紧急倒车模式下螺旋桨诱导环状涡的发展机理

为了解诱导环状涡的产生机理和发展过程,本文采用有限体积法结合大涡模拟湍流模型,对E1619桨紧急倒车模式下的流场进行仿真计算。经网格和时间步长的收敛性分析,确保结果的可信性,并分析了不同载荷工况下环状涡变形、演化和脱落与其载荷变化。结果表明:紧急倒车模式下螺旋桨的水动力载荷分为极限载荷和平均载荷,极限载荷又可分为重载和轻载;诱导环状涡的结构变形与其外环突起的脱落会改变螺旋桨的水动力载荷;螺旋桨排出流和自由来流的挤压和剪切促使诱导环状涡的形成,而“流场速度脊线”的出现驱动环状涡发生变形和突起脱落。螺旋桨附近流场3个方向(轴向、径向和切向)速度的不同耦合作用是造成环状涡变形、演化和脱落的原因。

平板湍流转捩过程中Λ涡和环状涡的周围流场研究

采用高精度湍流直接数值模拟技术,对平板流动转捩过程中的涡系结构,尤其是Λ涡和环状涡附近的流场进行了详细的研究。高分辨率的数值模拟给出了实验手段无法得到的全流场信息,以及雷诺平均纳维斯托克斯方程方法(RANS)无法给出的精细涡结构信息。数值模拟在精确捕捉Λ涡和环状涡等转捩过程中典型涡系结构、上喷和下扫等典型流动现象的同时,发现了一些与传统认识所不同的现象:1)Λ涡并不是当地涡量集中的地方;2)环状涡的附近存在一个速度显著大于远场来流速度的区域。这些现象对传统湍流转捩理论提出了挑战,并引发人们对湍流生成与维持机理的进一步研究。

边界层转捩过程中环状涡和尖峰结构的演化

采用高精度直接数值模拟方法,研究在边界层转捩过程后阶段中的环状涡和尖峰结构的非线性演化及其对流动的影响.以平板可压缩流边界层转捩为例,精细的数值模拟清楚地展示了环状涡等典型的涡结构及其上喷和下扫的流动现象,证实了边界层转捩过程中尖峰结构的形成与环状涡紧密相关,特别是,对于最近在实验中观测到的正尖峰结构,文中的数值结果也发现同样的结构,并进行了相应的机理分析.

波浪与新型双排开孔圆筒防波堤相互作用三维数值模拟

双排开孔圆筒防波堤是基于圆筒、板式结构的一种复合式新型结构型式;基于不可压缩两相流模型建立三维数值波浪水槽,通过RNG k-ε湍流模型进行湍流封闭,并采用TruVOF方法捕捉自由液面,开展波浪与双排开孔圆筒防波堤相互作用数值模拟,探究相对排间距、开孔率对新型双排开孔圆筒防波堤消浪性能的影响,分析了后排开孔圆筒防波堤附近的复杂水动力现象和流动特性.结果表明,在本文研究工况范围内,沿程平均波高随相对排间距的增大先增大后减小,随开孔率的增大而增大,周期对沿程平均波高的影响没有明显规律;当B/D=9,e=23.11%时,新型双排开孔圆筒防波堤消浪效果最优,反射系数在0.4~0.46之间,透射系数在0.3~0.35之间,耗散系数在0.8~0.85之间;自由液面破碎、水气掺混、环状涡运动演化是新型双排开孔圆筒防波堤紊动耗能消波的主要原因;相对排间距会引起后排防波堤附近涡量分布以及剪切层形态的变化,从而导致不同的紊动特性,影响双排开孔圆筒防波堤消浪特性.研究结果可以为新型双排开孔圆筒防波堤工程设计与消浪机理研究提供理论支撑.

利用PIV技术研究四角切圆燃烧锅炉燃烧器区水平涡量分布

利用粒子成像测速系统(PIV)测量四角切圆燃烧锅炉冷态模型燃烧器区的空气动力场,得到3个典型水平层面的速度场和涡量场。炉膛中心的环状大涡量区为煤粉与空气混合的主燃烧区;炉膛边角的反向涡量易造成二次回流区炉壁结焦。

边界层转捩过程中的尖峰结构

利用氢气泡流动显示方法 ,研究人工激发条件下平板边界层转捩的流动现象。实验观测到转捩过程中的尖峰结构 (spikestructure) ,以往这一现象都是热线 (膜 )测量得到的。流动显示结果证明了关于尖峰现象的推测 ,即尖峰的出现是环状涡对其中心速度诱导的结果 ,同时观测到伴随高频尖峰结构的出现 。

圆柱容器内Rayleigh-Bénard湍流对流的数值模拟

采用差分方法求解基于Boussinesq假设下三维不可压缩Navier-Stokes方程,直接数值模拟了底部加热、顶部冷却的竖直圆柱容器内Rayleigh-Bénard湍流对流问题,探讨了不同形参比下流场中大尺度环流结构、轴对称环状涡结构的变化规律,分析了形参比对于平均流场和湍流脉动统计量以及表征传热特性的Nusselt数的影响.

内置环状翼槽式太阳能集热管内传热强化研究

本文针对槽式太阳能集热管非均匀受热问题,设计了新型内置环状翼涡发生器,并采用数值模拟对内置环状翼槽式太阳能集热管内传热与流动性能进行了研究。结果表明,环状翼的尾部形成一对纵向涡;该纵向涡可减薄热边界层,并使管内冷热流体混合更加均匀,有效地减少了吸收管的高温区域,同时管壁平均温度降低了35.9~88.1 K,保证了系统的安全运行。