热敏感流体空化数值模拟及流动特性分析

为描述和捕捉热敏感流体空化的流动特性,文中对Zwart-Gerber-Belamri(ZGB)空化模型进行了热力学修正.通过将ZGB模型与修正的ZGB空化模型对液氮绕二维水翼空化流动的模拟结果与Hord的试验数据进行对比. 结果表明:修正的ZGB空化模型对于热敏空化流动的模拟结果与试验数据更加吻合,特别是能够较好的预测水翼表面温度和压力的分布. 采用修正的ZGB空化模型对氟化酮绕NACA 0015三维水翼的空化流动进行研究,并将空腔脱落的演化过程与Kelly的试验数据进行对比,模拟结果可以合理预测到试验过程中三维水翼附近空腔的脱落及其演化过程,进一步证明了修正的ZGB空化模型对于不同热敏流体的适用性.最后,对热敏流体空化周期性脱落的动态特征进行了识别和分析.结果表明:Ω的等值面与脱落的空腔形状相似,这表明脱落的空腔区域中呈现大规模的旋涡运动.空腔的生长脱落使水翼壁面产生明显的温降,B因子能够有效的预测腔内温降.     

进水池表面吸气涡数值模拟与试验

为了有效地消除表面吸气涡,对进水池内流场进行了数值计算,模拟了表面涡吸气的动态过程;建立了试验模型,验证CFD方法的可靠性;并提出了圆形盖板消涡装置,探求其有效性;采用了螺旋度密度分析法,揭示了表面涡的吸气及其抑制机理。结果显示:采用的CFD方法可以较好地预测表面吸气涡的动态过程;吸气准备阶段,自由水面出现凹陷,喇叭管进口附近形成螺旋度密度管;随着气体从自由水面进入水体,自由水面下方形成另一螺旋度密度管;当连续气柱形成时,两个螺旋度密度管相互连通,形成气体通道;通过在自由水面和喇叭管进口之间放置一定尺寸的圆形盖板装置,可以消除表面吸气涡。     

圆柱镂空型人工鱼礁波流水动力特性数值模拟

研究人工鱼礁在波流作用下的水动力特性,对于人工鱼礁的设计具有重要的意义。基于有限体积法,采用边界造波,利用自由表面捕捉法(VOF)捕捉自由水面,建立了可以分别模拟纯波、均匀流以及波流共同作用下人工鱼礁水动力特性的多功能三维数值波流水槽。基于该数值模型对不同波流工况作用下圆柱型镂空人工鱼礁水动力特性进行数值模拟,并与物理模型试验结果进行比较。结果显示,人工鱼礁数值模拟受力与模型试验结果吻合良好,人工鱼礁所受的波流力最大值随着波高、周期和水流流速的增大而增大;人工鱼礁处于波流场波峰正下方时,背涡流的面积随着水流流速的增大而增大,随着波高、周期增大而减小。对单独均匀流作用、单独波浪作用和波流联合作用下人工鱼礁的水动力特性对比研究表明,人工鱼礁所受的最大波流力比最大波浪力、水流力都大,波流联合作用下的流场效应最显著,在礁体的后部形成了较大规模的漩涡结构。     

多因子问诊1998年和2016年松花江流域夏季降水

为了分析强El nino 衰减年（1998 年和2016 年）松花江流域夏季降水异常成因，提高松花江流域夏季降水预测能力。采用松花江流域97 站逐日降水资料，NCEP/NCAR再分析资料等资料，通过合成分析、相关分析等多种物理诊断方法分析1998 年和2016 年夏季降水异常成因。结果表明：仅仅依靠强El nino 事件的结束时间和强度还不能确定松花江流域夏季降水变化，还需要考虑中高纬环流及其大气内部的自身演变过程，例如东北冷涡的强度和发生时间，欧亚中高纬环流阻高的变化。需要综合考虑海温、副热带系统和中高纬环流系统的异常变化给松花江流域夏季降水带来的影响，从多因子角度诊断和预测松花江流域夏季降水，从而提升预测水平，为气象防灾减灾和农业生产服务提供决策依据。     

不同叶顶间隙下斜流泵内部 流动特性的数值模拟

为研究轮缘叶顶间隙对斜流泵性能和流动不稳定特性的影响,基于SST k-ω湍流模型对某斜流泵选取了0, 0.25, 1.00, 2.00 mm 4种尺寸的叶顶间隙进行数值计算,分析间隙区域内压差分布、泄漏量、叶顶泄漏涡旋强度以及进口轴面速度分布.结果表明:不同运行工况下,斜流泵泄漏量从叶轮进口到叶轮出口先增大后减小,其与间隙区内压差变化趋势相吻合.叶顶泄漏量随着间隙尺寸的增大而增大,导致泵的能量损失增大.经对比发现,间隙尺寸是影响叶顶泄漏量的主要因素.小流量工况下,随着叶顶间隙尺寸的增大,叶顶泄漏流与主流卷吸作用形成的泄漏涡强度逐渐增强.部分泄漏流进入相邻叶片通道,导致其流动失稳.随着叶顶间隙的增大,斜流泵能量损失明显增多,且内流不稳定性明显加剧.增大流量后,不同间隙下叶顶泄漏涡旋转强度均逐渐降低.     

脱涡致振式压电风力发电机性能分析与试验

为满足农业遥感监测系统的供电需求，减少化学电池对水和土壤的污染，提出一种脱涡致振式压电风力发电机，并从理论和试验两方面进行了研究。建立了脱涡致振式压电风力发电机的理论模型，通过仿真分析研究迎风角、压电振子长度及风速对压电振子变形量的影响，并对发电机样机进行了测试试验。结果表明，不同风速下均存在两个最佳迎风角，使发电机输出电压较大，压电振子长度为60、78mm，风速为7.6、11.6、12.4m/s时的两个最佳迎风角分别为(35°,135°)、(45°,125°)、(50°,120°)和(35°,120°)、(40°,115°)、(45°,110°)。当迎风角为120°时，存在最佳风速，使发电机输出电压达到最大；随着压电振子长度的增加，最佳风速由12.4m/s降低到8.4m/s，其对应的最大输出电压由16.6V增加为16.8V。当外接电阻为150kΩ、迎风角为30°时，试验测得最大输出功率为1mW。研究表明，根据实际风速确定合理的迎风角及压电振子长度可提高发电机的发电能力。     

旋流泵菜籽-水两相流浓度特性实验与流场数值模拟

为探索旋流泵固液两相流内部流场及变浓度输送特性,分析了旋流泵固液两相流动基本原理及其特点。在32WB8-12型样机上完成输送清水及菜籽体积分数CV分别为6%、10%的外特性实验,得出泵流量-扬程、流量-轴功率、流量-效率和流量-临界汽蚀余量性能曲线。采用Mixture多相流模型及RNG k-ε湍流模型,对旋流泵在清水最优工况流量qv=9. 31 m~3/h下输送菜籽固液两相流流场进行了数值模拟,求解采用SIMPLE算法,得到3个轴面静压、速度矢量和固粒体积分数分布图。通过对比分析,数值模拟准确性得到了验证。综合分析了泵外特性变化与内部流场之间的定性因果关系,并提出了两相流泵优化设计改进措施。     

制动工况下液力偶合器流场湍流模型分析与验证

合理选择湍流模型是获取准确和可靠数值模拟结果的关键。该文采用3种湍流模型(标准k-ε模型、分离涡模型、大涡模拟模型)仿真制动工况下方形腔液力偶合器流场,提取流速场和涡量场。基于粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术测量液力偶合器制动工况下流场,将数值模拟结果与PIV试验结果进行对比,以PIV试验测量结果作为评价基准,分析采用3种湍流模型计算流场结果的差异性,完成湍流模型的适用性分析。结果表明,标准k-ε模型仿真结果与PIV试验结果误差较大;采用大涡模拟模型模拟主流区域流场结构分布更加真实,仿真结果能够较好地解释主流区域多尺度涡旋运动规律和能量耗散机理;采用分离涡模型能够更准确地捕捉近壁面和角涡区高梯度流场结构分布。研究结果可为液力偶合器流场精确计算与性能预测提供参考。     

常州市夏季强对流天气过程对比分析

2009年6月4和5日常州市的2次强对流天气过程是由同一东北冷涡后部冷空气南下造成的,但2次产生的天气实况差异较大。利用1°×1°NCEP/NCAR再分析资料、常规气象资料、自动站资料和多普勒雷达资料,对这2次天气过程的环流形势、热力和动力条件等进行了对比分析。结果表明,在同一东北冷涡天气背景下,由于中低层温湿场配置不同、中低层系统不同、能量上的差异等,导致常州市天气不同;强对流天气与θse高能区和不稳定区、K指数场的高值区、地面中尺度辐合线或中尺度气旋、强上升运动、较好的散度场配置、比湿场的大值区及风速风向的较强垂直切变有较好的对应关系。     

冷涡影响下的两次对流天气对比分析

对2010年7月16日和2011年7月15日两次冷涡位置相似,造成的天气不尽相同的冷涡天气过程,从环流背景、物理量场、卫星云图进行了分析,结果表明：高空冷涡和低层中尺度切变是主要影响系统;由于中低层温度场配置不同、低层切变位置不同、导致天气不同;强对流天气与SI指数的负值区、K指数大值区及CAPE的高值区有较好的对应关系;卫星云图上是一个边缘整齐光滑的对流积雨云团。