串联双弯头气固两相冲蚀数值研究

流体中携带的固体颗粒对弯头等部件产生极大的损伤。大多数研究都集中在单个弯头的冲蚀,而串联弯头的冲蚀行为更为复杂。为此建立一个串联双弯头CFD(computational fluid dynamics)数值模型,利用该模型研究颗粒直径、流速、弯头之间的连接长度以及曲率半径对两个串联弯头冲蚀行为的影响。结果表明:弯头1的冲蚀行为与单个弯头的情况类似;大尺寸颗粒在弯头1处造成的冲蚀更严重,在弯头2处造成的冲蚀反而较小;当气体速度较低时,颗粒二次碰撞无法造成较大的冲蚀损伤,V形冲蚀形貌并不明显;随着连接管长度增加,有更多颗粒以滑动摩擦方式通过弯头2,弯头2的冲蚀速率会随之降低;随着曲率半径增大,V形冲蚀形貌逐渐演变为闭合环。

高大空间分层空调室内气流的数值模拟

分层空调是高大空间建筑典型的气流组织方式。本文利用计算流体力学(即CFD)方法对一个典型装有分层空调的高大厂房房间内的三维气流进行了数值模拟。其中,使用标准k -ε模型, 运用SIMPLE 算法进行离散。预测了房间内的速度场、温度场,表明CFD 模拟可以为分层空调系统的节能和设计提供依据。

刷式密封泄漏流动特性数值模拟

将刷式密封区域视为多孔介质,建立刷式密封CFD数值分析模型;结合FLUENT软件,通过求解Non-Darcian多孔介质模型的能量方程和(RANS)完全雷诺平均方程的方法,对影响刷式密封泄漏流动规律的一些物理量,比如刷式密封栅栏高度、间隙大小、压比和刷丝束宽度等进行了相关模拟研究;推导并验证了文中所应用的多孔介质阻尼系数。结果表明:在相同压比情况下,栅栏高度越低,泄漏量越大。刷式密封泄漏量会伴随压比变化呈线性变化。对于相同的栅栏高度,随着压比的增加,泄漏量均呈直线上升。

融合式叶尖结构变化对风力机叶尖区域流场及噪声场的影响研究

针对模型尺寸风力机提出不同折角的融合叶尖结构形式,为了探索其叶尖区域流场和噪声场的影响,采用混合网格布局的CFD数值计算方法,利用LES模型和FW-H声学类比算法对不同尾迹中紧密相关的流场和噪声场的演化规律进行分析。结果表明:由于受到融合式叶尖结构的影响,叶尖涡的产生位置较原始设计叶轮条件下均明显向X轴负向移动,且叶尖涡影响的流场高梯度区域的范围呈逐渐缩小。又由于不同叶尖结构叶轮随折角的变化,造成叶尖涡向径向外移动,所对应的基频声压级值局部峰值位置也发生规律性外移。同时,具有融合式叶尖结构的叶轮的尾迹监测点处的基频声压级较原始叶轮对应声压级均有所降低,表明该融合式叶尖结构能影响叶尖涡的形成位置和强度,且具有一定的降噪性能。此外,因为该验证测试的风洞为非声学风洞,以及实测声压值是基于时域响应的平均值,而模型计算中采用尾迹流场对应的瞬态值,所以计算值和实验值偏差较大,但其呈现的频谱变化趋势一致,说明该研究能为设计高效低噪的小型水平轴风力机提供理论参考。

热防护系统损伤容限分析

建立了含初始矩形损伤的热防护系统(Thermal protection system,TPS)气动热分析的CFD数值模型,分析结果表明损伤区域侧壁出现了很高的热流密度峰值,并且迎风面侧壁峰值高于背风面,而损伤区域底部热流密度却很低。利用分析获得的热流密度建立了含损伤和无损伤TPS的有限元传热分析模型。分析结果表明:损伤的存在导致防热瓦最高温度急剧上升,超过其材料能承受的极限温度(1 500℃),防热瓦首先失效,而损伤对机体最高温度影响较小。最后进行了TPS损伤容限分析,在防热瓦极限温度约束下,外部热流密度最大值从100kW/m2增加到140kW/m2,矩形损伤宽度最大容许值从22.7mm减小到12.6mm,而弧形损伤宽度最大容许值从34.6mm减小到25.1mm,即随着外部热流密度最大值增加,损伤宽度的最大容许值降低,并且相同外部热流密度水平下弧形损伤宽度的最大容许值大于矩形损伤。