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水泵水轮机尾水管压力脉动特性及涡带特性分析 被引量:1
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作者 刘斌 杨启瑞 +5 位作者 蒋涛 郑源 张玉全 郭绘娟 任慎明 李城易 《中国农村水利水电》 北大核心 2024年第7期241-248,共8页
抽蓄电站是电网的重要组成部分,水泵水轮机长时间偏离最优工况运行会导致水力不稳定问题,其中,尾水管涡带和压力脉动问题备受关注,严重影响机组安全稳定运行。以水泵水轮机为研究对象,分析了其尾水管内流特性与压力脉动时频特性。对比... 抽蓄电站是电网的重要组成部分,水泵水轮机长时间偏离最优工况运行会导致水力不稳定问题,其中,尾水管涡带和压力脉动问题备受关注,严重影响机组安全稳定运行。以水泵水轮机为研究对象,分析了其尾水管内流特性与压力脉动时频特性。对比了两种第二代和两种第三代涡识别方法对尾水管涡带演化过程的可视化效果,Omega-Liutex涡识别方法对阈值依赖性小且对涡带形态的识别更清晰完备,因此,采用Omega-Liutex涡识别方法研究了不同负荷工况下尾水管涡带的瞬态变化特性。研究结果可以为水泵水轮机稳定运行提供一定的理论参考。 展开更多
关键词 水泵水轮机 尾水管 Omega-liutex涡识别 压力脉动 涡带
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基于多特征提取的合成射流涡流控制机理研究
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作者 郝春阳 董祥瑞 +2 位作者 蔡天意 周骛 蔡小舒 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第11期225-237,共13页
在横流的底部施加倾斜角为60?的合成射流,并采用大涡模拟(LES)对其周期性涡运动过程进行了数值模拟,研究不同激励参数条件下合成射流与横流相互作用涡环结构的产生机理及演变规律。该文首先利用第三代涡识别方法(Liutex矢量法)对流场中... 在横流的底部施加倾斜角为60?的合成射流,并采用大涡模拟(LES)对其周期性涡运动过程进行了数值模拟,研究不同激励参数条件下合成射流与横流相互作用涡环结构的产生机理及演变规律。该文首先利用第三代涡识别方法(Liutex矢量法)对流场中涡环的演变过程进行了运动跟踪,并且定量统计合成射流在不同驱动频率(S_(t)=0.25,0.5,0.75,1)和驱动振幅(A_(0)=1,1.5,2,2.5)下涡旋结构的旋转强度和涡核尺度。此外,采用本征正交分解法(proper orthogonal decomposition,POD)方法和动态模态分解(dynamic mode decomposition,DMD)对合成射流特定频率(S_(t)=0.25)及振幅(A_(0)=2.5)下流场速度场进行模态分解,提取影响流场的主特征模态。结果表明:振幅对旋转强度和涡核尺寸大小有正贡献,而频率对旋转强度和涡核尺寸大小有负贡献;合成射流在横流中的涡运动机理可以概括为,在低频低振幅条件下有利于顺时针涡结构的产生,而在高频高振幅条件下有利于逆时针涡结构的产生;基于各阶POD模态的空间结构及频谱特征等特性,流场主特征结构为脱落涡,脱落频率与射流驱动频率一致(S_(t)=0.25)。初级顺时针涡旋结构为涡流控制的主导结构,而每阶模态均为多频耦合;通过DMD对流场信息进行时空解耦,得到了剪切诱导、涡合并等动力特征。多种特征提取方法的结合更有助于合成射流涡流控制机理的深入研究。 展开更多
关键词 流体力学 流动控制 特征提取方法 横流合成射流 Liutex矢量 涡脱落主频率
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基于涡分析的旋涡泵内流动能量转换特性研究
3
作者 杨伟峰 张人会 +1 位作者 杨鸿德 陈学炳 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期167-175,共9页
为研究旋涡泵内复杂的旋涡特征,量化泵内旋涡体积和强度,分析旋涡结构对能量转换和能量损失的影响规律,采用非定常数值模拟和外特性实验相结合的方法对单级旋涡泵进行分析,综合使用Ω方法和Liutex方法对泵内旋涡进行识别和强度表征,提... 为研究旋涡泵内复杂的旋涡特征,量化泵内旋涡体积和强度,分析旋涡结构对能量转换和能量损失的影响规律,采用非定常数值模拟和外特性实验相结合的方法对单级旋涡泵进行分析,综合使用Ω方法和Liutex方法对泵内旋涡进行识别和强度表征,提出平均旋涡强度进行量化研究,并结合动能方程的涡动力学分解式以及涡量分解理论进行分析。结果表明:泵内的旋涡充分发展区域存在螺旋形的管状旋涡结构,该旋涡从叶轮流道流出进入侧流道,并且随着流量的增大,涡管数量减少且旋涡强度降低;流量的增大使得叶轮内的旋涡体积和强度减小,而其在侧流道内相对变化较小,相同工况时叶轮内的平均旋涡强度远大于侧流道内;压力梯度对流体动能转换的贡献最大,旋涡结构引起的动量输运和耗散损失占比较小,但刚性涡量即旋涡结构的强度与动量输运呈正相关,变形涡量则与拟涡能损失相关性较强。 展开更多
关键词 旋涡泵 旋涡 Ω方法 Liutex方法 拟涡能
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循环射流混合槽内油-水两相流复杂动力学特性分析 被引量:1
4
作者 禹言芳 孔令敏 +3 位作者 刘振江 陈雅鑫 孟辉波 吴剑华 《北京化工大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期26-34,共9页
采用流体力学计算软件ANSYS FLUENT V16.1中的Eulerian-Eulerian多相流模型和剪切应力输运(SST)k-ω湍流模型,对循环射流混合槽内油-水两相流的动力学特性进行研究,分析不同雷诺数Re和不同相含率对多孔射流中心线速度自相似性、涡量和... 采用流体力学计算软件ANSYS FLUENT V16.1中的Eulerian-Eulerian多相流模型和剪切应力输运(SST)k-ω湍流模型,对循环射流混合槽内油-水两相流的动力学特性进行研究,分析不同雷诺数Re和不同相含率对多孔射流中心线速度自相似性、涡量和剪切速率的影响。研究发现:在不同Re及分散相相含率条件下,射流方向上连续相水的流动状态满足自相似性;Re=6 346、9 519和12 692时无量纲高度z/H=0.9处的涡量与Re=3 173时相比分别增大118.3%、253.7%和373.4%;轴向、径向和周向位置处涡量等值线图揭示高涡量区域主要集中在射流孔附近,射流中心线两侧存在反向对涡,射流中心线附近涡的相对强度与中心主体混合区域相比高2个数量级;与涡量及Q准则相比,第三代涡判别法Liutex对流场中大尺度涡结构的识别基本相同,对主体混合区域细小涡结构的识别相对更加准确;剪切速率随周向位置的增大呈现先增后减的趋势,在θ=12°处随着Re从3 173增加到12 692,平均剪切速率增大86.2%~257.7%。 展开更多
关键词 循环射流混合槽 油-水两相 射流速度 涡量 Liutex 剪切速率
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横向沟槽减阻中的涡结构识别方法研究
5
作者 吴正人 程相辉 +2 位作者 石祎炜 吴浩 刘梅 《华北电力大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2023年第6期118-126,共9页
湍流相干结构演化规律的分析是探究沟槽减阻机理的一项重要研究手段。为探究Liutex参数与Omega准则在沟槽减阻机理研究中的适应性问题,采用大涡模拟方法,对设置有横向沟槽结构的槽道流域进行数值模拟,比较了Liutex参数及Omega准则和传... 湍流相干结构演化规律的分析是探究沟槽减阻机理的一项重要研究手段。为探究Liutex参数与Omega准则在沟槽减阻机理研究中的适应性问题,采用大涡模拟方法,对设置有横向沟槽结构的槽道流域进行数值模拟,比较了Liutex参数及Omega准则和传统识别方法识别结果的异同。通过与传统涡识别方法综合对比后发现:Omega准则的阈值选取更加方便,且敏感度低,鲁棒性强,但对于壁面附近的小涡结构,相较于传统识别方法,并无突出优势;Liutex线相较于涡量线更加准确且规整,与涡结构的吻合性更佳;Omega准则与Liutex参数在横向沟槽结构流域的减阻机理分析中均具有很好的适应性,对于沟槽减阻机理的研究具有重要意义。 展开更多
关键词 Omega准则 Liutex参数 大涡模拟 横向沟槽 减阻
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基于MSFLE与Liutex的涡合并实验研究 被引量:3
6
作者 郭延昂 董祥瑞 +1 位作者 蔡小舒 周骛 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2020年第3期432-440,共9页
应用具有拉格朗日性质的运动单帧长曝光(MSFLE)图像测量方法,对矩形管内湍流边界层涡结构合并现象开展了实验研究。研究了雷诺数Reθ在97到194之间管道湍流边界层流向-法向平面内涡合并现象。在实验中,测量系统以与涡运动速度相近的速... 应用具有拉格朗日性质的运动单帧长曝光(MSFLE)图像测量方法,对矩形管内湍流边界层涡结构合并现象开展了实验研究。研究了雷诺数Reθ在97到194之间管道湍流边界层流向-法向平面内涡合并现象。在实验中,测量系统以与涡运动速度相近的速度匀速移动,采用连续长曝光记录示踪粒子运动轨迹,以捕捉涡随时空的演变过程,骨架提取图像处理算法获得示踪粒子速度,并应用Liutex物理量表征涡的旋转强度。研究表明:MSFLE方法测量装置简单,对实验条件要求低,可从拉格朗日视角直观测量湍流边界层涡结构及周围流场的时空演变过程,MSFLE图像测量方法与Liutex涡识别算法结合可以很好地应用于湍流边界层涡结构的可视化与量化。矩形管内湍流边界层涡合并的条件是两个涡相邻、强度和尺寸基本相同且为同向旋转涡,合并中两个涡的强度呈反向变化,合并生成的新涡的强度和尺寸基本为初始合并时两个涡之和,且旋转方向与两个涡同向。 展开更多
关键词 湍流边界层 涡结构 测量 MSFLE Liutex
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双旁侧无隔道超声速进气道参数化设计及流动分析 被引量:3
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作者 乔文友 靳雨南 +2 位作者 任喆 余安远 斯仁 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期45-59,共15页
针对双旁侧无隔道超声速进气道中S弯流道内部流向涡产生的大畸变问题,提出了参数化设计技术,并基于典型飞机前体设计进气道构型,利用Liutex涡识别技术分析S弯流道内部的流动机理,并探索提升进气道出口流场品质的设计技术。研究结果表明:... 针对双旁侧无隔道超声速进气道中S弯流道内部流向涡产生的大畸变问题,提出了参数化设计技术,并基于典型飞机前体设计进气道构型,利用Liutex涡识别技术分析S弯流道内部的流动机理,并探索提升进气道出口流场品质的设计技术。研究结果表明:Liutex涡识别理论在进气道流场中能够有效识别流向涡的大小和强度;为抑制流向涡的产生和发展,降低出口畸变,进气道入口处上唇口一侧流道应采用较小的曲率,下唇口一侧则需要增大曲率;S弯流道末端应增大扭曲程度以将流向涡推至进气道出口中间区域。本文研究可有效抑制无隔道超声速进气道出口畸变,为控制S弯流道内部流向涡结构探索新型设计方法。 展开更多
关键词 进气道 Liutex 流向涡 畸变 S弯流道
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Liutex-涡定义和第三代涡识别方法 被引量:46
8
作者 刘超群 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2020年第3期413-431,478,共20页
本文回顾了涡定义和涡识别方法的发展历史,着重介绍了作者UTA(University of Texas at Arlington)团队及其合作者在涡科学和湍流研究的一些最新学术创新成果。UTA团队发现了可以定量描述流体刚性转动部分的物理量——Liutex向量,其主要... 本文回顾了涡定义和涡识别方法的发展历史,着重介绍了作者UTA(University of Texas at Arlington)团队及其合作者在涡科学和湍流研究的一些最新学术创新成果。UTA团队发现了可以定量描述流体刚性转动部分的物理量——Liutex向量,其主要思想是把流体刚性转动从流体运动中提取出来,进而用Liutex来定义和识别涡结构,并已在广泛应用中证明了其作为涡识别方法的优越性。基于Liutex向量可以进一步研究涡量分解、速度梯度张量分解、流体运动分解、湍流结构、湍流生成机理以及旋涡的科学识别,为流体运动学的发展开辟了广阔的研究空间。区别于第一代涡识别方法和第二代涡识别方法,Liutex是一个向量,其方向代表当地转轴,大小代表当地流体刚性旋转角速度的二倍。本文详细介绍了基于Liutex向量的第三代涡的定义和识别方法,包括Liutex等值面、Liutex-Omega等值面、Liutex向量线、Liutex涡核线、以及最新发现的中低雷诺数湍流边界层中的Liutex-5/3幂次相似律,其发现很大程度上扩大了传统湍流能谱幂次律的适用范围,对建立湍流模型具有重要意义。 展开更多
关键词 涡量 Ω方法 Liutex向量 Liutex涡识别 Liutex-Omega Liutex core Liutex相似律 湍流结构
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NACA0018翼型锯齿格尼襟翼尾迹特征的Liutex分析
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作者 于永迪 陈榴 +1 位作者 郑哲辉 戴韧 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期210-217,共8页
在雷诺数Re=1.38×10^(5)时,采用实验测量对比研究NACA0018原始翼型以及带有格尼襟翼和齿形襟翼翼型的尾迹涡结构,对比锯齿襟翼与格尼襟翼的控制机理。结果表明,在小攻角下,锯齿襟翼较格尼襟翼大大降低尾迹速度亏损,但速度偏转小于... 在雷诺数Re=1.38×10^(5)时,采用实验测量对比研究NACA0018原始翼型以及带有格尼襟翼和齿形襟翼翼型的尾迹涡结构,对比锯齿襟翼与格尼襟翼的控制机理。结果表明,在小攻角下,锯齿襟翼较格尼襟翼大大降低尾迹速度亏损,但速度偏转小于格尼襟翼。通过Liutex分析发现气流经过锯齿襟翼后产生了对涡结构,与襟翼固有的流向涡掺混耗散,削弱由于流向涡引起的尾流不稳定性,从而减小翼型的阻力。对比齿形结构不同位置处的流动表明,在尾缘附近,速度偏转角从齿根,齿中到齿尖依次增加,对于远场的尾迹,3个截面的流动一致。 展开更多
关键词 风力机 流动控制 尾迹涡 锯齿格尼襟翼 Liutex
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基于开源计算流体力学软件SU2的钝体翼尖涡研究 被引量:1
10
作者 崔青 钱晓辉 刘剑明 《沈阳航空航天大学学报》 2020年第3期24-32,共9页
通过开源多物理场模拟与设计集成软件平台SU2(Stanford University Unstructured),使用格点型有限体积格式,研究了来流攻角12°,雷诺数为Re=2×10^6下NACA0012半矩形翼扰流问题。通过涡向量Rortex/Liutex揭示了方形翼尖纯刚体... 通过开源多物理场模拟与设计集成软件平台SU2(Stanford University Unstructured),使用格点型有限体积格式,研究了来流攻角12°,雷诺数为Re=2×10^6下NACA0012半矩形翼扰流问题。通过涡向量Rortex/Liutex揭示了方形翼尖纯刚体旋转涡的形成与发展,次涡与主涡的合并,并与涡量进行了比较。结果表明:钝体矩形翼翼尖的两个锋利奇异边产生Rortex/Liutex涡,且Rortex/Liutex表示的次涡与主涡的合并与相互作用要晚于涡量;此外,除了奇异边外的翼尖侧面,虽具有较高涡量,但贡献了流体的剪切或拉伸。 展开更多
关键词 Rortex/Liutex 方形翼尖涡 SU2 非结构网格 数值实验
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采用不同涡识别方法判定棒束涡流特征
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作者 靳玉冠 田兆斐 曾泓月 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期1736-1742,共7页
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... 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。 展开更多
关键词 棒束通道 子通道 搅混翼 计算流体力学 涡识别方法 Liutex 漩涡结构 漩涡特征
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基于Liutex的数据驱动湍流模型修正
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作者 龙家俊 刘陈飘 +3 位作者 秦飞 张加乐 徐圣冠 高宜胜 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第15期218-231,共14页
现有广泛应用的湍流模型对于大分离流动问题的计算结果往往与实验结果存在着较大偏差,这主要是由于大分离流动中存在的强逆压梯度导致湍流模型的基本假设不再成立。为了提高大分离流动问题的计算精度,需要对湍流模型进行修正。采用流场... 现有广泛应用的湍流模型对于大分离流动问题的计算结果往往与实验结果存在着较大偏差,这主要是由于大分离流动中存在的强逆压梯度导致湍流模型的基本假设不再成立。为了提高大分离流动问题的计算精度,需要对湍流模型进行修正。采用流场反演和数据驱动相结合的方法,提出了基于Liutex的Spalart-Allmaras(S-A)一方程模型生成项的神经网络修正方法。首先采用基于离散伴随的流场反演获得S-A一方程模型生成项的修正系数;由机器特征选择方法表明在翼型附近大分离流动区域本文选取的Liutex变量相对于修正系数具有最高的相关性,适合作为神经网络输入;再将Liutex等变量作为输入构造神经网络近似S-A模型生成项修正系数,建立生成项修正系数的神经网络结构,通过S809和S814翼型分离流动结果验证了该修正方法能够有效改善大分离流动的计算精度。 展开更多
关键词 湍流模型 流场反演 神经网络 分离流动 Liutex方法
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The applicability of vortex identification methods for complex vortex structures in axial turbine rotor passages 被引量:10
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作者 Yu-fan Wang Wei-hao Zhang +1 位作者 Xia Cao Hong-kai Yang 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 2019年第4期700-707,共8页
The complex vortex structures in the flow around turbine rotor passages, with weak or strong, large or small vortices, interacting with each other, often generate most of aerodynamic loss in turbomachines. Therefore, ... The complex vortex structures in the flow around turbine rotor passages, with weak or strong, large or small vortices, interacting with each other, often generate most of aerodynamic loss in turbomachines. Therefore, it is important to identify the vortex structures accurately for the flow field analysis and the aerodynamic performance optimization for turbomachines. In this paper, by using 4 vortex identification methods (the Q criterion, the Q method, the Liutex method and the Q -Liutex method), the vortices are identified in turbine rotor passages. In terms of the threshold selection, the results show that the D method and the Q -Liutex method are more robust, by which strong and weak vortices can be visualized simultaneously over a wide range of thresholds. As for the display consistency of the vortex identification methods and the streamlines, it is shown that the Liutex method gives results coinciding best with the streamlines in identifying strong vortices, while the Q -Liutex method gives results the most consistent with the streamlines in identifying weak vortices. As to the relationship among the loss, the vortices and the shear, except for the Q criterion, the other three methods can distinguish the vortical regions from the high shear regions. And the flow losses in turbine rotor passages are often related to high shear zones, while there is a small loss within the core of the vortex. In order to obtain the variation of vortices in the turbine rotor passages at different working points, the Liutex method is applied in 2 cases of a turbine with different angles of attack. The identification results show that the strengths of the tip leakage vortex and the upper passage vortex are weaker and the distance between them is closer at a negative angle of attack. This indicates that the Liutex method is an effective method, and can be used to analyze the vortex structures and their evolution in turbine rotor passages. 展开更多
关键词 VORTEX identification TIP LEAKAGE VORTEX turbine rotor PASSAGE Liutex METHOD Q -liutex METHOD
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超声速平板边界层中流向涡的生成条件
14
作者 王乾 黄章峰 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期886-896,共11页
针对马赫数为4.5的超声速平板边界层,基于线性稳定性理论(LST)选取初始扰动组合,通过直接数值模拟(DNS),计算了第一模态不稳定波扰动组合沿流向演化生成流向涡的过程。采用改进Omega-Liutex旋涡识别方法进行涡识别,结合流向不同位置截... 针对马赫数为4.5的超声速平板边界层,基于线性稳定性理论(LST)选取初始扰动组合,通过直接数值模拟(DNS),计算了第一模态不稳定波扰动组合沿流向演化生成流向涡的过程。采用改进Omega-Liutex旋涡识别方法进行涡识别,结合流向不同位置截面的流线图,分析了流向涡的生成特性。根据流向涡在zy截面内的流线特征,提出了流向涡的生成条件,研究发现:流向涡可以直接通过一对展向对称的第一模态不稳定斜波扰动与基本流叠加得到,不是必须经过非线性作用。 展开更多
关键词 超声速平板 边界层 线性稳定性理论 流向涡 直接数值模拟 改进Omega-liutex旋涡识别法
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基于不同涡识别准则的水轮机尾水管涡带形态识别研究 被引量:14
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作者 孙龙刚 郭鹏程 罗兴锜 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2019年第6期779-787,共9页
尾水管涡带为混流式水轮机在部分负荷工况运行下,尾水管内水流出现的一种螺旋状涡旋运动现象。尾水管涡带是水轮机流动不稳定的表征,涡带诱发的压力脉动对水轮机运行稳定性有直接严重的影响且易造成疲劳破坏,因此在复杂的三维黏性湍流... 尾水管涡带为混流式水轮机在部分负荷工况运行下,尾水管内水流出现的一种螺旋状涡旋运动现象。尾水管涡带是水轮机流动不稳定的表征,涡带诱发的压力脉动对水轮机运行稳定性有直接严重的影响且易造成疲劳破坏,因此在复杂的三维黏性湍流中辨识出涡结构及其演化过程、深入分析涡结构对水轮机水力稳定性研究非常有必要。该文基于k-ωSST湍流模型对运行在42.35%额定出力的某混流式模型水轮机进行了尾水管内部流动特性的实验测试与数值研究,数值压力脉动幅值及主频与实验测试吻合得比较好,误差分别约为2.70%和2.62%。进一步,采用压力等值面法、Q准则、λ2准则及近年新发展的Ω涡准则以及Liutex涡矢量方法进行尾水管涡带形态识别研究。结果显示:等压面法在捕捉涡带形态上能力明显不足,涡带尾部过早断裂消失;尽管Ω准则具有阈值选择范围较小的优点,然而却过高地预估了涡带尾部形态;Liutex方法与Q准则和λ2准则在涡带形态捕捉能力上相当,均能清晰、合理地显示旋转涡带的形态。 展开更多
关键词 水轮机尾水管涡带 涡识别 数值模拟 Ω准则 Liutex方法
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第三代涡识别方法及其应用综述 被引量:49
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作者 王义乾 桂南 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2019年第4期413-429,共17页
根据Liu等的划分,涡识别方法的发展可以分为三代。第一代方法基于涡量,并将Cauchy-Stokes分解得到的速度梯度张量反对称部分(涡量张量)视为旋转。然而众多研究人员已发现涡量与涡的关联性并不是很高。为了克服第一代方法的缺陷,以Q、l2... 根据Liu等的划分,涡识别方法的发展可以分为三代。第一代方法基于涡量,并将Cauchy-Stokes分解得到的速度梯度张量反对称部分(涡量张量)视为旋转。然而众多研究人员已发现涡量与涡的关联性并不是很高。为了克服第一代方法的缺陷,以Q、l2、D和lci等方法为代表的第二代涡识别方法应运而生。但是第二代方法在实际使用中依赖于与具体算例相关的阈值并且会被剪切影响。为了解决阈值问题,2016年发展起来的Ω方法将涡定为涡量大于变形的联通区域并以相对值表示。而2017年和2018年发展起来的Liutex向量则提供了一个系统化数学化的流体局部刚体转动定义,包括局部旋转轴和转动强度,Ω方法,Liutex向量及一系列有关方法被定义为第三代涡识别方法。该文回顾了三代涡识别方法的发展历程,系统讨论了如何精确地从流体运动中分解得到刚性旋转部分,重点介绍由美国德州大学阿灵顿分校刘超群教授及其团队主导的第三代涡识别方法所取得的突破及其应用。主要突破包括:①Ω涡识别方法克服了传统涡识别方法需要针对具体流动调整阈值的问题,并能同时捕捉到强涡和弱涡;②基于Liutex的思想,能够严格获得流体运动的局部刚性旋转部分,包括标量、矢量和张量形式;③第三代方法能够合理地回答涡的六大要素问题,即涡的绝对强度、相对强度、当地旋转轴、涡核中心、涡核大小和涡边界,而前两代方法则无法处理。该文详细介绍了第三代方法的六个具体应用,其结果表明:①在涡识别方面,第三代方法大大优于前两代方法;②第三代方法不仅是涡识别和显示的后处理方法,而且是精确表示涡的物理量;③第三代方法能够定量化地表示涡的特性(六大要素)。Liutex作为一个新生的物理量,有方向有大小。Liutex的方向就是当地涡线和涡强度(此处区别于第一代涡量线和涡量强度的定义)等值面法线的方向,其大小准确代表当地旋转角速度(涡的绝对强度),且在当地非零Liutex方向上仅有瞬时的拉压形变,流体旋转均发生在与Liutex方向垂直的平面内。在等值面缩小变为一条线的地方,它就是涡核中心。它唯一代表涡核,唯一代表湍流的涡结构,与阈值完全无关。更重要的是它准确代表一个力,代表湍流产生的原动力,直接影响湍流生成。Liutex和其他第三代涡识别方法的发现代表湍流研究的一个崭新时代的来临,它开启了湍流研究的新纪元。 展开更多
关键词 涡量 Ω涡 Liutex/Rortex向量
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基于第三代涡识别方法的极地邮轮自航流场中的涡结构分析 被引量:1
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作者 马云鹏 王建华 万德成 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2023年第4期505-514,共10页
在船舶航时产生的流场中,涡结构是无处不在的。自2017年兴起的Liutex方法对流体的局部刚体旋转进行了详细阐释,其中包括局部旋转轴和旋转强度,据此,涡量可分解为刚体旋转和纯剪切,可从流体运动中提取出刚体的旋转部分。对于不同的研究对... 在船舶航时产生的流场中,涡结构是无处不在的。自2017年兴起的Liutex方法对流体的局部刚体旋转进行了详细阐释,其中包括局部旋转轴和旋转强度,据此,涡量可分解为刚体旋转和纯剪切,可从流体运动中提取出刚体的旋转部分。对于不同的研究对象,第三代涡识别方法Liutex无需调整阈值,此外,ΩR方法还可识别强度不同的涡结构;通过使用Liutex方法,可以较为准确地描述各种涡的重要特征量,如涡核中心、涡流边界及绝对强度等。该文通过使用不同的涡识别方法,分析了极地邮轮自航流场中船体、舵周围以及旋转螺旋桨所产生的涡结构。 展开更多
关键词 极地邮轮 船舶自航 船桨舵相互作用 涡结构 Liutex
原文传递
基于多相LBM和Liutex方法的三维气泡聚合过程涡场分析
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作者 程鹏鑫 张锦松 +5 位作者 黄潇立 桂南 杨星团 屠基元 姜胜耀 宫厚军 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2021年第6期765-771,共7页
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... 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。 展开更多
关键词 两相流 格子玻尔兹曼方法 涡识别方法 Liutex方法
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