近壁串列双圆柱绕流是研究强化传热的典型模型之一,在动力工程领域有着广泛的应用。针对该模型中特有的流动传热特性进行了研究,重点分析了局部区域的强化传热机理。结果表明壁面传热在两圆柱附近的区域出现不同程度的增强,在Re=400时第二个圆柱影响区域3≤x/D≤5的强化效果最好。进一步分析强化传热的形成原因,-1≤x/D≤1区域的强化传热主要由流动加速效应引起;3≤x/D≤5区域的强化传热主要由第一个圆柱尾流的低频自激振荡效应与流动加速效应的共同作用引起。深入研究这一共同作用,得出第二个圆柱附近的流动不稳定性与传热不稳定性的相互影响是局部强化传热的根本原因。

针对核电厂相关组件水下缩容工艺过程中单棒的水下转移问题,规划了单棒转移机械手末端的运动轨迹,设计了机械手的控制系统,以保证单棒稳定、可靠转移。建立了单棒转移机械手的正、逆运动学模型,分析了转移单棒时的水对单棒的作用力,并推导了其力学模型,针对机械手末端运动的平稳性要求,使用了贝塞尔曲线进行机械手末端轨迹规划,并设计了带绕流阻力补偿的PD控制算法。通过对机械手进行仿真分析,验证了控制系统性能和机械手末端轨迹规划的有效性。

为进一步揭示绕流现象的形成机理,本文分别对处于层流稳态区、尾流过渡区、剪切层转换区Re分别为26、200、1.4×105的三种典型流态下的单圆柱绕流进行了二维数值模拟研究。Re为26时应用层流模型直接求解N-S方程,而Re分别为200、1.4×105时使用大涡模拟的方法进行计算。数值模拟很好地再现了稳定的涡旋结构、周期性交替脱落的卡门涡街结构、不规则的涡旋结构,在此基础上分析了尾流结构的基本特征及其压强分布规律、平均的流场特性、积分参数（如升力系数、阻力系数、斯特劳哈尔等）,并与有关研究成果进行了对比。研究发现,采用不同流动介质时流场特性有所差异,空气为介质时的计算结果更符合实验的成果,而水为介质时计算结果偏差较大,这主要是由尾流涡旋产生的不合理负压造成的。

流体绕过圆柱所产生的非定常旋涡运动以及由此引起的流动不稳定性在理论和实践上都具有重要的意义。数值模拟圆柱绕流旋祸产生及演化过程，探讨圆柱尾流涡街产生的机制，控制尾迹不同速度型以抑制涡街的产生，避免涡激振动在工程上造成破坏作用具有重大实际意义。为使问题简化，本文以二维圆柱绕流作为研究对象。该流涉及到非定常分离，旋涡的形成、运动及发展，流动不稳定性质改变等许多未完全解决的问题。Bouad等 （l） 对圆柱突然起动问题作了一系列实验研究。文献 【2」 对二维圆柱绕流问题作了系统数值研究。本文采用文献 【3} 提出的差分格式并作适当修正求解N一S方程，成功模拟出圆柱起动初期旋涡精细结构及长时间演化后的卡门涡街。并通过尾流的速度型根据oertel叫关于流动绝对不稳定性理论对卡门涡街形成机理作了分析...

采用以氢气泡为示踪粒子的数学粒子图像测速技术 (digital particle image velocim etry,DPIV )对三种不同雷诺数下的圆柱绕流进行了研究 ,分析了其涡量、流速分布及周期性等特点。一般 DPIV拍摄时相机固定 ,可得出一种速度场分布。本文采用静止坐标 ,用简单的方法可以达到相机随流场移动的效果 ,DPIV处理结果可以看到一些更深入的情况。同时 ,将实验结果与计算结果及其它参考资料进行了比较 。

以气流流经固体壁面产生的气动声源为研究对象,以力点源对应的偶极子气动声源声波动方程的声压解为基础,利用流场中声源辐射声压和脉动力、脉动力和压力梯度的关系,建立偶极子气动声源辐射声压与流场压力梯度的关系式;利用两偶极子声源可组成一四极子声源的概念,建立四极子气动声源辐射声压与流场脉动速度的关系式。最后,以圆柱绕流为研究对象,采用上述两关系式并结合数值仿真计算方法,得到圆柱绕流的偶极子和四极子气动声源大小和分布特征。结果表明偶极子气动声源向远场的声辐射声压由■▽p/■t决定,四极子气动声源向远场的声辐射声压由■2u2/■t2决定。

混合计算气动声学(HCAA)方法可以有效提高计算流动噪声的效率,然而采用边界积分方程求解复杂结构近场声源时往往存在数值奇异性和较高的计算复杂度。结合Lighthill波动方程和格林函数解,选择围绕固体边界的光滑边界作为积分边界,推导获得一种基于可渗透边界的气动噪声计算模型,并对层流圆柱和湍流圆柱气动噪声进行数值模拟。数值计算结果显示层流圆柱和湍流圆柱噪声分别与直接数值模拟(Direct numerical simulation,DNS)结果和进行高精度流场计算的FW-H方程所得结果吻合,圆柱绕流流场分布决定声场分布特征,采用可渗透边界进行积分计算获得的近远场噪声与基于刚性边界获得的计算结果一致,可渗透边界可以有效提高声场计算效率,降低数值计算的复杂度。

针对传统的引线室内烘干无法持续提供丝线,烘干效率低的缺点,设计一种新型的高效湿线烘干机。该烘干机由行星轮系、涡轮蜗杆传动机构与皮带传动机构组成,实现了湿线输入、烘干及输出的连续性。以圆柱绕流理论为指导确定烘干机绕线组间距比为1,采用CFD技术建立绕线组等效模型,通过仿真计算获得绕线组顶部和底部所留间隙及进口风速变化时穿过绕线组内部的烘烤气流质量流量及进出口压差数据,探究不同风速下间隙变化对流过绕线组内部的质量流量的影响,并确定最佳上下间隙为10mm。实验不同风速下烘干一箱湿线所需的时间,结合压差数据变化规律确定出线速度为0.046m/s,烘烤风速为2m/s。试运行证明,该设计相对于传统的密集型房式烘烤可节省烘烤时间38%。

为研究最小二乘几何方法处理较复杂流动的特性,用该方法求解了圆柱突然启动后的瞬态流场。控制方程的时间离散采用三阶精度的隐式差分格式,空间离散采用二阶以上精度的最小二乘等几何方法。对雷诺数为550~9500的流动进行了模拟,并与其它实验及数值方法的结果进行了对比,数值解中捕捉到了不同雷诺数下的产生的鼓包、孤立涡、α-现象和β-现象等流动模式。计算结果表明高精度的最小二乘等几何法可用于复杂瞬态流动的模拟。

组合浸入边界和格子Boltzmann方法(IB-LBM)实现对复杂动边界问题的数值模拟。通过格子Boltzmann方法快速计算流场分布(采用D2Q9离散速度模型),通过隐式直接力浸入边界法处理流场边界问题。借助求解不可压缩N-S方程组的分步投影方法的思想,在时间上推进求解基于浸入边界法的耦合系统方程,从而实现对复杂动边界流动问题快速有效的求解。以雷诺数为100的圆柱绕流为基准算例,分别计算圆柱在不同旋转角速度下的升、阻力曲线和流场分布特性,并与其他文献的计算结果对比,验证了IB-LBM计算动边界流动问题的有效性。