、变化趋势等,初步探讨了漩涡对坝体泄洪结构的影响,提出了减弱表孔门槽及闸首部位出现有害漩涡的调度方案。

涡轴发动机时延鲁棒串级PI控制器设计

针对涡轴发动机分布式控制系统中存在时延导致系统性能退化的问题,利用线性矩阵不等式(LMI)方法设计了时延鲁棒串级PI控制器。先利用内模控制(IMC)方法得到涡轴发动机串级控制器内、外环的PI控制器结构;再利用频域回路成形的方法给出保证系统具有期望性能的LMI形式约束条件;利用梯度近似的方法通过劳斯-赫尔维茨判据得到保证系统稳定的控制器参数约束条件;最后,在基于TrueTime的涡轴发动机分布式非线性仿真平台上进行数字仿真。仿真结果表明:在0.04 s时延条件下,当功率需求下降5%时,系统的调节时间小于5 s,功率涡轮转速超调不超过0.5%,且其最大燃油变化率只有传统串级PI控制系统的67%;设计的控制器能有效应对涡轴发动机分布式控制系统中存在的时延问题,同时能够以更小的代价保证系统具有期望的性能。

珠江河口东四口门流场结构与涡流研究

珠江河口东四口门径潮比差异较大,潮优型口门虎门与其他三大河优型口门有明显的涨落潮不一致现象,该现象致使珠江河口东四口门附近流场不同于单一口门流场。根据1978年伶仃洋实测水文资料,结合水动力高分辨率数值模拟,研究了口门附近流场结构与涡度分布,发现口门附近是发生涡流的重点区域。口门之间涨落潮不一致及流场动力相互影响,形成涨落潮流路分异及相互挤压,并在岸线和地形边界的作用下易导致涡流发生。1974—2006年岸线变化较为剧烈区域都是涡流发生的重点区域,这说明涡流对浅滩发育演变可能起到一定作用。

气液两相条件下叶片开孔对电潜泵性能和内部流场的影响

为了研究电潜泵内部流动机理,从而改善高含气工况下电潜泵的气液混输性能,文中基于欧拉-欧拉非均相流模型,对不同入口含气率工况下叶片开孔前后的气液两相流动特性进行了数值模拟分析,探究了气液两相流条件下叶片开孔对电潜泵性能和内部流场的影响.结果表明,在纯水工况以及低含气率、小流量工况下,叶片开孔会降低电潜泵性能;但是叶片开孔可以改善电潜泵在大流量下的气液混输性能.叶片开孔后会改变叶轮内部压力分布,使电潜泵叶轮内部平均压力升高,进而改善叶轮内部流态.叶片开孔后会冲散气相聚集,使气体分布更加均匀,叶轮流道内涡核分布明显减少,减少了能量耗散.该研究为改善电潜泵气液混输性能提供了理论依据.

涡向双进口起旋管内旋转流场的数值分析

针对涡向单进口旋转流起旋的偏心问题,提出了涡向双进口轴对称起旋技术,采用数值模拟方法对该起旋方式的流场进行分析。结果表明,涡向双进口起旋旋转流基本呈现轴对称衰减性旋转流场,改进了单进口起旋旋转流场偏心的问题。计算表明:涡向双进口旋流中心与管道中心基本重合,切向速度分布近似Rankine涡结构;轴向速度沿径向呈马鞍形分布;径向速度相对于切向、轴向速度小一个数量级,沿切向近似为正余弦分布。

射流角度变化对矩形消力井水力特性的影响

泄水建筑物出口狭窄地形条件难以适应传统底流消能工在长度方向的布置要求时,矩形消力井成为一个可行的选择。针对泄水建筑物通常沿地面坡度布置的实际情况,采用数值模拟的方法研究了特定流量下不同射流角度对矩形消力井水力特性的影响。结果表明,当泄槽底坡不大于1∶6.5(θ≤8.75°)时,射流在消力井内出现明显的向上偏折(弹射)现象,不能形成淹没射流,流速衰减仅为44.5%,涡量主要集中在水流表面,消力井内水流紊动变化不大;当泄槽底坡介于1∶6.5~1∶2.5(8.75°<θ≤21.8°)时,射流几乎不发生偏折,流程范围内流速衰减先上升再下降(68.9%→79.6%→69.6%),涡量能够扩散至整个消力井,射流所引起的紊动范围增大后减小;当泄槽底坡增大至1∶2.5以上(21.80°<θ≤45°)时,射流呈明显的向下偏折,流速衰减随流程缩短进一步减小(69.6%~49.7%),涡量分布在射流上下两侧,水流紊动主要集中在射流附近。即淹没射流条件下,针对不同的入射角度,可合理选择井深,从而使得入射水体动能在流程范围内实现最大程度衰减。

地转适应与锋生

地转适应过程是大气中的一个重要过程。对地转适应问题及其在锋生动力学中的应用作了简单回顾 。

青海省雪灾气候预测的地气图方法

通过对青海省1960年以来全省各气象站的雪灾资料统计分析,结合青海省南部(下称青南)地区8月份的地气形势,发现二者之间有很好的相关:夏季地热涡和正鞍形场多对应冬季为重雪灾;地冷涡和负鞍形场多对应冬季为轻灾或无灾。春夏季上游的中强地震可加强冬季的雪灾。由此表明,利用地气图方法可以较好地预测青海省的雪灾。

热力学效应对非定常空化流动结构影响的实验研究

为了研究热力学效应对空化流动结构的影响,采用实验的方法研究了水温为6℃、25℃和45℃时绕水翼的非定常空化流场。利用高速全流场显示技术,观察了不同水温下绕水翼的空化流动形态,并利用数字粒子图像测速仪(DPIV)测量了其速度和涡量分布。结果表明:随着水温的升高,空穴区域减小,空穴长度减短。在相同的空化阶段,热力学效应对空泡的脱落周期影响较小,脱落周期基本不变。热力学效应对速度和涡量影响较大的区域主要集中在空化区域及其与主流区的交界面处。随着水温的升高,低速高脉动区域逐渐减小,且对应的速度值略有升高,导致速度梯度减小,湍流脉动强度降低。同时发现,涡量区域对应于流场中具有速度梯度的区域,上下涡量区域随着水温的升高减小,涡量值降低。

空气静压止推轴承自激微振动数值分析及实验研究

随着控制精度和工作稳定性要求的不断提高,空气静压轴承气膜内部的自激振动成为制约气浮系统进一步发展的关键问题。以圆盘型中心供气小孔节流空气静压轴承气膜内的三维自激微振动为研究对象,基于流体润滑理论和修正的速度滑移边界建立了气膜的动力学模型和自激振动方程;基于平面流函数和大涡模拟方法,在确定气膜微振动形成机理的基础上,分析了三维气旋涡量分布特征和速度场变化规律;通过实验测试了气膜自激微振在三轴方向上的时域和频域特性,并分析了各轴向自激微振动的影响因素。研究表明:空气静压止推轴承的自激振动是气膜流场内三维气旋共同形成的,且沿气膜高度方向(z方向)的振动强度显著大于水平面内(x,y方向)的振动;轴承气膜内三个方向的自激振动强度都随着供气压力的增加而增加,且x,y方向自激振动的强度较z方向更为敏感;轴承气膜内三个方向自激振动的固有频率会随着供气压力的变化而改变,其中x,y方向自激振动的固有频率随供气压力增加而增长,而z方向自激振动的固有频率随供气压力的增大基本不变。

汽轮机低压排汽缸内流场的数值模拟研究

利用fluent软件对汽轮机低压排汽缸进行数值模拟,分析排汽缸内部流场特性、涡系分布;利用CFD-POST软件分析排汽缸内部气动性能参数及其分布,并与流场分布进行对比,获知其压力损失来源。研究结果表明:通道涡是造成排汽缸内部能量损失最主要的原因;分离涡分布虽然小于通道涡,但是其最主要的影响是造成扩压管扩压性能的下降;其它涡系结构分布远离主流,影响较小。为排汽缸的优化设计提供基础。

基于全自由尾涡模型的最佳环量分布风力机叶片气动优化方法

通过优化环量分布,开发了一种快速的风力机叶片气动优化设计方法.方法中引入了全自由尾涡模型,通过并行处理技术和快速多极子方法加速计算.采用傅里叶级数参数化叶片附着涡环量分布,大幅减少了优化变量数目.以风能利用系数为目标函数,以给定轴向力系数为约束条件,获得环量分布后反求得到叶片最优几何参数.最后通过优化美国可再生能源实验室(NREL)实验风轮进行方法验证,结果表明:在约束条件下,当尖速比分别为3.79和4.74时,优化使风轮的风能利用系数分别提升了32%和8%.在无约束条件下,针对不同叶片数和尖速比,分别对原NREL风轮进行全局优化,得到了风能利用系数均超过0.48以上的最优设计.

典型波纹翅片单元流动与传热特性的数值研究

以两种典型的波纹翅片单元为研究对象,在合理简化条件下给出了物理模型和数学模型,通过流固界面的传热耦合,对不同进口风速下波纹翅片单元的流动及传热和阻力特性进行了数值研究。通过对传热系数,Nu数、压降以及涡量分布的对比分析,结果表明:人字形翅片的传热性能优于波浪形翅片,而流动阻力性能却没有明显的劣势,其主要原因是翅片流场中涡流的产生与耗散存在差异。