基于LES的泵站前池表面涡及液下涡流瞬态特性分析

泵站前池或泵站进水池是泵进口前的过流部件,在不同工况的流动中存在多种旋涡,可分为自由表面涡和液下涡,这些高度不稳定的旋涡是影响水泵装置运行效率及稳定性的重要因素。为了研究泵站进水池的内部涡流,采用大涡模拟(LES)及流体体积函数(VOF)方法对泵站进水池中的三维非稳态流动进行了非定常数值计算,并进行了系统的验证。基于数值计算结果,统计了旋涡的时均特性,讨论了RANS方法和LES方法对涡流预测的区别;采用λ2等值面将旋涡结构可视化,观测到自由表面涡及附底涡周围环绕的二次涡结构;分析了不同时刻表面涡及附底涡的形态和瞬态特性,通过涡量方程得到了对流项及拉升、弯曲项对主涡涡量变化的影响。结果表明:二次涡与主涡的相互作用在一定程度上增强了主涡动量的向外耗散,并通过自旋引起主涡轴向拉升或者弯曲。

吸水口上自由表面旋涡的LES-LBM模拟

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.

煤粉炉内扩散火焰关于大尺度涡的“砂轮”效应初探

以 1 1 0 MW、四角切向喷射的煤粉动力锅炉为对象 ,借助CFX4 .2软件 ,在α-2 50工作站对该型锅炉的燃烧过程开展了数据模拟研究 .研究发现 :在该型炉膛内存在某种由准强制涡和准自由涡所组成的涡结构 ,这些涡均属于大尺度涡 (非亚格子涡 ) ;在这些准强制涡和准自由涡即大尺度涡之间以及某些涡与固壁或涡与喷射气流之间因扩散燃烧及强剪切而导致局部火焰增强现象即所谓“砂轮”效应 .从 Zeldovich转换和广义Reynolds比拟及粘性耗散的角度 。

声激励对圆射流流场结构控制的大涡模拟

为研究声激励对圆射流流场结构的控制作用,采用大涡模拟方法计算相锁定全局声激励下的圆射流(Re=2 020)流场.计算得出的未加激励时射流的优势频率与实验符合得很好.从多角度描述声激励对射流速度场和涡量场的影响,分析流场对声激励响应的频率选择特性.通过速度场的平均值、均方根值,概率密度函数,偏度,峰度,以及动量厚度的分布,显示声激励引起速度场和混合特性的改变.涡量和Q准则揭示流场拟序结构的演化,发现激励控制流场的主导涡结构是希尔球涡.研究表明,声激励是流场控制非常准确和有效的手段,当激励频率在优势频率附近时影响尤其明显,很小的能量输入便可以引起流场结构的显著改变.

变水头流量标准装置水柜产生漩涡的数值模拟与分析

目前一般使用静态容积检定流量仪表,但这种方法建立在定常流动的基础上而且存在测量结果不确定等局限。为研究自由表面漩涡生成与演化过程对变水头标准装置的不确定度影响情况,采用流体体积法结合大涡模拟法,在Ansys+Workbench+FLUENT数值仿真软件平台环境下再现了自由表面漩涡发展过程的典型流态,并根据其特点选取4个典型阶段,并对其中B型和D型的径向速度、切向速度及轴向速度沿水柜半径方向的变化情况进行重点分析。最终得出涡量向涡核中心集聚导致水柜产生漩涡现象以及当水位下降到水柜高度的21.4%左右时自由液面开始出现下凹现象。

自由射流涡环的形成演化及空化现象

自由射流在淹没状态下产生涡环是流体力学中的常见现象,在高雷诺数时涡环的涡核区域会产生空化现象。通过大涡模拟方法进行数值模拟,研究了两种典型雷诺数下涡环的形成与演化过程,结果表明:雷诺数Re=3000时,涡核区域没有空化现象产生,此时涡环为纯液相涡环;雷诺数Re=160000时,在涡环的涡核区域产生了空化现象,此时涡环为气液两相涡环;通过分析流场的压力分布和蒸汽体积分数分布,找到了涡环发生空化现象的空化压力。

带副翼偏转的三角翼自由滚转运动数值模拟

通过耦合求解非定常Euler/Navier-Stokes方程和单自由度滚转运动方程,对带副翼偏转的65°后掠角尖前缘三角翼WI1-SLE自由滚转运动进行了研究,Navier-Stokes方程的求解采用基于Spalart-Allmaras湍流模型的脱体涡模拟(DES)。在多块结构网格上,应用基于弧长的无限插值理论(TFI)生成变形网格,实现副翼偏转,而三角翼的滚转运动则通过网格的整体旋转实现。结果表明:Euler方程和DES方法均准确地模拟出了三角翼在滚转运动过程中存在的3个平衡位置。出现平衡位置的原因分别是:①流动对称性;②机翼左侧发生涡破裂的分离涡与右侧分离涡相互平衡使得滚转力矩为0,并且平衡位置仅与三角翼两侧涡强的差有关;③副翼偏转和左右机翼不对称分离涡涡强差产生的滚转力矩相互平衡。此外,滚转运动对副翼偏角幅值很敏感,幅值的微小改变会影响最终的平衡位置和向平衡位置运动的路径。