基于粒子图像测速技术的液力变矩器涡轮内流场测试与分析

液力变矩器是自动变速器的主要部件,其在乘用车、载重汽车、公共汽车和机车上的应用广泛。液力变矩器内部流动特性影响其外部性能,为了深入研究其内部流动特性,基于粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术对液力变矩器涡轮内流场进行试验研究。采用帧频为1 000帧/s的CCD高速相机,在不同工况下(输入与输出的转速比分别取0、0.3、0.5、0.7)采集不同粒子直径、不同粒子浓度下的流动图像,经过图像预处理,对连续两帧图像进行互相关计算,获得涡轮径向切面的速度场和涡量场。通过对流场分布结构和流动区域上复杂流动现象的对比分析,发现投入流场中粒子浓度越高(1 500mL蒸馏水中投入2.4 g粒子)、粒子直径越小(10μm)时,识别并提取流动区域上的流动参数越丰富,流速场和涡量场信息越可靠。液力变矩器内部高梯度流场分布结构和非均匀流速场分布导致出现多尺度涡旋和反向流等复杂流动现象,造成液力变矩器内部流动能量损耗,随转速比提高,涡轮流场结构趋于规律,能耗逐渐降低。该文试验测量与分析结果对于液力变矩器结构优化和性能提升提供了参考。     

一次双急流型沙尘暴过程的数值模拟与诊断

利用MM5模式对2001年4月8～9日的双急流型沙尘暴天气过程进行了数值模拟和诊断分析,结果发现:此次沙尘暴过程中有强的西风动量下传,动量下传主要由北支急流完成;在沙尘暴发展旺盛阶段,南、北两支急流低层的南风和北风分量之间产生的辐散促进了高层动量下传,而高层南北两支急流南风分量的加强和贯通引导南方暖湿气流向北输送,抑制了沙尘暴的发展.南北两支急流的共同作用是造成该次沙尘暴的重要原因,北支急流产生了直接的作用,南支急流有间接的影响.250 hPa两支MPV1正的大值位涡区与南、北两支急流有很好的对应关系,在沙尘暴区域前部,对流层高层存在对称不稳定.     

一次持续性区域雾霾天气的综合分析

利用1994年11月发生在山西省的持续性雾霾天气过程实况资料,计算了多种物理量,并从环流形势、形成条件和维持机制等方面进行综合分析。结果表明：①500 hPa锋区偏北,中纬度环流较平,低空850 hPa持续有暖平流向山西地区输送,是大范围霾天气持续的重要天气背景;而500 hPa阻塞形势的稳定维持,地面回流稳定,是导致...     

不同流量工况下斜流泵内部流场PIV试验

为了探索斜流泵的内部流动特性并优化斜流泵设计,基于粒子图像测速技术(PIV)对斜流泵内部流场进行测量,分析了不同相位叶轮截面处的流线和速度分布以及小流量工况下的涡量分布。研究结果表明,在小流量工况下,由于受到叶片压力面旋涡流动和吸力面脱流的影响,叶轮内部的流动呈现径向运动趋势,且流动紊乱;随着流量增大,叶轮流场流线逐渐向轴向方向移动并沿着轮毂轮廓线流动,在大流量工况下叶片压力面附近靠近端壁处形成明显的旋涡结构。0.6倍流量工况下,当叶轮进口进入拍摄断面时,在叶轮内部形成一个顺时针旋转的负涡;当叶轮出口进入拍摄断面时,在导叶进口外缘出现正向涡量集中区域,且随着叶轮的转动该区域向导叶进口方向移动;当叶片出口远离拍摄断面时,在导叶进口处出现负涡量区,揭示了斜流泵叶轮和导叶动静相干过程中能量损失的内在原因。     

双流道泵叶轮边界涡量流分析与水力优化

为优化双流道泵叶轮,对原始泵的内流场进行数值模拟,引入边界涡量动力学理论进行流动诊断,分析了叶轮表面的边界涡量流(BVF)、摩擦力线以及涡量线的分布规律,找到了叶轮内产生不良流动的位置及其动力学根源。根据流动诊断结果,有针对性地调整影响双流道泵叶轮内流状态的结构参数,得到优化后的双流道泵叶轮。联合CFD计算和边界涡量动力学流动诊断方法,对比分析了优化前后的双流道泵叶轮,结果表明:优化后叶轮表面的BVF、摩擦力线以及涡线分布得到明显改善,BVF峰值和均值均显著降低,均匀性指数更接近于1,流动分离被抑制,叶轮受力状况得到改善,扬程和效率等水力性能明显提高。研究结果证明了基于边界涡量动力学理论的流动诊断和优化方法在流道式叶轮机械中应用的可行性。     

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。     

2011年7月2—3日山东大范围暴雨过程的诊断分析

为了进一步探讨山东短时暴雨发生发展的中尺度物理机制,分析强对流来临之前的中尺度信息,提高山东地区暴雨预报的准确率,利用常规观测资料,FY-2E卫星TBB资料和NCEP/NCAR 1°×1°的6 h再分析资料,对2011年7月2—3日山东大范围暴雨过程进行天气动力学诊断。结果表明,此次山东大范围暴雨是由高空冷涡、地面气旋、副热带高压等系统共同影响产生;副热带高压的稳定少动,低层切变线的出现,充沛而又深厚的水汽等条件的合理配置,造就了这次大范围暴雨;暴雨出现在850 hPa上MPV1正负值过渡带、MPV2弱负值区附近,是对流不稳定与斜压不稳定相结合的地区;研究中尺度对流云团范围和强度的不断变化对判断暴雨的发生发展有重要的指导作用。     

雷诺应力与流场旋度的关联分析

基于雷诺时均方程导出了含有雷诺应力的涡量微分方程。对于充分发展湍流流动在高雷诺数弱非定常条件下,从平衡角度分析雷诺应力与时均流场涡量及速度的关系,得出雷诺应力与时均流场的涡量和速度的耦合作用是相关联的,反映流场结构的涡量的演化能够间接表示湍流动能的输运和耗散过程。在标准κ-ε模型中,对其本构方程加入涡量张量和变形速度张量使其非线性化后,改善了对正应力的计算,并能预示二次流的存在。     

1次华北回流冷空气引发的罕见暴雪分析

采用常规观测资料和NCEP再分析资料,对2009年11月华北出现的罕见暴雪进行分析。结果表明,暴雪发生在条件性对称不稳定大气层结中;500 hPa低槽、锋区和700 hPa横切变是影响这次暴雪的直接影响系统;700 hPa低涡前的西南急流是主要的水汽输送系统,900 hPa以下东北风急流携带的强冷空气是暴雪形成的重要动力条件和温度条件,这次暴雪具有典型的回流冷锋特征;极锋急流激发的次级环流的下沉支在暴雪发生前将高层高动量强冷空气携带到低层,加大低层的大气不稳定。     

活塞式调流调压阀流动特性研究

以DN200活塞式调流调压阀为研究对象,基于Fluent软件,采用Realizable k-ε湍流模型,研究了不同开度下阀内三维流动特性。结果表明:节流孔处存在压力梯度突变,节流孔进口至出口压力先降低后逐渐恢复。同时,下游管道近壁区域存在对称的回流区,阀内出现不同强度的涡流。随着开度逐渐增大,下游管道壁面附近旋涡向上游侧移动,阀内旋涡强度逐渐减弱。此外,节流孔下游形成对冲射流,套筒中心位置出现"低速空穴区"。随着开度逐渐增大,节流孔内最大流速逐渐增大,射流向下游延伸范围逐渐扩大。节流孔壁面附近存在不对称分布的高涡量区域,附壁剪切旋涡形成区域是空化产生的潜在位置。调流调压阀具有线性度较好的流量特性,在小开度下消能降压效果明显。