针对提高工业汽轮机排汽缸气动性能、改善流场、降低流动损失问题,采用数值仿真方法对一种铸造式工业汽轮机排汽缸进行了详细研究与分析。揭示了工业汽轮机排汽缸内部的流动机理与气动特性,提出了工业汽轮机排汽缸内的典型流场结构;提出了一种表征排汽缸气动性能的热力计算方法,并与西门子公司的实验修正数据曲线进行了对比分析;为逼近排汽缸真实状态下的入口条件,将工业汽轮机三级低压级叶栅与排汽缸进行了联合计算,同时对比分析了排汽缸中肋板等附加结构对气动性能的影响。研究结果表明:多元的旋涡运动是造成排汽缸流动损失的重要方面,排汽缸内部的附加结构会恶化流动,而合理的肋板布置会改善排汽缸出口流场。

为了深入了解水蒸气喷射泵内流场结构,采用文献[1]给出的物理模型,在保持其他条件不变情况下,采用计算流体力学模拟得到不同背压下喷射泵内部压力分布图和混合室内迹线图,模拟结果与实验数据有较好的一致性。通过分析迹线图中的边界层脱离现象和压力分布图中压力的关系,得出高压力梯度作用导致了引射流体边界层分离,而边界层分离后导致有效区减小,造成引射系数急剧下降。

针对采用喷嘴调节的工业汽轮机,其调节级根径显著高于转鼓级,在调节级出口设置轮室腔室来完成气流径向与轴向转弯,使其到达转鼓级进行膨胀做功。采用数值方法对轮室内的复杂流动进行了详细计算与分析,揭示了工业汽轮机轮室内的流场结构与损失机理,提出了轮室结构的气动优化方向。研究结果可以为工业汽轮机轮室的设计与优化提供理论依据。

相对于光滑翼型,波纹状翼型的气动特性呈现出一些独特现象。为了深入探索这种布局的气动特点,在前期风洞试验的基础上,以NACA0030翼型为基础,设计了一组具有不同外形特征的波纹状翼型,开展了非定常数值模拟工作,详细研究了低雷诺数(Re=12×104)流动情况下波纹状外形对流场涡流结构和总体气动特性的影响规律。计算结果表明相对于光滑翼型,波纹状翼型流动的分离流现象更明显,升力和升力线斜率有明显下降,但推迟了失速现象。波纹状翼型表面越光顺,气动特性越接近于光滑翼型。虽然波纹状翼型的压差阻力大于光滑翼型,但是波纹状外形产生的回流可以减小摩擦阻力。

为探索高速列车气动减阻新方法,采用基于Realizable k-ε的数值计算方法探索在列车尾部不同位置以不同速度射流对列车周围湍流流场和气动阻力的影响规律。研究结果表明在列车等截面车身和流线型尾部过渡位置(位置1)和尾车挡风玻璃上方流动分离位置(位置2)设置射流具有明显的减阻效果;当射流速度小于0.12倍车速时,位置1射流具有最佳减阻效果,整车减阻率高达4.88%(射流速度为0.05倍车速);当射流速度大于0.12倍车速时,位置2射流减阻效果更显著,减阻率在0.2倍车速时达到最大,整车减阻率达2.99%;不同列车运行速度下,各位置以不同速度射流对列车气动阻力的影响规律一致,但减阻率随列车运行速度的增大呈减小趋势。

矩形截面结构在土木工程中有广泛的应用,其气动性能的流场机理有待进一步澄清.采用k-ω SST湍流模型,对宽厚比B/D=1～4的矩形柱绕流进行了数值模拟研究,得到了矩形柱气动性能随宽厚比的变化情况,给出了不同宽厚比矩形柱的流场结构,探究了流场结构、表面风压和气动力之间的内在关系.研究表明:宽厚比B/D=1和2矩形柱的分离剪切层不会发生再附现象,但在B/D=2矩形柱的近尾流中会形成独特的二次涡,二次涡的出现会延缓旋涡脱落速度,造成Strouhal数降低;B/D=3和4矩形柱的分离剪切层会发生再附,在侧面形成分离泡,并导致尾流宽度变窄和平均阻力系数下降,在矩形柱侧面后角附近会出现负压逐渐减弱的压力恢复区.

采用NURBS曲面设计方法完成对某型高速列车头车的三维数字化设计建模，基于三维定常不可压的黏性流场N-S及k-ε着方程湍流模型，利用有限体积数值模拟方法分析计算出列车的速度阻力函数关系，同时针对列车在不同风向角的强侧风环境中运行时压力场和速度场做了进一步研究。研究发现:在无风明线上运行时列车所受空气阻力与运行速度的平方成正比，侧风运行时随着风向角的扩大空气阻力系数呈现先增大后逐渐下降的变化趋势。流场分布结构复杂不规律，当侧风情况较为严重时正压区主要分布在迎风侧，负压区主要分布在背风侧和车顶部位，且负压表现更为强烈，列车前端滞止点向迎风侧发生偏移，致使迎风侧与背风侧产生巨大压差。

文章基于三维非定常不可压缩Navier-Stokes方程、LES湍流模型，采用有限体积法对速度为250 km/h的CRH-2动车组在侧风速度为30 m/s、28 m/s、25 m/s时在桥上运行时的流场结构和气动力进行了数值模拟。结果表明:侧风条件下列车在桥上运行时列车背风侧流场结构非常复杂。列车背风侧的流场由列车顶部和底部卷起形成的多个旋涡涡系组成，桥梁结构也会引起多个旋涡涡系;不同侧风速度时流场结构均相似。旋涡的破裂和旋涡之间的相互交叉融合造成了列车侧力剧烈振荡，特别是尾车侧力的剧烈振荡，对列车在桥面上的安全产生很大影响。

由于目前液压阀的流场结构随开口度的变化趋势尚未得到透彻的研究,针对液压阀在相同压差条件下的流场结构随开口度的变化,利用OpenFOAM开源平台对液压阀的不同阀门开口度开展了数值模拟,分析速度场、漩涡结构以及压力分布,揭示了液压阀... 展开更多

以开发适用于小型潜器的仿生操纵与推进系统为研究背景，利用计算流体动力学软件Fluent对三维全鱼模型进行了数值模拟，建立了仿鱼形水下航行器的数值计算模型，研究了柔性变形系数下三维全鱼模型的推进性能以及流场结构结构特点，结果表明随着柔性系数的增加，阻力系数的幅值增大，从而为开发新型、高效的仿生推进系统提供设计依据和技术支撑。