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.     

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。     

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。     

缸内直喷汽油机旋流喷射喷雾特性影响因素的分析研究

为了研究影响缸内直喷汽油机高压旋流喷嘴喷雾特性的因素,对高压旋流喷射初始阶段运动进行了理论分析研究,确定了影响初始喷雾旋流体运动的无量纲参数。通过试验改变空心旋流体内外压差、初始旋流强度、旋流体油膜厚度,发现喷雾特性呈不同的变化趋势。随着旋流体内外压力差的增大,喷雾锥角明显减小而贯穿度变化不大;旋流强度增加,喷雾贯穿距离明显增加,而喷雾锥角变化不大;增加旋流体初始厚度,可以使喷雾在自由空间中外形尺寸增加。     

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.     

螺旋弯管内流动与传热特性的数值模拟

针对螺旋弯管内的流动与传热特性,以螺旋弯管传热试验中试验件模型为研究对象,基于Realizable k-ε湍流模型、第一类热边界条件下的薄壁热阻模型,对不同进口来流条件下,采用Fluent对螺旋弯管内水的流动与换热进行数值模拟.计算得到了螺旋弯管内速度场与温度场的分布,通过数值模拟结果与试验结果的比较,验证了数值模拟方法的正确性.结果表明:随着进口来流雷诺数的增大,螺旋弯管内的二次流迪恩涡核心向弯管管壁扩张;在螺旋弯管小曲率比、来流雷诺数2 280~6 000内,螺旋弯管的强化换热综合性能最佳;对模拟结果数据利用多元线性回归法,推导出螺旋弯管内换热努赛尔数、进出口压力降的准则关系式.研究结果可为螺旋管式换热器设计与优化提供一定的参考依据.     

利用振动特性诊断流程泵的运行工况

用所建立的用于描述振动强度的范数说明了泵在偏离原设计工况运行时会导致泵轴向力和径向力的增大。将流程泵叶轮叶片和压水室的隔舌看作旋涡发生体，在不同运行工况下在叶片后缘以及隔舌两侧串联发生的卡门涡街的发射频率是不同的。采用加速度传感器采集的振动信号正反应了这种工况变动。通过对振动信号进行基于EMD的能量算子解调以及频谱分析，发现得到的最大幅值处的频率就是叶轮叶片的通过频率。试验表明，得到的次大幅值处的频率就是卡门涡街的发射频率，可根据该频率处幅值的相对大小来判断泵是否在合理的工况内运行。     

三道湾水电站正常溢洪洞及泄洪排

试验表明，三道湾水电站原设计存在以下问题：泄洪排沙洞单独全开运行工况下，其进口上方存在贯通性吸气漏斗漩涡；正常溢洪洞进口侧收缩十分严重，泄流量不足，闸后存在水翅、折冲波等不良流态，下游消能效果不佳；针对实际情况，试验通过在泄洪排沙洞进口增设消涡格栅，在正常溢洪洞进口设置椭圆形导墙、延长闸后收缩段，下游采用扩散挑流消能等措施，很好地解决了上述问题。     

COMPUTING THE VORTEX ELECTRIC FIELD BY THE SUPERIMPQSITION METHOD OF THE ELEMENT OF MAGNETIC FIELD

In this paper, the vortex electric field is computed. It is caused by magnetic field subject to two dimensional change. This problem can't be solved in general physics. Two examples are listed.