微型轴流风扇间隙流动分析

以某微型轴流风扇为研究对象,测量了其在5 600 r/min转速下的气动特性曲线,同时采用商用软件NUMECA模拟了在4种流量下该风扇叶轮内的三维流场,详细研究了泄漏涡和分离涡的结构、泄漏流速度的分布、叶片两侧的压差分布以及泄漏流对叶顶载荷的影响。研究结果显示：由于叶顶间隙的存在,气流在叶顶形成了分离涡;而泄漏流进入相邻通道后卷起形成泄漏涡。叶顶分离涡和泄漏涡的起始位置都随着流量的增加而向下游移动。从叶顶到外端壁方向,泄漏流速度的大小及其与叶片型线的夹角(θ)均呈现先增大后减小的趋势。间隙区域叶片两侧的压差(Δp)随着流量的增加而变小,泄漏流速度、泄漏流量也随之变小。叶顶卸载是顶端间隙流动的主要特征,随着流量系数的增加,叶顶卸载变大。     

幂律非牛顿流体流动的有限体积算法

以幂律非牛顿流体为研究对象,针对其表观黏度随剪切速率变化且计算过程有别于牛顿流体的特殊困难,提出了一种高精度格式的有限体积计算方法。对其中应力计算时可能出现的“零障碍”和“无限大障碍”奇点问题,采用限定表观黏度数值变化范围的方法以防止迭代计算过程中出现除零和除无穷问题,并给出了完整的计算方法。计算了幂律流体在圆管和突扩圆管中的层流流动,验证了该计算方法的有效性。并分析了幂律流体的流动指数对圆管和突扩圆管中层流流动的影响。     

U形弯道中湍流对流换热的数值模拟

网格独立解是湍流对流换热数值研究的前提,而边界条件的恰当处理则是模拟结果准确性的关键。结合方形截面U形弯道中的湍流对流换热,采用SSTk-ω模型对弯道内流场和温度场进行计算,重点分析了速度场和温度场的网格独立解。同时结合第二类边界条件(热流密度条件),对比分析其两种处理方式对数值解准确性的影响。结果表明,由于不可压缩流动中速度场和温度场之间较弱的耦合关系,获得网格独立解所需的网格数目存在差别,温度场对网格密度要求更高。热流密度边界条件的两种处理方式的比较表明,Kader(1981)的代数方法在网格粗糙的情况下仍然能够较好地吻合实验值,具有更好的通用性和网格适应性。     

基于不同湍流模型的离心泵叶轮内部流场分析

基于计算流体力学数值模拟技术,对一个低比转速离心泵叶轮内部流场流动情况进行分析研究。分别采用4种湍流模型：标准k ε模型、RNG k ε模型、Realizable k ε模型和雷诺应力模型（RSM）及SIMPLE 算法,对不同湍流模型及不同工况下的扬程预测曲线,比较计算时间的差别,在此基础上,比较不同模型在设计工况下的流场,并与实验结果进行了对比分析。     

雷诺时均模拟的两种转捩模型比较

对两种基于RANS方程的转捩模型进行分析讨论,这两个模型都只需采用局部变量计算,其中SST γ Reθ t模型基于实验经验公式,层流动能模型基于转捩现象。两个模型都被耦合到RANS低雷诺数湍流模型中,并通过不同工况下T3系列平板的数值计算对模型进行评估。结果表明转捩模型较原湍流模型需要消耗更多计算资源;相对层流动能模型,SST γ Reθ t模型对y+更为敏感,在无压力平板算例中两个模型能够较为准确地预测转捩,只有在湍流度增大时,SST γ Reθ t模型预测的精度才会下降;在有压力梯度情况下,两个模型预测转捩起始点都较实验值延后,当来流雷诺数较大时层流动能模型预测的转捩长度较实验值偏小;从平板上不同位置（层流区、转捩区和湍流区）湍动能的分布情况能够看出SST γ Reθ t模型只是在数值上模拟转捩过程,并不考虑转捩内在规律,层流动能模型预测结果与实验值较为吻合。     

拟塑性流体三维流动的高精度有限体积算法

以拟塑性流体为研究对象,针对剪切应力与剪切速率的非线性关系给数值计算带来的困难,提出了一种适用于拟塑性流体三维流动的高精度有限体积算法。采用幂律模型作为拟塑性流体的本构方程,通过给定非均匀的初始速度场和限定表观黏度数值变化的范围,消除了应力计算时可能出现的"零障碍"和"无穷大障碍"奇点问题。计算了长直方管和大曲率弯管中拟塑性流体的层流流动,验证该计算方法在幂律流体三维流动数值模拟中的可靠性。长直方管计算结果中给出了不同流动指数的摩擦因子系数和广义雷诺数之间的关系,与前人的实验数据和数值研究结果均吻合良好。     

使用喷管内壁盲孔控制亚音速喷流噪声

研究了亚音速喷流的流动特性及外声场特性。针对亚音速喷流的噪声传播及分布特性,设计了多种内壁盲孔延伸构件,试图通过产生喷流出口处流动的不均匀性进而影响喷流噪声。通过试验测试,得到了不同孔径D、孔深H的盲孔延伸构件对马赫数（Ma）为0.6的亚音速喷流远近声场的影响。结果表明,相同开孔分布情况下,孔径的增大对外声场的影响效果更为显著,而孔深的变化则对噪声频谱产生两种不同的影响效果。本文的测量结果为进一步分析多孔结构件降噪效果提供了基础,并为改变不同频段噪声的相关应用提供了参考。     

大曲率弯管中湍流的计算与模型考证

一些文献在使用标准k ε模型预测弯道湍流时缺乏网格无关性检查和湍流参数的比对。本文结合具有详细测量数据的弯道湍流算例,研究了标准k ε模型结合壁面函数法在不同网格密度时的计算结果。检查表明排除网格依赖性以后,标准k ε模型与壁面函数法的结合使用可以获得明显优于前人的计算结果,即使是在弯道的后半段,计算结果仍然与实验数据良好地吻合。同时采用当前预测复杂流动时较受欢迎和好评的SST k ω模型作比对分析,考证两种模型对曲率影响的预测能力。结果表明,SST k ω模型对于弯道后半段的主流速度和二次流速度预测值优于标准k ε模型,但对湍流动能和脉动应力的预测结果则显示标准k ε模型在数值上与实验值更为接近,优于SST k ω模型的结果。     

多孔蜗舌贯流风机内非稳态流场特性

在前期采用多孔蜗舌控制贯流风机气动噪声的基础上,采用动态压力测量与大涡模拟相结合的方法,对比研究了多孔蜗舌方案的贯流风机内部非稳态流场特性。实验结果显示,蜗舌的“多孔板与容腔组合结构”可削弱蜗舌气流的压力脉动幅值,因而降低了贯流风机的噪声。大涡模拟结果则揭示了贯流风机内大尺度旋涡运动的特征,其压力脉动特性与实验吻合良好。本文对Powell涡声方程进行了修正,提出一个包含多孔介质和自由空间的涡声方程通用形式,试图以此解释多孔蜗舌对于流体发声的影响与作用机理。     

炉鼻子内保护气流场分析与增湿气导入方式的改进

在热镀锌过程中,锌蒸气在炉鼻子内氧化形成的锌灰容易黏附在带钢表面,影响镀层的表面质量。同时由于炉鼻子上下端分别连接退火炉与锌锅,因此锌灰也可回流到退火炉中,影响上游的工艺过程并且造成镀锌原材料的浪费。本文针对炉鼻子内的锌灰问题,结合某钢铁企业的热镀锌体外循环装置的改造过程,采用计算流体力学方法进行模拟分析,得出了在不同体外抽气流量下,炉鼻子顶部的回流量、内部流场的回流区域以及使得顶部无回流时体外循环所必须的抽气流量。为了实现增湿气与锌液面接触的目的,对原有增湿气导入方式提出了一种改进方案,并采用数值计算对比验证了这一改进方案的效果。本文的模拟结果为炉鼻子体外循环装置改造的顺利完成提供了技术支持。