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1.
《浙江大学学报(A卷英文版)》2016,(1)
目的:探索壁面凹腔诱导下的超声速混合增强机理,期望得到混合性能较好的燃料喷注策略。方法:提出两种壁面凹腔与横向射流的组合方式,采用数值模拟方法对其流场进行研究,并与纯横向射流流场细节进行对比。结论:1.由于凹腔上面剪切层与壁面横向射流的强烈交互作用,使得横向射流流场中产生的涡系结构被打破;相应地,当把凹腔置于喷孔上游时,亚声速区域面积更大;2.当把凹腔置于喷孔上游时,燃料的渗透深度更大,这样有利于超声速气流中燃料与空气的混合;3.新构型I的混合效率最高。凹腔上面剪切层与壁面横向射流之间的强烈交互作用对超声速气流中燃料的混合增强影响很大,这是超燃冲压发动机燃烧室构型优化的基石。 相似文献
2.
《滨州学院学报》2020,(6):24-30
超燃冲压发动机喷管是发动机提供推力和升力的主要部件,因此对该流场流向涡特性的研究具有重要意义。采用计算流体力学软件运用数值模拟的方法对超燃冲压发动机喷管的三维流场做定常计算,得到了流场各个截面的流线图。结果表明:外喷管流场中的流向涡起源于喷管下壁面两侧,流向涡随着流动的发展涡的强度会逐渐减弱,且发现外喷管流场中上壁面两侧边缘附近流线开始出现弯折。这是由于此处存在边界层分离现象,该处流场的扰动会向下游传递,并在尾流中形成流向涡;尾流流场流向涡起源于上壁面尾部两侧,随着流动的发展流向涡的尺度逐渐增大,并且涡核有明显靠近的趋势,当两个流向涡边界发生接触时,涡核位置的变化不再明显。同时由于涡尺度的增大流向涡之间会发生挤压变形,但在一定长度内的尾流流场中流向涡不会发生相互卷并。 相似文献
3.
《浙江大学学报(A卷英文版)》2019,(8)
目的:船用螺旋桨性能评估中常用的雷诺平均方法(RANS)存在许多难题,特别是在处理边界层发展、尺度效应、翼尖和轮毂涡等复杂流动现象时。本文使用动态大涡模拟(DLES)、延迟分离涡模拟(DDES)和应力混合涡模拟(SBES)三种尺度解析模拟(SRS)方法,以提高流动特性预测的准确性。创新点:1.通过SRS方法详细地描述螺旋桨流场的不规则和多尺度湍流结构;2.通过粒子图像测速(PIV)试验,分析缩比螺旋桨的真实流场。方法:1.考虑叶片的周期分布和计算消耗,提取1/5的螺旋桨计算区域,并采用局部网格细化方法,获得分辨率足够高的网格模型(图1);通过仿真结果与已有试验数据的对比,验证SRS方法在螺旋桨性能预测方面的可行性与有效性(图3)。2.通过搭建PIV试验装置(图4),得到缩比螺旋桨在特定横截面上的速度和涡量分布情况下的尾流演变(图9和10),从而分析SRS方法对流场结构的捕捉能力。结论:1.通过定量和定性分析发现,SRS方法在预测特征参数和捕捉流场信息方面表现良好,特别是值得重点关注的SBES模型;2.作为一种可视化流场分析工具,PIV测量方法可以为螺旋桨等旋转机械的设计和性能改进提供一定的参考依据。 相似文献
4.
《浙江大学学报(A卷英文版)》2018,(12)
目的:针对流体机械数值模拟过程中雷诺时均应力(RANS)方法占据主导地位但预测精度较低且缺乏对流场信息准确描述的现状,提出应用尺度解析模拟(SRS)方法来改进性能的预测精度以及加深对流动结构的理解。创新点:1.利用SRS方法,降低RANS湍流模型的选择困难,实现性能精准预测;2.建立全流道网格计算模型,充分展现单流道间瞬时流动信息的差异。方法:1.通过较少的网格划分及周期计算,对具有简单循环圆和平面叶片的液力偶合器进行计算,并与试验数据进行对比,初步筛选出较为适合的湍流模型(图6),进而在模型更为复杂、流动更加多变的液力缓速器和液力变矩器性能预测中进行验证(图15和21);2.通过对复杂的瞬态流动现象的清晰捕捉,深入展示3种液力元件的内部流动机理(图9、10、16、17、22和23),并评估SRS方法相较RANS方法在流动结构描述方面的先进性(图7和8)。结论:1.在液力偶合器、液力缓速器和液力变矩器等液力流体机械的计算流体动力学(CFD)模拟中,SRS方法可以提高性能预测精度并提供更为细致的流场信息;2. SRS方法中的混合RANS/LES(大涡模拟)模型在液力元件流场计算中的预测准确度、流场结构描述及计算成本等方面表现出色,尤其是BSLSBESDSL模型值得重点关注和发展;3.为了进一步验证SRS方法的实用性,可以在模拟中考虑工作介质物理属性的影响,细化网格并对气液两相流动及边界层流动进行详细计算。 相似文献
5.
为探究大功率调速型液力偶合器流场内部流动规律,建立了偶合器内/外特性同步测试试验台,利用粒子图像测速(PIV)技术对偶合器内流场进行测量,分析流场在不同工况条件下、不同流道区域的速度及涡量场分布,建立内外特性的关联关系。结果表明:额定工况时,偶合器内流场流动平稳,随着转速比的降低,流动逐渐趋于紊乱;过渡工况时,流场出现环流转换的趋势,对应于外特性力矩出现大幅度跌落;制动工况时,流场速度方向变化最为剧烈,涡轮入口处液流不断冲击涡轮叶片压力面,使吸力面附近逐渐出现大面积的低速区,最终在速度梯度较大的涡轮入口流道中部靠近吸力面处形成多处漩涡。 相似文献
6.
《浙江大学学报(A卷英文版)》2020,(8)
目的:通过在喷孔上游安装涡流发生器(VG)来研究超声速横向射流(JISC)的流动特性。采用纳米粒子平面激光散射(NPLS)和空间粒子图像测速(SPIV)技术对流场进行观测,并设计三种工况进行对比实验,以研究横向射流的流动特性。创新点:1.采用NPLS和SPIV为实验观测手段,定量化地研究涡流发生器对超声速来流的穿透深度和横向扩散的影响;2.根据实验观测结果展示涡流发生器与横向射流相互作用的流场特性,揭示涡流发生器的混合增强机理。方法:1.采用NPLS流场进行观测,获得瞬态流场灰度图(图6、7和10～12),并分析不同观测平面的瞬态流场结构;2.基于瞬态流场灰度图,通过边缘检测和统计分析方法,提取射流穿透深度和横向扩散边界(图14),并对涡流发生器的混合增强效果进行分析;3.采用SPIV技术对流场进行观测,获得多个观测截面的平均速度场,并根据速度场计算涡量场(图8、11和15),揭示射流流向涡的涡量分布。结论:1.在设计的三个实验工况中,CASE0是横向射流基本工况;与CASE0相比,CASE1中的VG在喷孔附近的羽流两侧产生了两个诱导涡,在形态上形成了一个耳朵形涡结构;CASE2中VG尾流的间歇性大尺度涡对射流迎风侧的诱导涡起主导作用,产生了一个大尺度流向涡。2.与CASE0相比,CASE1中射流的穿透深度和横向扩散边界分别增加了8.5%和17.0%,而CASE2中的穿透深度和横向扩散边界分别增加了26.2%和0.5%;因此,在CASE2中,穿透深度的增加更显著,而横向扩散没有明显改善,这与相互作用模式的涡结构特性有关。3.涡量分布表明,CASE1中存在一个复杂流向涡系统,且VG的尾流在射流反转旋涡对(CVP)的内侧形成了一对诱导涡,而在CASE0中,诱导涡应该在CVP的下方。4.根据多个yoz截面的涡量场分布可以发现,VG促进了射流肾形涡的形成和发展。 相似文献
7.
《浙江大学学报(A卷英文版)》2020,(10)
目的:超燃冲压发动机的点火过程是超声速燃烧领域的重要课题之一。目前,针对超燃冲压发动机燃烧室点火过程的研究以实验研究为主,数值研究则相对较少。本文旨在基于大涡模拟研究点火位置对点火过程的影响,并在此基础上分析导致点火失败的原因。创新点:1.基于大涡模拟,研究点火位置对点火过程建立的影响;2.发现了流动耗散和直接吹熄两种熄火模式。方法:1.基于CHEMKIN,选择合适的化学反应机理;2.在简化化学反应机理的基础上,利用大涡模拟研究不同点火位置对点火过程的影响;3.分析数值仿真数据,寻找能成功实现点火的点火位置,并探讨导致点火失败的因素。结论:1.在凹腔后缘处点火可以成功实现发动机点火;2.发现了两种点火失败的模式,即流动耗散模式和直接吹熄模式;3.流动耗散模式主要发生在凹腔前缘和凹腔中部,而直接吹熄模式主要发生在剪切层中。 相似文献
8.
《浙江大学学报(A卷英文版)》2021,(4)
目的:深入理解超声速条件下火焰稳定机制,为超燃冲压发动机燃烧室的优化提供理论基础。创新点:1.通过大涡模拟准确地再现Burrows-Kurkov实验中台阶壁面射流燃烧室的反应流场;2.揭示射流火焰稳定抬举的机制;3.总结射流总温对火焰抬举特性的影响。方法:1.采用大涡模拟,获得了瞬时和时均的反应流场参数;2.通过计算燃烧学的数据分析,提取湍流火焰特性。结论:1.自点火过程维持了混合层中抬举火焰的稳定,并进一步在下游形成充分发展的湍流扩散火焰;2.升高射流总温会使火焰抬举高度降低,而过高的射流总温会抑制火焰温度的升高。 相似文献
9.
《浙江大学学报(A卷英文版)》2019,(9)
目的:燃料和氧化剂的快速掺混是发展超燃冲压发动机的关键技术。本文使用等离子体合成射流对超声速混合层进行增强混合,采用实验的方法获得等离子体合成射流扰动后超声速混合层的精细结构,并研究在超声速混合层中等离子体合成射流增强混合的特性。创新点:1.使用纳米平面激光散射技术(NPLS)获取在超声速混合层中由等离子体合成射流诱导的大尺度涡结构;2.分析由等离子体合成射流诱导的大尺度涡结构的演化过程。方法:1.使用信号源发生器实现纳米平面激光散射/粒子图像测速(NPLS/PIV)和脉冲电源的时序控制,从而实现NPLS对等离子体合成射流诱导的大尺度涡结构的捕捉,以及得到PIV获取流场的速度分布;2.获得不同位置截面和不同延时时刻的流场精细结构,并分析等离子体合成射流增强混合的特性;3.对NPLS结果提取湍流边界,计算湍流的混合层的厚度和分形维数。结论:1.等离子体合成射流可以对超声速混合层产生较大的扰动,展向方向扰动范围超过8D;2.等离子体合成射流可以增加混合层的厚度;3.等离子体合成射流的扰动无法进一步提高充分发展的超声速混合层的分形维数。 相似文献
10.
目的：受空气物理参数变化影响,低温下列车周围的流场特性与常温时存在差异。本文旨在对高速列车在低运行温度下的空气动力学性能及流场特性变化研究予以补充,探究低温对列车周围流场、列车风及列车尾流等方面的影响,以提高高速列车的抗高寒性能。创新点：1.将气体参数设置为低温环境,探究列车相比常温下的气动性能及周围流场的变化。2.对比不同低温环境,探究不同程度低温对列车气动特性的影响。方法：1.通过基于SSTk-ω湍流模型的IDDES数值计算方法对高速列车在雷诺数约为1.85×106的条件下低温运行的流动特性进行仿真。2.依托后处理软件对不同温度下列车气动阻力、表面压力分布、车身周围流动及尾流等进行分析。3.将结果进行比对,得出不同程度低温对列车气动特性的影响。结论：1.低温显著增加列车气动阻力;相比常温环境,0℃、-15℃及-30℃时的气动阻力分别增加了5.3%、11.0%和17.4%。2.低温会增强车体周围的正负压力场,进而提高冲击流及流速快速变化区域的正负压力峰值。3.低温时,列车风的作用范围缩小,涡量分布区域后移,而转向架舱内的气流流速增加。4.低温时,列车的尾流速度降... 相似文献
11.
《浙江大学学报(A卷英文版)》2020,(2)
目的:对离心泵的内部流动机理和外部特性、振动监测和性能优化进行研究,并对新兴研究趋势进行评述,为提高离心泵系统的能效提供参考建议。创新点:1.探讨了最新的用于离心泵数值模拟的湍流模型和空化模型的研究成果以及利用可视化方法揭示离心泵内部复杂流动现象的最新进展。2.对离心泵的外部特性、空化和振动进行了广泛的讨论,并总结出一种提高离心泵在工程应用中的效率和扬程、降低汽蚀余量的适用性强的离心泵叶轮多目标优化方法。方法:1.对离心泵的内部流动机理进行综述,以充分了解离心泵内部复杂的流场结构和能量损失机理。2.对离心泵外部特性进行研究,解释内部非定常流动与外部特性的耦合关系。3.介绍与离心泵在运行过程中压力脉动的监测和测量相关的最新研究进展。4.详细介绍优化离心泵性能的各种方法和措施。结论:1.尽管对离心泵内部流动现象机理及流场结构的研究已经取得了一定进展,但研究中仍存在一些亟待解决的问题,如初生空化的监测与预防、泵内旋转失速现象发生发展的规律、数值模拟和实验之间不可忽视的数据差异等。2.针对这些问题,开发高精度的计算流体动力学仿真模型,结合关键过流部件的优化设计来减少流动不稳定性和提高性能,以及运用现代流动显示技术的最新设备进行大量的仔细繁杂的试验与测量工作,是非常必要和重要的,也是未来泵内流动研究的趋势。 相似文献
12.
基于Galerkin方法,得到了方腔内高粘度流体盖振动拖动下瞬时速度场解析解.建立了混合过程动力学方程,确定了合适的积分步长,采用了4阶Runge-Kutta方法进行示踪剂数值积分追踪,对方腔内周期性混沌混合进行了模拟表征.结果表明,流场表现出对初始位置敏感性,不同的位置临界时间不同.示踪剂粒子运动表现出随机性,几乎游历了整个方腔.Poincaré截面没有发现大尺度KAM岛的存在,说明混沌是遍布方腔的,但粒子在空间存在某种分布特性.示踪剂界面的几何演化图像及界面拉伸分析表明,界面增长随时间呈指数规律变化,在经过一定的时间后,不同初始位置的示踪剂界面拉伸表现出自相似和渐近特性. 相似文献
13.
《浙江大学学报(A卷英文版)》2020,(5)
目的:通过对新型高速磁浮车的绕流进行数值模拟,研究气动荷载、涡流及滑流的分布规律,为常导高速磁浮车的研发和应用奠定一定的气动基础。创新点:1.将可压缩流动理论及延时分离涡(IDDES)方法应用于高速磁浮车气动问题;2.通过数值模拟,首次揭示高速磁浮车诱发的涡流特性。方法:1.基于430 km/h的磁浮车气动试验数据,验证本文数值方法的可靠性,并建立三编组新型高速磁浮车的计算模型;2.采用IDDES方法对关键问题即湍流求解进行建模,以捕捉较为精细的流场结构;3.采用时均化和快速傅里叶变换等方法对流场数据进行后处理,以研究流场的时均和频率等特性。结论:1.新型高速磁浮车具有良好的气动性能,比如较小的阻力系数、合理的升力系数和分散性较好的气动力主频分布。2.在非流线型车身附近,两对反向旋转的大涡使得边界层明显增厚。3.高强度的涡流主要分布在裙板与轨道以及轨道与车底之间的狭小空间;在轨道与车底之间(除了靠近尾车鼻尖附近的区域),涡脱频域几乎不变,且涡强沿流向指数式增大。4.伴随着涡流的分裂及衍生,尾流具有复杂的、随机的频域分布特性。5.高速磁浮车产生的时均滑流具有5个典型的变化过程。 相似文献
14.
〖JP2〗现有商业计算软件对燃烧室内的燃烧流场进行计算时存在精度不高、非开源、不可扩展等问题,难以满足工程设计需要。在前期完成冷态雾化模拟基础上,开发了基于开源计算平台OpenFOAM的燃油雾化燃烧求解系统,构建〖JP〗大涡求解器,对加州大学伯克利分校测量的液雾两相燃烧实验进行了数值模拟。通过计算得出液滴温度维持在350K左右,表明模拟效果较符合燃烧流场温度变化,系统能较好地展示湍流燃烧流动的反应特性,符合工程研究需要。 相似文献
15.
目前国内外提高亚音速S弯进气道气动特性的方法大部分是改变进气道的几何形状,而通过流动控制技术来改善进气道流场结构方法较少。本文以某高亚音速无人靶机集成涡喷发动机进气道为研究对象,通过流动控制技术方法设计了有吸除缝的半埋入式S弯进气道,采用CFD仿真方法对有无吸除缝的半埋入式S弯进气道进行了比较分析,结果表明,带吸除缝设计S弯进气道的总压恢复和流场畸变等性能均得到较大提高。 相似文献
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《浙江大学学报(A卷英文版)》2017,(12)
目的:颗粒-壁面冲击碰撞是近似混沌运动的液固耦合问题。针对传统建模方法难以描述颗粒-壁面碰撞运动过程所涉及的壁面效应问题,本文旨在提出一种液固耦合建模方法,以揭示流固耦合条件下的颗粒-壁面接触规律,探讨碰撞过程中环境变量(流道结构和流体粘度)对碰撞壁面效应的作用机理;得到在约束及非约束空间流场中,流体粘度与颗粒-壁面碰撞行为的内在联系,为流体光整加工、轮机叶片及反应器内壁面磨损所涉及的流场调控提供技术支持。创新点:1.建立适用于液固两相流的计算流体力学和离散单元法(CFD-DEM)耦合动力学模型;2.通过捕捉颗粒-壁面碰撞点分布,得到不同流道结构及流体粘度下的颗粒-壁面作用范围;3.建立无量纲化材料去除方程,探明非约束及约束空间流场内流体粘度对材料去除分布的影响。方法:1.将颗粒视为理想刚体,对流体运动及颗粒运动分别进行建模,通过求解流体对颗粒的作用力以及网格单元内流体体积分数实现两者之间的交互耦合,进而得到流场内颗粒的运动规律;2.采用软球接触模型描述颗粒-壁面碰撞过程,进而得到不同流道结构及流体粘度下的颗粒-壁面碰撞落点分布;3.计算颗粒-壁面冲击速度及冲击压力,通过无量纲化材料去除方程,得到约束空间及非约束空间内不同流体粘度下的工件表面材料去除分布。结论:1.流道结构及流体粘度会极大影响颗粒-壁面碰撞落点分布;在本文算例中,为获得均匀的工件加工效果,应采用较低粘度流体,并使抛光盘做周期性自转运动。2.随着流体粘度的升高,流体输运颗粒的能力增强,在非约束空间内的颗粒对壁面的碰撞冲击越剧烈,但在约束空间内的碰撞作用力减弱;在本文算例中,为获得更为均匀的材料去除分布,应采用较低粘度流体。3.借助粒子图像测速法得到了壁面处颗粒速度分布,并与模拟结果进行对比,验证了建模方法的有效性。 相似文献
17.
建立了模拟聚合物注塑成型过程中流动应力的数学模型。利用Leonov黏弹性模型对聚苯乙烯熔体在非等温幂率稳态剪切流下的流动行为进行模拟分析。并研究了聚苯乙烯在注塑成型填充过程中,由于流动而产生的剪切和拉伸作用以及模腔内聚合物熔体的温度变化对制品双折射行为的影响,得到了与实验相符的结果,证明了本研究中模拟方法的可行性。 相似文献
18.
目的：高速列车作为高速地面交通工具,不可避免地会遇到地面效应问题。地面效应模拟一直是高速列车风洞试验的技术难点。地面效应现象的准确模拟对高速列车空气动力学和气动噪声的预测精度有很大的影响。通过对比4种地面模拟系统（GSS）的流声场结果,研究不同GSS对流场结构、气动声源和远场辐射噪声特性的影响规律,为高速列车声学风洞试验提供指导。创新点：1.搭建高速列车地面模拟系统,模拟不同边界条件;2.明确轮对旋转与地面滑移对高速列车气动噪声幅值的相对增量及影响频率范围。方法：1.在仿真系统中建立“移动地面+旋转轮对”、“静止地面+旋转轮对”、“移动地面+静止轮对”和“静止地面+静止轮对”四种地面模拟系统;2.采用大涡模拟和旋度声学积分方程,对高速列车的流声场结果进行模拟;3.通过对比4种GSS的流声场结果,研究不同GSS对流场结构、气动声源和远场辐射噪声特性的影响规律。结论：1.移动地面和旋转轮对是影响列车底部气动声学性能的主要因素;2.旋转轮对对整车等效声源功率的影响不大于5%,且移动地面对整车等效声源功率的影响大于15%;3.旋转轮对对整车辐射声压级的平均影响为0.3d BA,且运动地面对整车... 相似文献
19.
目的:超燃冲压发动机燃烧室中氢气的燃烧性能引起了研究者的广泛兴趣。本文旨在探讨不同压比下超燃冲压发动机燃烧室的燃烧性能以及壁面凹腔的影响,为双模态超燃冲压发动机燃烧室设计提供参考。创新点:1.研究压比变化过程中超燃向亚燃的转换过程;2.研究壁面凹腔设置对模态转换过程的影响。方法:采用数值模拟方法研究不同来流条件下,压比和壁面凹腔设置对基于支板的超燃冲压发动机燃烧室中模态转换过程的影响。结论:1.壁面喷注压强对流场结构影响很大,特别是对于亚燃到超燃的模态转换过程和燃烧性能,当壁面喷注压强大约为支板喷注压强一半时,效果最好;2.壁面凹腔能帮助稳定流场,但也会带来一定的混合效率和燃烧效率损失,同时壁面凹腔能帮助延迟从超燃模态向亚燃模态的转换时间,这也从一定程度上说明带凹腔的燃烧室更加适合于超燃模态。 相似文献