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自由表面旋涡数值模拟与涡、汇模型理论分析 被引量:3
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作者 杨帆 施徐明 +3 位作者 戴韧 郭雪岩 陈铁军 吴玉林 《排灌机械工程学报》 EI 北大核心 2013年第4期325-330,共6页
为研究吸气旋涡的产生机理,并进行相应的理论分析,将水利和水工设备进水口前常见的自由表面旋涡现象简化为盆池自由放水模型,采用"流体体积"(VOF)方法结合RNG k-ε湍流模型模拟自由表面旋涡现象.通过数值模拟获得自由液面从... 为研究吸气旋涡的产生机理,并进行相应的理论分析,将水利和水工设备进水口前常见的自由表面旋涡现象简化为盆池自由放水模型,采用"流体体积"(VOF)方法结合RNG k-ε湍流模型模拟自由表面旋涡现象.通过数值模拟获得自由液面从纯水涡到吸气旋涡的生成与演化过程,将计算结果与理论Burgers涡模型进行对比,发现Burgers涡模型的切向速度分布方程与计算结果相符,涡量向中心聚集是导致自由液面发生凹陷并最终产生吸气旋涡现象的原因之一,同时发现Burgers涡的径向速度和轴向速度分布方程与计算结果相比存在很大差异.进一步简化模型后,剔除切向速度影响,模拟了无旋流体的排水过程.通过理论推导在球坐标系下提出"汇球面"模型,获得了较好的速度分布方程,并发现"汇"效应也是产生吸气旋涡现象的重要因素之一. 展开更多
关键词 自由表面旋涡 流体体积 旋涡演化过程 Burgers涡模型 汇球面
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吸水口上自由表面旋涡的LES-LBM模拟 被引量:4
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作者 张睿 陈红勋 王小永 《排灌机械工程学报》 EI 2011年第5期386-391,共6页
为了实现高雷诺数下自由表面旋涡生成与演化过程的数值模拟,将标准Smagorinsky亚格子应力模型引入到三维单相自由面格子Boltzmann方法中,建立结合大涡模拟的格子Boltzmann方法(LES-LBM).当进口雷诺数分别为5×104和105时,考虑重力... 为了实现高雷诺数下自由表面旋涡生成与演化过程的数值模拟,将标准Smagorinsky亚格子应力模型引入到三维单相自由面格子Boltzmann方法中,建立结合大涡模拟的格子Boltzmann方法(LES-LBM).当进口雷诺数分别为5×104和105时,考虑重力和科氏力的作用,采用LES-LBM对长方形水槽底部吸水口上方的自由表面旋涡的生成与演化过程进行数值计算,再现了自由表面旋涡发展过程中的典型流态,并根据其特点将自由表面旋涡的发展过程分为4个典型阶段.对比分析有、无科氏力作用下的高雷诺数流动算例,验证科氏力的作用.对自由表面旋涡发展过程中的B型(染色旋涡和挟物旋涡)和D型(连续吸气旋涡)自由表面旋涡的径向速度、切向速度以及轴向速度沿吸水口半径方向的分布规律进行重点分析.数值计算结果表明:采用结合大涡模拟的单相自由面格子Boltzmann方法,可以有效模拟高雷诺数下的自由表面旋涡生成与演化过程;验证了科氏力在诱导并促进自由表面旋涡发展过程中的作用;计算获得的自由表面旋涡内部流场的各速度分量沿径向的分布规律与试验结果定性一致,且几乎不随进口雷诺数的不同而改变. 展开更多
关键词 自由表面旋涡 格子波尔兹曼方法 亚格子应力模型 科氏力 大涡模拟
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150t钢包自由表面旋涡的数值模拟与湍流模型的选择 被引量:4
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作者 苌真真 张炯明 +2 位作者 王顺玺 刘义 王博 《有色金属科学与工程》 CAS 2014年第4期37-43,共7页
钢包在非稳态浇注过程中易形成旋涡,导致钢渣及空气的大量卷入,严重危害了钢的质量.为了更好的研究旋涡,采用ANSYS CFX软件,分别采用k-ε和RNG k-ε2种湍流模型对钢包非稳态浇注过程中自由表面旋涡进行数值模拟,得到自由表面从表面旋转... 钢包在非稳态浇注过程中易形成旋涡,导致钢渣及空气的大量卷入,严重危害了钢的质量.为了更好的研究旋涡,采用ANSYS CFX软件,分别采用k-ε和RNG k-ε2种湍流模型对钢包非稳态浇注过程中自由表面旋涡进行数值模拟,得到自由表面从表面旋转到旋涡贯通水口的演化过程,将两者的计算结果与相关文献以及Burgers涡模型进行相互对比,得到:两者计算的旋涡演化过程、旋涡产生临界高度无差别;两者的速度场与相关文献均一致,但RNG k-ε模型更真实的表现了旋涡的剪切流动;将两者的切向速度分布与Burgers涡对比,得到RNG k-ε湍流模型与理论模型更加吻合.综上:用RNG k-ε湍流模型计算自由表面旋涡更加正确合理. 展开更多
关键词 钢包 自由表面旋涡 数值模拟 湍流模型
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自由表面旋涡的识别方法 被引量:1
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作者 江俊 唐任仲 李培玉 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期923-928,共6页
针对目前自由表面旋涡识别所存在的精确性低、计算量大、实用性差的问题,提出一种新的自由表面旋涡识别方法.该方法建立基于图像识别的自由表面旋涡识别系统,实现图像获取、采集、处理及旋涡识别的功能.为了解决系统中旋涡识别的难点问... 针对目前自由表面旋涡识别所存在的精确性低、计算量大、实用性差的问题,提出一种新的自由表面旋涡识别方法.该方法建立基于图像识别的自由表面旋涡识别系统,实现图像获取、采集、处理及旋涡识别的功能.为了解决系统中旋涡识别的难点问题,提出一种二维图像中旋涡的识别及定位方法.该方法利用旋涡图像的局部对称性,通过分析图像中旋涡周围流线的方向场,使用改进后的缠绕角度法计算相应的缠绕角度值,最终实现自由表面旋涡的识别及涡核中心的定位.实验表明,该方法识别速度快且具有较高的准确,稳定及有效性. 展开更多
关键词 自由表面旋涡 旋涡识别 缠绕角度法 涡核中心
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吸水口前自由表面旋涡的LBM模拟 被引量:6
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作者 陈红勋 郭加宏 +1 位作者 胡雷 张睿 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2010年第5期676-682,共7页
作者采用单相自由面格子Boltzmann模型,数值模拟了水槽底部吸水装置在科氏力诱导下自由表面旋涡的生成和演化过程。计算结果表明本文采用的方法能够较好地捕捉自由表面旋涡流动的大幅度变化的气液两相界面,同时通过对自由表面旋涡生成... 作者采用单相自由面格子Boltzmann模型,数值模拟了水槽底部吸水装置在科氏力诱导下自由表面旋涡的生成和演化过程。计算结果表明本文采用的方法能够较好地捕捉自由表面旋涡流动的大幅度变化的气液两相界面,同时通过对自由表面旋涡生成与演化过程中不同水平面的速度矢量分布,切向速度、径向速度、环量以及涡核半径的变化规律的分析,说明计算结果与实验结果是一致的。 展开更多
关键词 吸水口 自由表面旋涡 科氏力 格子BOLTZMANN方法 数值模拟
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排水泵站流场特性及漩涡特征数值模拟 被引量:3
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作者 申屠华斌 魏俊 +2 位作者 潘笑文 周华 楚士鹏 《浙江水利水电学院学报》 2022年第5期47-50,62,共5页
为研究不同工况下排水泵站中液体流动的特性,借助计算流体动力学CFD软件对泵站内3种不同液位进行数值模拟,以三维非稳态雷诺方程为基础,采用标准纳维-斯托克斯模型建模以及两相流的VOF方法计算。对不同水位下的液体流动进行分析,以确定... 为研究不同工况下排水泵站中液体流动的特性,借助计算流体动力学CFD软件对泵站内3种不同液位进行数值模拟,以三维非稳态雷诺方程为基础,采用标准纳维-斯托克斯模型建模以及两相流的VOF方法计算。对不同水位下的液体流动进行分析,以确定初始水位最佳值。研究表明:仅使用经验公式分析泵站最低水位时与实际相比可能存在一定的误差,需考虑泵站前池的几何特性以及流体动力学特性。当水位低于临界值时,在泵入口处出现非稳态涡结构,泵站内出现停滞区。同时,对大型泵站设计时宜借助数值模拟软件构建流体动力学模型,模拟发生漩涡的可能性,并提供改善措施和方案。 展开更多
关键词 排水泵站 数值模拟 流程结构 表面旋涡
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Numerical Visualization of Air Intake Induced by Free Surface Vortex 被引量:4
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作者 Young Kyu Park Mohan Kumar Dey +1 位作者 Yoon Hwan Choi Yeon Won Lee 《Journal of Thermal Science》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第6期540-544,共5页
Free surface vortex control is vital in a pump sump system because the air absorbed by free surface vortex induc- es noise, vibration, and cavitation corrosion on the pumping system. In this study, the change of free ... Free surface vortex control is vital in a pump sump system because the air absorbed by free surface vortex induc- es noise, vibration, and cavitation corrosion on the pumping system. In this study, the change of free surface vor- tex and air absorption in a pump intake has been investigated by the Volume of Fraction (VOF) method with steady multiphase flow model in order to represent the behavior of the free surface vortex exactly. The homoge- neous free surface model is used to apply interactions of air and water. The results show that air intake by the free surface vortex motion can be visualized using the iso-surface of air volume fraction. The vortices make an air column from the free surface to the pump intake. Also, it was found that the flee surface vortex can be controlled by installing curtain walls. 展开更多
关键词 free surface vortex numerical visualization curtain wall air intake
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Vortex genesis over the Bay of Bengal in spring and its role in the onset of the Asian Summer Monsoon 被引量:18
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作者 WU GuoXiong GUAN Yue +3 位作者 WANG TongMei LIU YiMin YAN JingHui MAO JiangYu 《Science China Earth Sciences》 SCIE EI CAS 2011年第1期1-9,共9页
Physical processes associated with onset of the 1998 Asian summer monsoon were examined in detail using multi-source datasets. We demonstrated that strong ocean-atmosphere-land interaction in the northern Indian Ocean... Physical processes associated with onset of the 1998 Asian summer monsoon were examined in detail using multi-source datasets. We demonstrated that strong ocean-atmosphere-land interaction in the northern Indian Ocean and tropical Asian area during spring is a fundamental factor that induces the genesis and development of a monsoon onset vortex over the Bay of Bengal (BOB), with the vortex in turn triggering onset of the Asian summer monsoon. In spring, strong surface sensible heat- ing over India and the Indochina Peninsula is transferred to the atmosphere, forming prominent in situ cyclonic circulation, with anticyclonic circulations over the Arabian Sea and northern BOB where the ocean receives abundant solar radiation. The corresponding surface winds along the North Indian Ocean coastal areas cause the ocean to produce the in situ offshore cur- rents and upwelling, resulting in sea surface temperature (SST) cooling. With precipitation on the Indochina Peninsula in- creasing from late April to early May, the offshore current disappears in the eastern BOB or develops into an onshore current, leading to SST increasing. A southwest-northeast oriented spring BOB warm pool with SST 〉31℃forms in a band from the southeastern Arabian Sea to the eastern BOB. In early May, the Somali cross-equatorial flow forms due to the meridional SST gradient between the two hemispheres, and surface sensible heat over the African land surface. The Somali flow overlaps in phase with the anticyclone over the northern Arabian Sea in the course of its inertial fluctuation along the equator. The con- vergent cold northerlies on the eastern side of the anticyclone cause the westerly in the inertial trough to increase rapidly, so that enhanced sensible heat is released from the sea surface into the atmosphere. The cyclonic vorticity forced by such sensible heating is superimposed on the inertial trough, leading to its further increase in vorticity strength. Since atmospheric inertial motion is destroyed, the flow deviates from the inertial track in an intensified cyclonic curvature, and then turns northward to- ward the warm pool in the northern BOB. It therefore converges with the easterly flow on the south side of the anticyclone over the northern BOB, forming a cyclonic circulation center east of Sri Lanka. Co-located with the cyclonic circulation is a generation of atmospheric potential energy, due to lower tropospheric heating by the warm ocean. Eventually the BOB mon- soon onset vortex (MOV) is generated east of Sri Lanka. As the MOV migrates northward to the warm pool it develops quickly such that the zonal oriented subtropical high is split over the eastern BOB. Thus, the tropical southwesterly on the southern and eastern sides of the MOV merges into the subtropical westerly in the north, leading to active convection over the eastern BOB and western Indochina Peninsula and onset of the Asian summer monsoon. 展开更多
关键词 air-sea interaction spring BOB warm pool monsoon onset vortex inertial oscillation Asian summer monsoon onset
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Study on the critical submergence of surface vortices and the design of anti-vortex intakes 被引量:1
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作者 WANG YingKui JIANG ChunBo LIANG DongFang 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS 2011年第4期799-804,共6页
Surface vortex behavior in front of the tunnel intake was investigated in this paper.The critical submergence of vortex was discussed based on the concept of 'critical spherical sink surface'(CSSS).The vortex ... Surface vortex behavior in front of the tunnel intake was investigated in this paper.The critical submergence of vortex was discussed based on the concept of 'critical spherical sink surface'(CSSS).The vortex formation and evolution at the tunnel intake were analyzed based on the theory of CSSS considering the effect of circulation.A theory was proposed to explain the surface vortex.The theoretical development was verified by the physical model experiments of Xiluodu hydropower station.The radial velocity and vortex circulation were considered as the main factors that influence the formation and evolution of surface vortex.Finally,an anti-vortex intake configuration was proposed to weaken the air-core vortex in front of the tunnel intakes of the hydraulic structures. 展开更多
关键词 critical submergence critical spherical sink surface surface vortex tunnel intake physical model experiment
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