低速下不同入口位置塔式曝气池气液两相数值模拟

为了研究不同入口下塔式曝气池气液两相流动规律,采用欧拉双流体模型耦合群体平衡模型（PBM,population balance model）,在对计算域网格及气相分布与实验验证的基础上,研究了四种距离曝气池底部中心不同位置处的入口对曝气池内气液两相流动的影响,探讨了气含率、气泡数密度、液相水平速度等流体动力学性质,以期为塔式曝气池设计提供指导和依据.研究结果表明:欧拉双流体模型耦合PBM的模拟结果优于单一气泡尺寸的欧拉双流体模型;曝气池内气含率、气相分布、旋涡强度、液相水平速度均受入口位置影响;当入口位置逐渐远离曝气池中心时,气相分布逐渐呈之字形,旋涡强度增大,气含率及气泡羽流周期则先增大后减小;入口位置对气泡数密度无明显影响,气泡数密度在气泡直径5.95 mm下分布最多.      

低速下不同入口位置塔式曝气池气液两相数值模拟

采用欧拉双流体模型藕合群体平衡模型( PBM , population balance model ),在对计算域网格及气相分布与实验验证的基础上,研究了四种距离曝气池底部中心不同位置处的人口对曝气池内气液两相流动的影响,探讨了气含率、气泡数密度、液相水平速度等流体动力学性质,以期为塔式曝气池设计提供指导和依据.研究发现:欧拉双流体模型藕合PBM的模拟结果优于单一气泡尺寸的欧拉双流体模型;曝气池内气含率、气相分布、旋涡强度、液相水平速度均受人口位置影响;当人口位置逐渐远离曝气池中心时,气相分布逐渐呈之字形,旋涡强度增大,气含率及气泡羽流周期则先增大后减小;人口位置对气泡数密度无明显影响,气泡数密度在气泡直径5.95mm下分布最多.     

基于CFD模拟通道底部渠流的研究

本文采用STAR-CCM+中三种不同网格离散化数据处理对通道底部障碍物稳定气流的动力学仿真分析,以通道底部障碍物为研究对象,结合流体速度分布流线图、壁面y+分布图、单元线积分卷积速度图以及x-y图等,采用CFD数值模拟方法分析了三种单元网格的数据结果.结果表明:六面体网格比四面体网格和切割体网格更高的网格精度和网格质量.研究结果对渠流底部障碍物液相特征优化设计提供了依据,可供工程实际检算和设计参考,能够对大型河道障碍物危害治理提供实践指导作用.     

三维气泡运动的数值模拟

文章基于VOF模型,借助FLUENT软件,对单个三维气泡在近自由面运动进行了数值模拟。采用了VOF的PLIC界面重构方法,追踪气泡运动过程中气泡表面的变化。监测了气泡上升速度变化以及气泡运动对自由液面的影响。通过对直径不同的气泡数值模拟,得出了气泡运动的一些基本规律。本文数值模拟结果与实验值对比分析,三维数值模拟数据与试验结果吻合较好。     

布置错位通道的微混合器内流体热混合特性

基于常规平面微混合器内流体混合特性的研究,对布置错位通道的微混合器进行了三维数值模拟,分析了指定Reynolds数范围内微通道内流体的热混合特性.计算模型采用有限体积法离散、SIMPLEC算法进行层流计算.结果表明,温度在指定范围变化时,其对混合性能的扰动作用较小.此外,由于错位通道结构所产生的漩涡在促进混合的同时降低了流体工质的温度.     

基于壁面射流的下击暴流非稳态风场大涡模拟

为研究边界层风洞中下击暴流大缩尺比试验的可行性,基于冲击射流和壁面射流模型,采用大涡模拟方法,分析了静止和移动下击暴流的风场特性;通过与Wood模型、Oseguera模型、Victory模型以及经典壁面射流实验对比,验证了采用冲击射流和壁面射流模型在模拟稳态下击暴流出流段的一致性和有效性;在壁面射流模型入口处引入3种速度函数,模拟了下击暴流非稳态风速时程. 研究结果表明:与冲击射流一样,无协同流壁面射流能够有效地模拟静止下击暴流的稳态出流段;当冲击射流平移速度为出流速度的15%时,其最大水平风速较静止冲击射流增大了15.8%;协同流速度为射流速度的19.2%时,其最大风速较无协同流壁面射流增大了16.9%,带协同流壁面射流能够有效地模拟移动下击暴流;提出的速度入口函数模型作为壁面射流入流条件,能够较为真实地模拟出Andrews AFB下击暴流非稳态风场.      

掺气分流墩三维流场数值模拟

采用RNGk-ε三维紊流模型和VOF方法,1:1几何建模,对柘林水电站左岸泄洪洞下游掺气分流墩的三维流场进行了数值模拟.在与原型观测试验对比验证的基础上,对该流场的流态、水面、流速分布和压强分布进行了分析.结果表明:流态模拟正确,水面、流速与原型观测结果均能较好吻合;联合作用下的流场,在三维涡体的形成、增强掺气效果和空化空蚀的防止等方面均明显优于无掺气分流墩的流场;三维涡体主要由两股入水主流与池内前部淹没水跃的水体相互摩擦形成;被抛向高空的水翅在下落入水时卷入大量空气,具有较深穿透力,使得波动坎及坎下区域充分掺气,从而破坏空化,防止空蚀.     

泡沫铝发泡过程的模拟研究

采用数值模拟描述气泡在铝熔体中的形成过程,并结合水模拟和铝熔体发泡实验,研究了不同空气参数及聚乙烯醇水溶液物性对浸没孔中气泡形成尺寸的影响.研究结果表明,当单个出气孔的入射空气流量(0.156~0.468 L/m in)与出气孔直径(0.2~0.3 mm)增大时,气泡尺寸从2.41 mm增大到3.2 mm;当出气头的锥角(0°~45°)和熔体黏度(3.57~10.25 mPa.s)增大时,气泡尺寸从2.38 mm减小到3.29 mm.另外,随着气泡长大,出气口处气液界面的接触角逐渐减小;出气头锥角越大,生成的气泡脱离时间越早.数值模拟获得的气泡尺寸与水模拟和铝熔体发泡实验得到的结果基本一致.     

泡沫铝发泡过程的模拟研究

采用数值模拟描述气泡在铝熔体中的形成过程,并结合水模拟和铝熔体发泡实验,研究了不同空气参数及聚乙烯醇水溶液物性对浸没孔中气泡形成尺寸的影响.研究结果表明,当单个出气孔的入射空气流量(0.156～0.468 L/min)与出气孔直径(0.2～0.3 mm)增大时,气泡尺寸从2.41 mm增大到3.2 mm;当出气头的锥角(0°～45°)和熔体黏度(3.57～10.25 mPa·s)增大时,气泡尺寸从2.38 mm减小到3.29 mm.另外,随着气泡长大,出气口处气液界面的接触角逐渐减小;出气头锥角越大,生成的气泡脱离时间越早.数值模拟获得的气泡尺寸与水模拟和铝熔体发泡实验得到的结果基本一致.     

笛卡尔坐标系下不可压N—S方程在方形通道中的奇点及其影响区域分析

在笛卡尔坐标系下,用来描述方形通道中不可压缩流动的N-S方程存在奇点．以方形通道中充分发展层流为研究对象,采用数值方法对动量方程的守恒性和奇点的影响区域进行了分析．数值结果表明：假定沿主流方向的压力梯度为常数时,求解简化的N-S方程而获得的主流方向的速度分布在横截面上的4个角点的附近区域内不满足动量方程;而采用连续性方程构造的压力修正方程的三维数值方法可以获得主流方向的压力梯度恒为常数,但速度分布在横截面上的4个角,最的附近区域内也不满足动量方程．得出奇点的影响区域主要集中在角点附近区域,在该区域的壁面上其影响较为显著．为了获得物理意义上的解,在数值计算中需要对奇点作一些特殊处理．     

Experimental study on the liquid slug of cryogenic slug flow in inclined tubes

An experimental study was carried out to understand the phenomena of the boiling flow of liquid nitrogen in inclined tubes with closed bottom by using a high speed motion analyzer.The experimental tubes are 0.018 and 0.014 m inner diameter(ID) and 1.0 m in length.The range of the inclination angle is 45°-90° from the horizontal.The experimental observation on the liquid slug was carried out along the tubes.Statistical method was employed to analyze the experimental data.The experiment analyzed the influences of the inclination angle and the tube diameter on the liquid slug length and velocity.The results show the liquid slug propagation velocity increases with the decrease of inclination angle θ.For all cases,the maximum values of the mean liquid slug lengths were obtained at θ = 60°.The mean liquid slug lengths were greater for large tube at higher tube position.These conclusions provide a basis for further study liquid slug of cryogenic two-phase undeveloped slug flow.     

水下悬浮隧道管段结构流阻特性分析

为探讨结构断面形状对悬浮隧道管段表面压力分布的影响,采用ANSYS流体模块RNG(renormalizationgroup)k-ε湍流模型,对圆形、多边形、曲边形和椭圆形4种断面的悬浮隧道管段海水绕流场进行了数值模拟,分析了绕流场及管段表面的压力分布特点.结果表明,同种断面悬浮隧道管段表面的压力分布规律相同,压力值随来流速度变化明显;管段曲率是影响绕流场的重要参数,海流在流线形断面上分离晚,表面压力下降较慢,降低了管段上的海流阻力.     

基于PIV试验的积雪平屋面风场特性研究

为研究屋盖积雪对低矮平屋面风场特性的干扰影响，基于风吹雪风洞试验，通过3D打印获得平屋面的3D积雪形态，并以无积雪模型作为对照，系统地开展了PIV (particle image velocimetry)风洞试验，并结合LES(large eddy simulation)方法，研究了6组平屋面建筑有无积雪时的流场分布特性.试验研究表明：当无积雪时，来流在屋面前缘处分离后能形成典型的分离泡流动，分离泡内速度场存在明显逆流现象；当有积雪时，屋面上方的逆流减弱甚至消失，积雪显著地加快了流经屋面附近流场的速度，其最大速度增量约为0.6，同时，流线分布更贴合模型壁面，速度梯度增大，也相对增大了涡量值；积雪会使得屋面上方整体的时均湍动能和切应力均减小，但对屋面迎风区域的平均和脉动风压均有增大作用，其增大比值约为15%和20%.通过该研究可进一步对低矮建筑的风雪荷载作用机理展开分析，为屋盖结构的抗风雪设计提供参考.     

Numerical simulation of viscous flow over a grooved surface by the lattice Boltzmann method

The motivation of this work is to investigate a grooved surface’s drag reduction. The viscous flow through a two-dimensional microchannel with the grooved surface is analyzed by the lattice Boltzmann method (LBM). The effects of the grooved surface on the streamline patterns, the velocity distributions near wall region and the fluid shear stress distributions on the walls at different Reynolds numbers are studied. In addition, the influences of the groove’s geometrical parameters on the grooved surface’s drag reduction are discussed. The numerical results confirm the grooved surface’s drag reduction and present the drag reduction law of the grooved surface.     

空间润滑装置高压雾化喷嘴的喷雾特性

为解决航天器在空间轨道运行时润滑失效的问题,将高压直射式雾化喷嘴应用到空间润滑领域,利用流体动力学软件CFD-ACE+2009,建立了直射式雾化喷嘴气液两相流模型,在此基础上,对润滑油喷雾流的生成过程进行数值模拟,并考察了喷嘴处液体流动速度及压力的分布情况.通过2种高粘度液体NYE 2001、Krytox 143AB与柴油的对比,分析了液体物理参数对液体内部压力传递及流速变化的影响.数值模拟结果表明:航空润滑油NYE 2001的高粘度严重阻碍入口压力的传递,当入口压力为15 MPa时,1 mm长的喷嘴末端压力下降到0.42 MPa,降幅达到97.2%;过高的液体粘度和过长的喷嘴,对液体喷雾流的形成产生不利影响.     

Pressure Distribution Characters of Flow Field around High-Speed Train

Based on incompressible viscous fluid Navier-Stokes equation and k-ε 2-equationsturbulent model, an investigation on 3D turbulent flow field around four kinds of train models has been made by finite element method. From the calculation, the pressure distribution characters of flow field around high-speed trains have been obtained. It is significant for strength design of the high-speed train body, for resisting wind design of the facilities beside the high-speed railways and for determining the aerodynamic force of induced air to the human body near the railways.     

宽顶堰流的边界元法计算

本文采用理想无旋流模型,用边界元法计算过宽顶堰的水流流动,得到 了流量系数、堰面压力分布、各种p/H的水面线以及内部流场等资料, 并将它们与实验资料进行比较,表明该计算方法可行。在能头和自由液 面位置均未知的情况下,本文提出了宽顶堰流的最小可能能头假设,解 决了同时调整能头和自由液面位置的困难。      

高速列车空调系统及车内流场分析

为检验高速列车空调系统设计的合理性,针对高速列车新风入口负压大、空调管路系统复杂、密封性好 的特点,建立了车厢内部与空调系统的整体模型.用有限体积法求解计算流体力学的控制微分方程,对整体流场 进行数值模拟,得到了风速、温度、湿度和CO2 体积浓度在客室内的分布,并用流场指标和热舒适性指标对客室 内的热舒适性进行了评价.结果表明:夏季列车以350km/h的速度行驶时,车厢内温度场分布比较均匀,CO2 体积浓度平均值为0.07%,满足不大于0.15%的舒适性要求;过道处风速高,导致有效温度差最大为-4.5C, 低于舒适指标标准值2.8C;送、回风方式是保证流场参数均匀分布及热舒适性的关键.      

贯流风扇内部流场流动特征及流速分布的研究

通过激光幕及激光多普勒流速计（ＬＤＶ）等先进实验手段,对目前家用、车用小型空调中所使用的贯风流风部流场进行了可视化及流速分布研究,得出了贯流风流内部流动随着叶轮片倾角及热交换器有无等条件变化而变化的规律。