管内含螺旋纽带诱导的螺旋涡特性

引言螺旋纽带广泛应用于换热器的强化换热中,其结构简单、成本低且换热性能好[1-2]。

基于TCP流稳定螺旋涡的垂直螺旋输送机的设计方法

针对垂直螺旋输送机中的气固两相流进行了研究,分析了颗粒圆周速度在径向方向上的分布函数,并从颗粒流的螺旋升角、涡量入手,结合理论分析与EDEM+FLUENT仿真分析,研究垂直螺旋输送机中形成TCP流稳定螺旋涡的最佳填充率、最佳螺旋转速和临界雷诺数,推导出不同摩擦因数下的临界雷诺数公式和最佳输送量公式,从而得出一种高效的基于TCP流稳定螺旋涡的垂直螺旋输送机的设计方法,该方法使垂直输送机输送量提高了约20%.

高雷诺数双螺旋涡尾迹演化特性分析

螺旋状尾迹涡是直升机悬停旋翼流场的主导特征之一,其时空演化特性对旋翼气动性能具有重要影响.为了揭示悬停状态下旋翼尾迹涡的演化特征,对两桨叶刚性旋翼在高雷诺数悬停状态下的双螺旋状尾迹涡开展数值研究,采用基于流场特征的网格自适应技术,结合低耗散迎风/中心混合格式以及延迟脱体涡模拟方法对Caradonna-Tung旋翼在桨尖马赫数为0.439、桨尖雷诺数为1.92×10~6的悬停流场进行了高分辨率计算.基于欧拉和拉格朗日两种描述方法对计算结果进行了分析,揭示了双螺旋尾涡系统的演化特性:后缘尾涡面在桨尖附近的反向卷起及其与下游桨尖涡的相互作用是影响涡系稳定性以及涡-涡相互作用的重要因素;涡龄小于720°时,在固连于桨叶上的旋转坐标系中观察,涡系具有时空稳定性,涡管中心处轴向涡量随涡龄按照幂函数规律衰减.在固连于漩涡中心的局部极坐标系中,周向速度分布以及涡核半径随涡龄的变化与理论涡模型相符合,环量随涡龄的变化显示了漩涡的生长、平衡及耗散等演化阶段;模态分析结果表明,除点涡模态外,来流与点涡的复合模态在漩涡演化过程中对流动特征的转变有重要影响;涡系轴截面速度场的拉格朗日拟序结构直观地显示了漩涡场的时空演化过程,揭示了漩涡配对和共旋穿越等流动特征,同时也展示了后缘尾涡面卷起现象在漩涡演化过程中的作用.

螺旋涡丝的运动问题

螺旋涡丝是实际流动中的一种重要流态，螺旋桨的尾迹，三维绕流物体的尾涡构成等都有这样的涡系存在。螺旋涡丝的运动内容包含两部分，第一部分是它诱导的速度场，特别是对自身诱导的速度，第二部分是螺旋涡丝的稳定性，但必须以第一部分为基础。本文具体推导螺旋涡丝对涡心一点的诱导速度公式。

螺旋涡的基本性质及其在旋流器中的应用

本文简要地论述了水力旋流器中工作流体呈螺旋涡运动的基本规律和性质以及在分离过程中自然形成最大速度轨迹面的事实,并按照其轨迹面特性导出旋流器主要工艺指标计算式及其在实践中的应用效果。

大型岔管内螺旋流涡带数值分析研究

岔管部件广泛应用于常规水电站、抽水蓄能电站等重要水力发电工程。大型岔管(D主≥6 m)由于岔管外形,肋板结构及内部流态三因素耦合可能导致螺旋流涡带,其对岔管的水力损失具有不可忽略的消极后果。本文基于经典k-ε湍流模型联合考虑实际岔管材料壁面粗糙率,构建了考虑壁面真实粗糙度的钢岔管内部流态k-ε湍流模型。计算结果与实验数据对比验证了本文构建数值模型的有效性及准确性。随后采用导流叶片策略有效消除了大型岔管内的螺旋流涡带现象。研究结果表明:多导流叶片优化方案可有效减少和消除大型岔管中的螺旋流态,并减少岔管水力损失。具体地,对岔管支管路中不同流量工况,优化后的主管路部分流线分布均匀,最大流速位于岔管支管路弯管(内弯)附近;优化后岔管肋板两端涡旋流态基本消除。对岔管支管流量不均匀工况,支管路内螺旋流涡带流态明显减缓,只存在少量螺旋流态。本文研究结果可对岔管水力优化设计及相近研究领域提供一定参考。

管内螺旋涡流的数值模拟研究

本文用数值模拟的方法研究了螺旋纽带在圆管中引发的涡流形成过程与机理,分别用RNGκ-ε和RSM模型模拟计算,并与相关文献的实验结果进行对比,用更准确的RSM模型进行后续研究。在螺旋纽带中,由于边界层分离,先出现两个涡,根据角动量守恒,这两个涡的旋向与纽带旋向相反,在主流切向速度的作用下,这两个涡逐渐衰减,在衰减过程中,同样由于边界层分离,形成与纽带旋向相同的两个涡,这四个涡会暂时共存,之后逐渐减弱消失,随着流动的发展,由于流线弯曲不稳定,出现旋向与纽带相同的两个涡,并一直维持此涡结构。螺旋纽带中的二次流动是在壁面切应力,科氏力和离心力综合作用下产生的。

涡振螺旋干燥机内物料的运动

分析了螺旋涡振干燥机内物料的运动，并结合运动特点阐述了其干燥特性。

匀动螺旋状集中涡的流函数解析表达及其证明

旨在推导在圆柱直管中作均匀运动的右旋单螺旋状集中涡管诱导无粘流场流函数的解析表达式 ,并将结果回代到涡与流函数的微分方程中 ,证明这一解析解的正确性 .结果显示 :涡管流函数是时间的周期函数 ,并被表征为一系列在涡核内均匀分布螺旋涡丝流函数的叠加 .当螺旋涡管沿自身轴线移动一个节距 ,同时绕自身轴线旋转一圈时 ,螺旋涡管诱导的流场退化为定常场 .若令圆柱直管半径趋于无穷大 。

匀动螺旋单涡管诱导压力场的解析解

推导了在圆柱直管中作均匀运动的螺旋单涡管诱导核外压力场的解析表达式 ,若令柱管直径趋于无穷大 ,该表达式也能够描述在无限域中螺旋单涡管诱导核外压力场 .假设相对速度场定常且具有螺旋对称性 ,并利用已获得的涡管诱导相对速度场和相对坐标系下动量方程求其诱导压力场 .获得的结果显示 :压力场是时间的周期函数 ,仅当螺旋涡管静止或沿自身的空间螺旋线轴滑移时 ,螺旋涡诱导的压力场退化为定常场 ,该退化现象已被实验证实 ;圆柱直管壁上的压力极值点计算位置与现有实验的测量位置一致 .压力公式显示管壁压力脉动频率是均匀分布的 ,这一结论也与现有压力实验的频域特性相符合 .

实验研究平面对称剪切流中的螺旋涡

该文通过自行研制的平面剪切流设备,在一定的风速比下产生螺旋涡结构,运用流动显示技术,直观观察到螺旋涡结构的产生,以及非归并和归并的现象,并且得到了相应的风速比范围。同时通过动态测量技术,通过自功率谱、互谱和空间相位斑图对螺旋涡的非归并以及归并情形所对应的频率、波速以及波数做了定量分析。

螺旋桨尾流中螺旋梢涡声场的解析计算

通过将螺旋桨尾流中的螺旋梢涡近视地看成具有螺旋对称性的圆柱螺旋涡丝,本文推导出了毂涡和五根螺旋梢涡辐射声场的解析解,以及在给定参数下的数值仿真结果。计算表明速度场和压力场都是时间的基频和倍基频函数,压力脉动的特性得到体现。

圆锥扩散段内旋进螺旋涡引起的速度和压力波动

1引言受限旋流在许多工程应用中被发现。这种漩涡的影响可能是有利的[1],可能是不可避免的,也许包含一个以旋转轴为中心的强烈的涡核[2]产生无法预见的副作用。当具有某个初始角动量的流体沿着管道的长度方向衰减时,就会出现涡破裂。涡破裂可能导致剧烈的压力脉动,从而损坏结构。在水轮机中,这种压力脉动出现在非设计工况的尾水管中,并与旋流产生的低频现象有关[3]。

基于定常RANS方法的螺旋桨毂涡结构分析

桨叶根部负荷及毂涡能量利用研究一直是螺旋桨设计研究工作的重要内容之一。为分析螺旋桨根部尾涡系结构,本文采用RANS方法对敞水螺旋桨进行定常数值模拟,通过与水动力测试及LDV流场测量数据对比验证了数值模拟的可靠性。将数值模拟结果与空泡流动显示对照,说明了毂涡是由桨毂端面发展出的轴心涡及缠绕在其表面的叶根尾涡共同构成,分析了毂涡强度与桨毂环量的关系,论述轴心涡的形成机理。

非均匀伴流下无空泡螺旋桨涡流噪声的数值研究

应用分离涡方法(DES)对螺旋桨的涡流场进行了模拟。提出了一种在桨叶附近生成高质量边界层网格的结构化网格划分方法。利用Q准则和自定义函数对桨叶泄涡及其频率特性进行了研究。以桨叶表面脉动压力为声源,通过求解FW-H方程对螺旋桨噪声进行了预报。频谱分析表明螺旋桨低频离散线谱噪声、低频宽带噪声以及高频涡流噪声都得到了较好的预报,特别对涡流噪声的频谱特性进行了分析。数值计算结果表明:以单桨叶表面压力脉动为声源,涡流噪声为单调音,频率即为桨叶泄涡频率,声压级比宽带噪声高出约15 dB;以整个螺旋桨表面压力脉动为声源,涡流噪声在泄涡频率附近有着多条线谱,各线谱的频率间隔相等,声压级比宽带噪声高出约10 dB。

无梢涡螺旋桨试验研究

本文根据螺旋桨的升力线理论,分析了螺旋桨叶梢产生梢涡的机理,通过在叶梢处的截面上安装一个与螺旋桨同轴旋转面相切的弧面封板所进行的螺旋桨敞水试验,来验证叶梢安装叶片可使叶梢不产生旋涡,减少叶梢处能量损失,得出了初步的结论。

斜流与螺旋桨尾涡联合作用下舵表面脉动压力

为了研究斜流对舵表面上脉动压力的影响,本文对斜流下的桨舵干扰过程进行了分析。采用大漩涡模拟方法开展数值模拟,使用滑移网格方法实现了螺旋桨的旋转。应用快速傅里叶变换方法对舵表面上的压力脉动开展频域分析,并对舵表面上脉动压力进行了沿展长方向、弦长方向和厚度方向的比较。结果表明:舵表面脉动压力的波动频率与螺旋桨叶频相关,近舵随边位置与舵的背流侧上的脉动压力与叶频的相关性较差,舵导边上的最大波动幅值出现在桨毂后方。本文研究为舵上的结构振动研究提供了研究基础。

羊角涡结构及其特性

旋成体绕流中除了主涡系之外,在分离区发现一类由物面分离螺旋点发展而成的羊角涡结构。这类羊角涡出现频率很高,迎角范围约为25°～75°;它与旋成体背风区主涡系演化密切相关,伴随着非对称中高位涡脱体和低位涡展向跨越对称面而产生,是三维流动的结果。羊角涡结构虽小,涡强虽弱,但它通过主涡来体现它的气动力作用:在较小迎角下,从物面以tornado形状升起时通过涡量传输来改变同侧主涡涡量;在更大迎角时,通过干扰主涡促使主涡破裂。本文给出了物面螺旋点以至羊角涡的典型照片,分析了它的形成过程和形态特征。

混流式水轮机尾水管涡带及压力脉动数值模拟

应用ANSYS等相关软件对混流式水轮机进行全流道非定常数值模拟,分析了在偏工况下低流量的3种随开度不断变化的工况,模拟由部分负荷区到高部分负荷区的尾水管涡带及压力脉动的变化情况。应用CFD数值模拟,观察到尾水管随导叶不同开度变化时,尾水管涡带由双螺旋涡带到单螺旋涡带至柱状涡带的变化过程,并分析了相应工况之间的压力脉动频率及脉动幅值的变化规律。这对尾水管压力脉动产生机理的深入研究有着十分重要的意义。