新一代涡识别方法在大偏航条件下风电机组复杂尾涡辨识中的适用性研究

为进一步了解大偏航条件下串列风力机组的复杂尾流特性,采用4种不同的涡识别方法(第一代Vorticity、第二代Q、第三代Liutex、第三代NewOmega)可视化串列风机组的尾涡结构,以探究新一代(第三代)涡识别方法(Liutex、NewOmega)在风力机大偏航条件下的适用性。首先,基于致动线(actuator line,AL)模型和一种局部动态Smagorinsky(localized dynamic Smagorinsky,LDS)亚格子模型,开发一套精度高、计算成本低的水平轴风力机尾流精细化数值模拟框架(AL-LDS耦合模型框架)。其次,选取NREL-5MW风力机为研究对象,将AL-LDS耦合模型的模拟结果与NREL基准值进行对比,从而验证AL-LDS耦合模型的精度。最后,编写最新的第三代涡识别方法(Liutex、NewOmega)后处理程序,并将新一代涡识别方法应用到大偏航条件下串列风力机组的尾涡辨识中,进而分析多机组间的复杂尾涡流动机理。结果表明:(1)AL-LDS耦合模型具有较高的计算精度;(2)第三代涡识别方法同样适用于大偏航条件下风力机尾涡结构的可视化,且可捕捉到尾流中成对的涡脱落现象以及破碎弱涡结构。

采用不同涡识别方法判定棒束涡流特征

为能对带有搅混翼的压水堆棒束流场中的漩涡结构特征进行判定,本文采用涡量法、Q判据、λ2方法、Ω方法和Liutex方法等涡识别方法对棒束通道中的涡流场进行了分析。研究表明:对不同的涡识别方法的等值面的分析和比较表明除涡量法,Q判据、λ2方法、Ω方法和Liutex方法均可识别通道内的中心涡流、伴生漩涡和搅混翼的耗散漩涡。Liutex方法可以精确的识别中心漩涡和伴生漩涡,同时判定值作为向量也更加方便确认漩涡旋转方向与轴的位置。本研究提高了对棒束通道内漩涡结构的理解,分析了常用漩涡识别方法的差异,可为包括子通道在内的流场分析和性能优化提供一定的理论指导和技术支撑。

液压阀内部漩涡流动的数值研究

针对液压阀内漩涡流场及其诱发振动噪声的非定常流动激励力特性,采用计算流体力学方法对内部漩涡流动进行了数值计算,分析了阀内涡系结构的成因及流动特性,对比了不同漩涡识别方法捕捉阀内涡系结构的特性。结果表明:液压阀的流量特性为快开型,阀内不同节流段的压力损失特性不同。液压阀内出现分离涡、对冲涡、死区涡和迪恩涡四种典型的漩涡结构,漩涡的成因各异。在不同工况下,迪恩涡区域的压力脉动均较强,且受流量和漩涡的叠加影响,压力脉动幅值与阀门开度不是线性相关,在50%阀门开度时,压力脉动幅值最大。对比4种不同涡识别方法发现,Ω-Liutex方法有助于识别液压阀内漩涡结构。

来流含气条件下喷水推进器内部涡结构数值分析

基于Eulerian-Eulerian非均相流模型对来流含气条件下喷水推进器叶轮内涡结构分布进行数值分析,发现由于进流中存在气相介质,使得叶轮中涡量分布较纯水中发生改变。在旋转效应和形变效应影响下,气相介质表面与内部的涡旋方向相反,随着航速升高,流道内流动状态趋于稳定,高涡量分布区域逐渐减少。在瞬态数值计算中,运用Ω涡识别方法发现气相介质的存在会使得叶顶泄漏涡强度和大小发生改变,尾缘涡较纯水中出现明显延展现象。由此说明喷水推进器在来流含气条件运行时,叶轮内涡结构的产生和发展会受到气相介质影响。

设计工况下离心泵作透平的压力脉动特性的数值模拟研究

对比转速为n s=24.7的普通悬臂式离心泵作透平时在设计工况下的压力脉动特性进行了数值模拟研究,在计算中采用了SST k-ω湍流模型及q准则的涡识别方法,数值模拟方法对于泵作透平性能预测结果与经验方法较吻合。在数值模拟中采用了5套系统加密的网格进行网格无关性验证,进而在考虑计算成本及准确性的基础上选取了一套合适的网格进行设计工况下(Q=64 m^3/h)的压力脉动特性的研究。结果表明:在设计工况下,泵作透平的蜗壳内压力脉动现象主要是由转动的叶轮与静止的隔舌相互干涉引起,蜗壳内不同截面上的不均匀流动可能诱导蜗壳内的低频脉动现象;尾水管受到上游部件动静干涉的压力脉动影响,管内涡带形态扭曲,其扭曲方向与叶轮旋转方向一致。

基于多相LBM和Liutex方法的三维气泡聚合过程涡场分析

气液两相流广泛存在于石油化工、食品加工和生物制药等领域,其中气相通常以气泡的形式分散在液相中。气泡聚并过程由于气泡界面的变化及气泡震荡变形,流场及涡场变化较为复杂。该文使用多相格子玻尔兹曼方法对三维气泡的聚合过程进行了模拟,并使用Liutex方法及其他涡识别方法对聚合过程中的涡变量的变化进行了分析,结果呈现了Liutex三维的空间矢量分布,并对聚合过程中R_(m),S_(m),Q,R_(x),R_(y)和R_(z)的极值变化进行了分析,结果表明在聚合时刻涡变量达到极值,Liutex能够准确地捕捉和识别旋转涡的强度与方向。

基于OpenFOAM平台的钝体稳焰器尾流动力学分析

在具有高速来流的燃烧室结构中被广泛采用的钝体稳焰器主要通过尾流流场中的剪切层以及低速回流区达到稳定火焰的目的,因此有必要对尾流非稳态流场进行流体动力学分析。本文基于OpenFOAM开源计算流体力学平台对Volvo试验钝体稳焰器非稳态流场进行仿真计算,并采用Omega涡识别方法以及动力学模态分解方法对计算结果进行分析以获取流场流体动力学特性。通过与试验结果进行对比,表明采取κ-ωSST IDDES湍流模型能够获得较为详细的钝体稳焰器尾流流场结构;Omega涡识别方法能够有效识别尾流流场涡结构;采用动力学模态分解方法能够获得具有明确物理意义的流体动力学模态,对于钝体稳焰器尾流动力学研究具有重要意义。

气泡碰撞过程中形变及破碎现象分析

以水气两相流为研究对象,采用大涡模拟和流体体积法,结合破碎准则和第三代涡识别方法对双气泡碰撞过程进行数值模拟。采用单一变量法,研究气泡直径比、相对偏心距及气泡间相对距离对气泡破碎程度的影响。双气泡碰撞过程中,两气泡的直径越接近时,碰撞过程中的气泡破碎程度越弱,偏心距的变化对气泡破碎程度影响不大。而相对距离小于1时,随着其增大,气泡碰撞过程中的破碎程度更加明显。当气泡相对距离大于1时,气泡破碎程度趋于平缓。研究表明:第三代涡识别方法能够很好地捕捉两相流湍流流场中漩涡位置,并能敏锐地反映出湍流的变化。