切向单双入口旋流器油-水两相分离流场及特性研究

运用雷诺应力模型（RSM）及两相流 MIXTURE 混合模型和 SIMPLEC 算法对切向单、双入口旋流器内的流场进行模拟分析。采用作图法描述了锥段中间截面处的切向速度、径向速度、湍动能及湍能耗散率,使内部复杂旋流流场的分析得以简化。模拟结果表明：单入口旋流器内流场具有不对称性,呈现偏心结构,双入口旋流器流场具有较好的对称性;油-水分离时,切向双入口旋流器中的分离效率为96%,高于单入口旋流器的94%,但同时增大了能量消耗。实验测试结果显示：流量为3 m3/ h 时的实际分离效率为90%,与模拟结果的平均误差为5%,处理流量相同时,采用切向双入口旋流器更能提高分离效率。     

射流泵内压力分布研究

本文采用CFD模拟了射流泵中的流动情况,并对射流泵结构进行优化设计以抑制空化。采用不同湍流模型发现计算结果类似,雷诺应力模型相对来说与实验数据更为相符。随着流量比的增大,最低压力点位置由喷嘴出口平直段衔接处向喉部衔接处转移。随后本文对这两处位置进行优化,取消喷嘴出口平直段,采用渐缩喷嘴,模拟结果显示该方案能有效消除喷嘴处的静压低压区;对喉部衔接处进行光顺化处理能有效提高该处的最低静压值。本文的计算结果能为射流泵优化设计提供参考。     

植物不同排列方式对明渠水流影响的试验研究

对相同密度的植物在同一水流条件下采用标准、交错和等差三种不同排列方式进行水槽试验,分析了植物对水流的时均流速、紊动强度及雷诺应力的影响。结果表明三种排列情况下在植物区顶部h/hv（水深与植物淹没高度比）=1.0处,流速分布均呈现＂（＂形状,流速大小在植物区顶部出现反转;在植物区顶部的垂向紊动强度在数值上要明显小于纵向和横向紊动强度;在植物顶层附近雷诺应力达到最大值,从顶层往下,雷诺应力先急剧减小,在到达h/hv=0.6时再缓慢减小,到达槽底附近时标准排列和等差排列雷诺应力接近于0,出现最小值,而交错排列则在槽底附近出现极大值。     

不同湍流模型在螺旋桨敞水性能预报中的应用分析

为研究不同湍流模型在螺旋桨敞水性能预报中适用性,本文采用计算流体动力学(CFD)软件,结合雷诺平均纳威斯托克斯方程(RANS),应用Realizable k-ε模型、SST k-ω模型、雷诺应力方程模型(RSM)3种不同湍流模型对粘性流场中某集装箱船螺旋桨水动力性能进行计算与分析。比较3种不同湍流模型数值模拟结果与敞水试验结果,以分析不同湍流模型数值模拟结果在不同进速系数的特点。结果表明,3种湍流模型均适用于螺旋桨水动力性能计算,仅在不同进速系数区间存在不同特点。     

分离涡模拟在亚临界区风场圆柱绕流中的适用性研究

圆柱绕流问题一直是流体力学领域热门的研究对象,本文基于ANSYS Fluent软件,采用分离涡模拟(DES)的湍流模型,以连续性方程和N-S方程为控制方程,对亚临界区流动状态风场下的圆柱绕流问题进行了数值模拟。主要分析了圆柱阻力系数,Strouhal数,圆柱后绕流速度分布及涡量大小。计算结果表明DES湍流模型可有效描述流场的三维特性,与之前的实验和模拟结果吻合,验证了DES模型在亚临界区用于风场绕流问题的有效性。DES模型较于大涡模拟和雷诺平均法在计算效率和准确性上有一定优势。     

基于CFD方法的螺旋桨敞水数值实验研究

本文尝试用CFD方法预测螺旋桨敞水性能的可行性研究。运用流体动力学数值计算软件CFX,采用三维粘性不可压缩雷诺平均应力方程(RANS)和多种湍流模型,对一例螺旋桨进行了表面压力、流场速度分布等物理量的数值模拟以及推力系数、扭矩系数、推进效率等螺旋桨敞水性能指标的计算,并与已有拖曳水池实验图谱进行比较分析,总结出一定规律,同时比较分析了几种常用的湍流模型的计算结果。     

三角形沟槽表面流场的数值模拟

湍流阻力在流体运输、航空和航海等领域广泛存在,是管道、常规运输机、水上船只、潜艇和机翼等与粘性流体接触的工作部件的主要能耗来源.文章利用有限体积法对26种三角形仿生非光滑沟槽表面流场进行了数值计算.近壁面区采用B-L两层模型,外区采用雷诺应力模型.通过与油槽实验数据定性对比,验证了数值模拟沟槽非光滑表面减阻的精度及可靠性,为软件模拟非光滑壁面流场提供依据.同时还对7种压力梯度下沟槽表面流场进行模拟,研究了压力梯度对减阻效果的影响.     

压载水旋流预处理单元的优化设计与数值模拟

压载水管理公约 D2对压载水中颗粒物粒径范围及含量做出了明确规定。为满足此规定,水力旋流器逐步开始应用于船舶压载水处理系统中。为了提高水力旋流器的分离效率,通过改变水力旋流器的入口结构对水力旋流器进行优化,即将入口结构设计为阿基米德螺线形入口来增加流体转动速度,降低能量消耗,从而提高分离效率。应用 Fluent软件,结合雷诺应力模型（RSM）和混合多相流（Mixture）分析方法,对优化前、后的水力旋流器进行固-液两相流数值模拟。模拟内容包括水力旋流器内的速度分布、固相体积分数分布以及分离效率等。通过对比2种模型的模拟结果,说明优化的水力旋流器内部的流场速度以及分离效率均有一定的提高,达到了优化目的。     

kinoshita派生弯道水流三维数值模拟

本文采用雷诺方程和雷诺应力紊流模型相结合建立起弯道的三维数学模型,并结合shukry弯道实验结果对模型进行验证。利用此模型对kinoshita型非对称弯道进行模拟研究。结果表明:非对称型弯道的高流速区比对称型弯道更加辐聚,水流动力轴线更加的不顺滑,主流区在弯顶的顶冲作用更强;对称型弯道的断面环流强度不断衰减,而非对称型弯道则不同;随着偏斜度的增大,断面环流强度在弯道前半段不断减小,后半段则相反。     

明渠弯道水流三维数值模拟*

采用雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程组,其中动量方程的雷诺应力项用k-ω涡黏紊流模型求解,结合VOF方法跟踪自由水面,运用Fluent软件模拟了明渠180°弯道水流的三维特性。通过将数值模拟的水位结果与试验资料进行比较,表明数值模拟能够有效地预测弯道水面高度的变化范围以及水面横比降的主要影响范围;同时分析了弯道水流不同水深的平面流场和典型断面弯道环流分布。     

液／固旋流器分离性能的研究

利用Eulerian方法，结合RSM湍流模型，对旋流器内部的液／固多相流动进行了数值模拟，对分离效率与液相分流比和旋流器锥体高度、柱体高度之间的关系进行了系统的研究。在此基础上设计了用于室内实验的液／固旋流器，并进行了水／砂、油／砂分离实验，数值模拟结果与实验数据吻合很好，验证了数值模拟方法的正确性。实验研究了入口流速、油水比例和旋流器级数对旋流器分离效率的影响。此外，根据量纲分析得到了一定Re数范围内分离效率η与Stk数之间的函数关系。     

山区急弯放宽河段水流分离现象试验研究

文章在分析山区河流形态的基础上,概化出急弯放宽河段的基本平面形态参数,引入了弯道放宽率这个因素,并在前人对弯道水流分离现象研究的基础上,综合考虑了弯道放宽率、弯道中心角、相对弯道中心半径、弗汝德数等因素的影响,通过物理模型试验,对山区急弯放宽河段的水流分离现象的发生和分离区的大小进行了系统的试验研究。研究表明,在文章的试验范围内,总的来说弗汝德数和弯道中心角越大、相对弯道中心半径越小,水流就越容易出现分离,但对弯道凸岸分离区的出现起主要作用的是弯道放宽率,当弯道放宽率大于一定值时,都将发生水流分离现象,而与其他因素没有关系,并且当弯道放宽率较大时分离区也较大。     

水力旋流器油-水分离性能数值模拟

本文对两种不同入口型式的水力旋流器的流场进行了数值模拟,湍流模型采用雷诺应力模型,并结合油-水两相流MIXTURE混合模型进行分析,得出：单入口旋流器流场切向速度、轴向速度呈偏心分布,而切向双入口型式的旋流器流场分布对称性明显优于单入口型式;切向双入口旋流器在油-水两相分离时,油相浓度沿着径向方向变化率更大,且更易于向中心区汇聚,利于分离,分离效率要高于单入口旋流器;实验结果证明了模拟结果的正确性。     

渡船螺旋桨水动力性能的数值预报

采用计算流体力学（CFD）方法对某渡船螺旋桨的水动力性能进行数值预报.先用DTMB P5168桨验证数值模型和方法的准确性与可信性,数值计算其推力系数、力矩系数和敞水效率.整个计算域网格划分均采用全六面体形式,分别采用三种湍流模型进行计算.计算结果与实验的比较表明,SST模型和雷诺应力模型有近乎相同的计算精度,但SST模型的计算速度更快;推力系数误差最大5.8%,力矩系数误差最大为1.7%,敞水效率误差最大为4.3%.然后,将此方法运用到渡船螺旋桨,通过对渡船螺旋桨的网格灵敏度、尺度作用以及相关的流场分析,证明该方法能实现对螺旋桨敞水粘性流场的模拟,以及其敞水性能的预报.     

弯曲河道方形桥墩紊流宽度数值模拟

弯曲河道流态复杂,修建桥梁后桥墩对河道流场改变较大,对船舶航行安全非常不利。采用格子Boltzmann方法模拟桥墩三维紊流流场,并结合大涡模拟和运动边界处理方法,分析不同来流、弯曲半径等条件下的方形桥墩三维紊流宽度,由此建立了相对紊流宽度与弗劳德数之间耦合关系。利用上述成果,以四川新西林大桥为例进行验算,并与长江航道规划设计研究院的研究成果比较。结果发现,该方法得出的桥墩紊流宽度略大,但数值趋于合理。     

螺旋桨敞水性能计算及堵塞效应研究

根据螺旋桨的投影原理以及其几何参数,用三维建模软件 CATIA 建立三维螺旋桨数值模型。根据计算流体动力学（CFD）原理,使用流体动力学软件 Fluent 对螺旋桨数值模型进行分析计算。采用 RANS 方法结合RSM 湍流模型求解螺旋桨三维粘性流场,计算域的离散采用非结构网格方法,运用相对旋转坐标方法（MRF）来模拟螺旋桨的运动,以此求出该螺旋桨在常态以及堵塞效应下的流场特性,并将螺旋桨的数值计算结果与试验结果进行对比以确定该方法的适用性。最后研究堵塞效应的相关性质并将螺旋桨普通敞水性能与螺旋桨在堵塞效应下的敞水性能进行对比,得出堵塞效应对螺旋桨敞水性能的影响。     

超临界雷诺数下桥墩紊流宽度的计算方法

桥墩紊流宽度的计算与水流雷诺数的范围关系较大,将影响到计算成果的合理性。结合山区河流超临界雷诺数条件,采用格子Boltzmann方法模拟桥墩三维紊流流场,并结合大涡模拟和运动边界处理方法,分析不同来流、河形等条件下的桥墩三维紊流宽度,由此建立了顺直河道和弯曲河道中圆型桥墩相对紊流宽度与弗劳德数之间的耦合关系。该研究成果通过四川邓家坝大桥航宽验算,与经验法及祖小勇算法比较,发现该方法得出的桥墩紊流宽度略小、其数值趋于合理。     

机翼翼端与固壁之间隙流动的数值模拟

本文通过求解不可压缩流体RANS方程,对机翼翼端与固壁间隙流动进行了数值模拟。计算采用Chiorin提出的人工可压缩性方法及Baldwin-Lomax零方程湍流模式。针对间隙流动的特殊性,引进了流场分块的思想以降低网络生成难度、提高网络质量。为了验证计算方法的精度,首先对三维叶栅与固壁之间隙流动进行了数值模拟,计算结果与试验比较吻合良好。在此基础上,对高雷诺数下机翼翼端与固壁间隙的流流动进行了数值模拟,着重是隙的变化对机翼总力的影响、翼端分离涡的形成和发展以及导边附近马蹄涡的出现和消失、间隙内二次流动的特征待方面进行了分析。     

Three-dimensional numerical investigation of the separation process in a vortex tube at different operating conditions

Air separators provide safe, clean, and appropriate air flow to engines and are widely used in vehicles with large engines such as ships and submarines. In this operational study, the separation process inside a Ranque–Hilsch vortex tube cleaning (cooling) system is investigated to analyze the impact of the operating gas type on the vortex tube performance; the operating gases used are air, nitrogen, oxygen, carbon dioxide and nitrogen dioxide. The computational fluid dynamic model used is equipped with a three-dimensional structure, and the steady-state condition is applied during computations. The standard k–ε turbulence model is employed to resolve nonlinear flow equations, and various key parameters, such as hot and cold exhaust thermal drops, and power separation rates, are described numerically. The results show that nitrogen dioxide creates the greatest separation power out of all gases tested, and the numerical results are validated by good agreement with available experimental data. In addition, a comparison is made between the use of two different boundary conditions, the pressure-far-field and the pressure-outlet, when analyzing complex turbulent flows inside the air separators. Results present a comprehensive and practical solution for use in future numerical studies.