自由表面旋涡数值模拟与涡、汇模型理论分析

为研究吸气旋涡的产生机理,并进行相应的理论分析,将水利和水工设备进水口前常见的自由表面旋涡现象简化为盆池自由放水模型,采用“流体体积”(VOF)方法结合RNG k-ε湍流模型模拟自由表面旋涡现象．通过数值模拟获得自由液面从纯水涡到吸气旋涡的生成与演化过程,将计算结果与理论Burgers涡模型进行对比,发现Burgers涡模型的切向速度分布方程与计算结果相符,涡量向中心聚集是导致自由液面发生凹陷并最终产生吸气旋涡现象的原因之一,同时发现Burgers涡的径向速度和轴向速度分布方程与计算结果相比存在很大差异．进一步简化模型后,剔除切向速度影响,模拟了无旋流体的排水过程．通过理论推导在球坐标系下提出“汇球面”模型,获得了较好的速度分布方程,并发现“汇”效应也是产生吸气旋涡现象的重要因素之一．     

西南低涡背景下秦巴山区强降水特征

根据2001—2015年秦巴山区由西南低涡导致的强降水个例,采用统计方法、天气学方法、数值模拟等,对影响秦巴山区西南低涡过程进行统计,找出西南低涡的移动、发展与汉中强降水之间的关系,通过数值模拟对2011年8月3—5日陕南区域性暴雨过程进行了分析。结果表明,西南低涡背景下秦巴山区的强降水主要出现在6—9月,占暴雨总发生次数的17%,陕南南部是西南低涡影响频次最高的区域;数值模拟表明,暴雨是在西南低涡及低空西南急流的直接作用下发生发展,低涡和急流的维持为降水中心的低层辐合及与之伴随的上升气流的发展提供了有利条件,低层辐合、高层辐散和正涡度的作用使西南低涡有增强作用。     

离心泵内双龙卷风式分离涡数值分析

为探究弯管式离心泵的内流不稳定特性,基于雷诺时均模型和旋涡判别Q准则,对离心泵设计工况下的旋涡流动进行仿真研究。基于数值计算结果,获得了叶片吸力面的拓扑结构,捕捉到驻扎于叶片上的驻脚和游离于叶轮上游的低压泡,两者共同构成了双龙卷风式分离涡。导出其基本形成机理:吸入室中的弯管流动和消旋板绕流构成了进口畸变流,包含反向涡对和低压回流。畸变流迫使进口冲角增大,吸力面发生流动分离并伴有旋涡脱落,脱落涡在回流作用下向叶轮上游运动,逐渐发展成为独立的集中分离涡,连接叶轮上游壁面与叶片吸力面。嵌入完全空化模型,证实设计工况下龙卷风式分离涡存在涡生空化特性,可能增加离心泵运行噪声。     

前置导叶对轴流泵马鞍区工况回流涡特性的影响

基于RANS方程和SST k-ω湍流模型,对带前置导叶轴流泵进行三维非定常计算,研究了"马鞍区"工况进水流道回流涡的特性以及前置导叶对回流涡结构及压力脉动的影响,揭示了前置导叶提高轴流泵"马鞍区"工况扬程的机理。结果表明,小流量工况,轴流泵进水流道内形成大范围螺旋形回流,其与主流的剪切作用导致回流涡的产生,引起大量低频压力脉动,并造成能量损失,致使泵扬程下降,出现马鞍形;增设前置导叶可打破连续的回流涡,降低低频压力脉动幅值,提高轴流泵运行稳定性;同时,前置导叶可提高轴流泵扬程,消除扬程曲线马鞍形,且随着前置导叶位置不断靠近叶轮进口,泵扬程提高幅值不断增大;最后,前置导叶调角可进一步提高轴流泵扬程。     

基于漩涡振荡茎尖生长点转化法的Lyz-GFP双元基因在‘陇东苜蓿’中的转化和表达

以‘陇东苜蓿’茎尖生长点为受体材料,利用农杆菌介导法并结合漩涡振荡,将双元基因溶菌酶(Lyz)与绿色荧光蛋白(GFP)导入其中,并对转化过程中的干扰因素和适宜条件进行了研究.结果表明:70mg/L的卡那霉素对陇东苜蓿转化植株的生长具有抑制效应;250mg/L头孢霉素能够有效地抑制农杆菌LBA4404的生长;‘陇东苜蓿’茎尖生长点经携有pBI121-Lyz-GFP的农杆菌LBA4404(D600值0.5～0.6)漩涡振荡侵染30min,培养4～5d后,转化材料生长良好,其转化率为24.47%.试验成功获得了含有该双元基因的‘陇东苜蓿’转基因植株,通过荧光检测和PCR扩增分析,转化植株有较强的荧光表达和GFP基因片段.     

蒙古冷涡影响下的兰州连续强对流天气

利用常规气象观测资料、环流再分析资料,采用天气动力学诊断方法和强天气分析技术,对兰州市2015年7月连续11 d的强对流天气成因进行分析,针对致灾最重的7月13日雹暴天气进行大尺度环流背景、物理量场及中尺度分析;同时,将2013年8月连续5 d的强对流天气与2015年7月连续11 d的强对流天气进行天气实况、环流形势的对比分析。结果表明,夏季500 h Pa高空蒙古冷涡与新疆至青海一带的大陆高压相配合,使兰州地区处于冷涡西南部的西北气流控制下,从冷涡底部不断分裂下滑的冷槽,中高层冷槽和低层暖温度脊的上下叠置,有利于对流不稳定的建立和发展,极易造成兰州地区午后强对流天气。蒙古冷涡的位置及强度,决定了兰州地区连续性强对流天气的持续日数、对流性天气的强度及影响范围。     

湍流模型在泵站进水池漩涡模拟中的适用性研究

泵站进水池表面漩涡、附底漩涡和附壁漩涡是影响水泵装置稳定运行的重要因素,为研究不同湍流模型在进水池漩涡模拟中的适用性,分别采用标准κ-ε模型、RNGκ-ε模型和Realizable κ-ε模型3种湍流模型对进水池流场进行了数值计算,得到了进水池内漩涡位置及强度信息,并与试验进行了对比分析.结果表明,Realizable κ-ε模型对进水池表面涡、附底涡和附壁涡的位置和形状预测比较准确,对漩涡的切线速度和环量的预测也与试验值更为接近.为泵站进水池的水力设计与结构优化具有指导作用.     

旋涡自吸泵流致噪声模拟及降噪

以比转数为15.9的旋涡自吸泵为研究对象,结合CFX和LMS Virtual Lab中的Acoustic Harmonic BEM模块对旋涡自吸泵内流压力脉动和流致噪声进行仿真研究,旨在降噪优化.首先采用RNG k-ε湍流模型对旋涡自吸泵0.4Q_d,0.6Q_d,Q_d这3个工况下的内部流场分别进行定常、非定常求解,捕捉蜗壳壁面以及进出口管道壁面的压力脉动数据,并以cgns文件导入Acoustic Harmonic BEM模块进行声场计算,求解旋涡自吸泵内部的声压级大小及其分布特性.结合内流压力脉动与声场计算结果综合分析可得:蜗壳隔舌与叶轮的间隙内的压力脉动是产生流致噪声的主要因素.为了降低旋涡自吸泵内部流致噪声,借鉴涡轮叶片锯齿尾缘结构,优化叶片以降低间隙内流压力脉动.通过流场和声场的数值模拟的对比分析发现:优化泵隔舌间隙处压力脉动幅度在设计工况下最大降低20.0%,在小流量工况下最大降低26.6%;较之原模型,设计工况下改进型泵进、出口管道监测点的声压级分别降低1.01,1.03 dB;小流量工况下,进、出口管道声压级最大幅值分别降低8.57,2.65 dB.     

轴流风叶降噪机理及优化分析

为了降低轴流风叶的气动噪声,提高轴流风叶及其系统的气动性能,探究轴流风叶气动噪声产生的根本原因和内流场降噪的机理,寻找一种较为有效的降噪方案,以一款空调用轴流风叶为模型,针对风叶尾缘处进行结构参数化设计,提出了3种轴流风叶尾缘优化方案,并对各方案的内流场进行数值模拟分析,同时引用BVF(边界涡量流)诊断方法对仿真结果进行对比分析,最后通过试验进行验证,探究了轴流风叶涡流噪声的产生机理和有效解决涡流噪声的降噪方案。结果表明:边界涡量流诊断技术可用于分析诊断产生涡流的根源,通过涡量变化及内流场分布差异探究内部复杂流动机理是一种可行的仿真方案;风叶尾缘的旋涡流是产生涡流噪声的根本原因,通过减少叶尾涡流的尾缘锯齿方案能有效降低轴流风叶涡流噪声;提出了尾缘降噪的结构尺寸设计参考,为后续气动噪声的降噪研究提供一定的参考依据。     

基于CFD模拟的浓缩风能装置结构优化设计

浓缩风能装置的结构直接影响浓缩风能型风电机组的性能。在该文中,采用计算流体力学软件对浓缩风能装置进行结构优化。优化方案是在原模型扩散管后增加一段锥形管,并分析锥形管的母线长度d及偏转角β对浓缩性能的影响。分析结果表明,锥形管母线长度为0.4D(D为中央圆筒直径),偏转角为50°时的优化模型为较优模型。浓缩风能装置优化模型的浓缩性能由锥形管后方的漩涡和锥形管内壁面上的流动分离决定。漩涡的存在使浓缩风能装置优化模型的浓缩性能优于原模型。流动分离会使浓缩性能降低。使浓缩风能装置得到优化的最佳状态是锥形管后方出现一个强烈的漩涡,同时锥形管内壁面附近不出现强度较大的流动分离。