涡结构

摘要： 转叶式混流泵的叶片安放角可以调节,当工况发生改变、叶片安放角调节后,叶轮-导叶的适应性将随之变化,进而影响到混流泵的水力性能.以一叶片安放角可取-4°,0°和4°的转叶式混流泵为研究对象,从涡结构的角度出发,探究叶片安放角改变对叶轮-导叶适应性的影响规律.研究结果表明:随着叶片安放角的增大,叶轮内部涡结构的大小在逐渐增大,且环绕在轮缘处的涡带直径逐渐增大,而导叶内通道涡数量在逐渐减少,叶轮和导叶外缘后盖板壁上的涡结构大小和强度在逐渐增大;混流泵强度较高的涡主要集中在叶片表面以及壁面附近;通过对叶片安放角的调节,转叶式混流泵能在不同的流量区间内保持高效运行,但随着叶片安放角的增大,由于涡结构逐渐增多,转叶式混流泵效率逐渐降低;导叶内通道涡的数量随着叶片安放角的降低而增加,从而导致转叶式混流泵的扬程变小;转叶式混流泵叶轮-导叶适应性在叶片安放角调节后产生变化,叶片安放角为-4°时,叶轮与导叶匹配度最好,而越偏离-4°,从叶轮进入导叶的涡结构越多,叶轮-导叶适应性越差.

摘要： 利用大涡模拟(LES)方法研究了撞击流反应器内流场涡特性,分析撞击区域流体流动特征。改变进口速度、喷嘴间距,讨论流场速度、涡量和平面涡能量分布规律,并分析了流场流型、涡演化过程和涡核形式。在反应器内靠近撞击驻点的涡尺寸小、脉动性高,随着撞击距离的增加,流体速度逐渐减小,涡影响范围变大。平均涡量和平均涡能量随进口速度的增加,先增加后减小。结合Q判据分析了反应器内涡的演化过程和流体流型。根据径向射流涡的演变过程,得到径向射流两侧涡演化的周期,在0.15~0.20 s之间。撞击区的涡结构主要为马蹄涡和肋状涡,在出口位置存在涡环。研究结果为深入分析撞击流反应器流体运动规律和优化反应器提供了理论参考。

摘要： 为了研究新型同位素气体生产用专用设备当中流场调节板弧形狭缝位置对内部流场的影响,设计合适的流场调节板结构,从而优化设备生产性能。研究采用流体动力学方法,把脉动速度纳入考虑,分析了不同狭缝中心位置对流场的影响,计算结果表明增大狭缝中心位置,产生与其下方主流动作用较为强烈的涡结构流场受到较大的干扰。存在最佳狭缝中心位置,使得流场达到较佳状态,计算结果表明当狭缝中心相对位置在0.98时,生产用专用设备生产性能可以提高4%~5%左右,与试验当中生产性能变化趋势一致,并达到阶段设计要求。

摘要： 为了研究同位素生产专用设备内部气流输运部件内、外流流场条件,从而计算出专用设备内部气流输运部件(也称为变直径管)能耗,开展了气流输运部件内部、外部流场特性的数值模拟和风洞试验研究.首先采用压力修正的方法对气流输运部件内部流场进行了数值计算,得到了气流输运部件内部气流的速度分布和压力分布云图,发现在其变径区域气流速度发生较大变化,同时与壁面发生作用.气流输运部件设计了变径部分后,整体能耗减小约30％～50％.同时在高超声速风洞中采用瞬态纹影和粒子图像测速(PIV)试验技术对气流输运部件的外部激波、涡结构、速度分布开展了流动显示和定量测量分析,实验结果显示,气流输运部件的头部激波为典型的曲线激波,对气流输运部件头部进行切角处理,在目前研究范围内,激波形式不会发生大的变化,但其附近产生的涡结构形态会发生较大变化,涡量明显减小,且涡结构更加贴近壁面.代入测得速度分布计算,进行头部切角处理后,气流输运部件的能耗较不进行切角处理时减小15％～20％,可以在专用设备中使用.

摘要： 为研究潮流能水轮机尾流场流动特性及涡结构组成,基于DDES(Delayed Detached Eddy Simulation)模型对不同流速和转速的4种工况下水轮机尾流场进行数值模拟,并进一步探究其尾流场空间涡结构的变化特性.结果 表明,水轮机的数值模拟结果与试验结果能够较好吻合.对比不同工况下的尾流场模拟结果可知:水轮机尾流区域流动复杂,延迟分离涡模拟方法能有效模拟水轮机旋转过程中产生的叶尖涡、叶尖脱落涡、轮毂涡等不同涡结构,并能完整观察到叶尖涡的产生、脱落、失稳、破碎过程.转速一定时,流速越大,叶尖脱落涡、轮毂涡的发展距离越远;流速一定时,转速越大,涡的发展距离越短.本文数值模拟计算结果可为实际海况中潮流能阵列水轮机的布局提供可靠依据.

摘要： 为了全面认识针栓式喷注器喷雾场结构,基于自适应网格加密技术和分三相计算的PLIC VOF(Piecewise Linear Interface Calculation Volume of Fluid)方法对针栓式喷注单元膜束撞击雾化混合过程进行了仿真分析,通过对两路推进剂分别进行界面追踪,获得了膜束撞击雾化混合过程的详细结构特征,与高速摄影试验结果定性定量对比均吻合较好,验证了数值方法的准确性.以此为基础对膜束撞击的喷雾场结构、撞击变形过程、流场涡结构、雾化破碎典型特征及破碎后的雾化混合分布特征进行了识别分析,结果表明:膜束撞击形成了液束未穿透液膜和液柬穿透液膜2种不同的喷雾扇结构.膜束撞击形成的喷雾扇呈“Ω”形,膜束同时发生弯曲变形和横截面变形.另外,膜束撞击同时受到正压和剪切应力作用,导致了一系列复杂涡流现象,使得相互作用增强,雾化混合均增强,这也是膜束撞击喷注构型优于膜膜撞击的本质原因.最后,还发现膜束撞击喷雾场液滴分布呈现分区结构特征,分别是液束控制主导的上雾化区、液膜控制主导的下雾化区及夹在中间的混合区,实际中应兼顾雾化特性和混合特性,选取中等动量比膜束撞击,这可为针栓式喷注器的理论研究和工程设计提供重要参考.

摘要： 鱼类逃逸和巡游已逐渐成为鱼类仿生推进水动力学领域的研究热点,其研究结果为水下航行器推进技术提供了很好的理论基础和指导意义.利用平面PIV技术测量了斑马鱼在水中游动时的尾迹流场,分析了不同游动状态下的鱼尾迹涡结构的变化规律;同时利用Tomo-PIV技术测量了曼龙鱼游尾迹三维流场,获得了涡环链结构.结果表明:不同游动状态下,鱼游尾迹表现出不同的流动结构和尾迹模式,对其进行研究有利于进一步揭示鱼游动的水动力学机理.

摘要： 本研究采用分离涡方法(DES),选择SST-k-ω湍流模型,对一离心泵内流场进行了数值模拟,使用拓扑分析讨论了叶片壁面分离涡的生成及发展,并应用Omega涡识别方法研究了叶轮流场内的涡结构特性.结果表明:吸力面附近出现大范围分离涡主要受吸力面进口闭式分离泡、压力面与吸力面间的横向压力梯度与吸力面上的逆压梯度这3个因素控制;涡团间的能量传递可由碰撞、附着与破碎脱落3个过程组成.

摘要： 从科学家首次研究荷叶的超疏水性质开始,超疏水表面逐渐走入了实验室[1-3].作为一种被动减阻方式,超疏水表面减阻具有无需能量输入和系统相对简单的优点,且减阻性能优异,往往大于15％以上.众所周知,湍流边界层中各统计量和涡分布对其壁面切应力影响重大[4-8],因此研究湍流边界层流动特征是探究表面湍流减阻研究的必经之路.现有研究发现[9-14],超疏水表面可以减弱其上方流场的雷诺应力,并抑制涡结构. 本文基于PIV实验数据,对超疏水表面上方湍流边界层中涡结构的演化进行了深入的分析.实验采用粒子图像测速(PIV)的方法在相同水槽中对普通表面和超疏水表面上方湍流边界层流场进行测量,得到两表面上方的瞬时速度场,示意图如图1所示.实验在雷诺数Reθ=990下测量了两表面展向中心位置的流向-法向平面和五个不同流向-展向平面的流场信息(y=3mm,6mm,9mm,17mm,19mm).实验过程中超疏水表面上始终保持有一层气膜. 实验中的超疏水表面为不规则微纳二级结构表面,采用表面喷涂的办法进行制备,详细制备方法可参照作者实验室以前的研究[12-14].使用10μL液滴进行接触角测量,测得超疏水表面的静态接触角为160.0°±0.5°,接触角滞后为2.0°±1.7°.表面粗糙度Rt为36.2μm. 在我们的实验条件下[13,14],通过壁面摩擦速度计算阻力可得超疏水表面减阻率DR在Reθ=990下可达20.7％.与普通表面结果相比,超疏水表面上方的雷诺应力Tturb+和壁面总剪切力T+在近壁区域被抑制,在0.3涡结构强度减弱?稳定性提高,而在外区涡结构则向远离壁面方向移动,称为“抬升”?其中流向-法向平面的涡结构主要采用旋转强度λci判据来识别,发现在所有实验所测瞬时场中,与普通表面相比,超疏水表面上方最大旋转强度平均减小81.4％,平均旋转强度平均减小33.3％,最大旋转强度的平均位置抬升0.17δ.不同流向-展向平面的相关结构主要采用泰勒冻结假设和条带识别统计算法进行分析,以表面上方低速条带的特征推测发卡涡结构的发展和形态?研究发现,超疏水表面对其上方相干结构的作用可分为两部分来看:在近壁区域,超疏水表面通过引入速度滑移使得其上方的低速条带强度减弱且抬升角减小,更为稳定不易破碎;在外区,超疏水表面上方条带最不稳定的状态与普通表面相比沿远离壁面方向上移了0.14δ(如图2所示),这使得对应发卡涡头部附近的下扫事件距壁面更远,对壁面摩擦贡献减弱. 综合来说,超疏水表面的湍流减阻受其气水界面速度滑移和上方湍流结构变化两方面的共同影响.当雷诺数不断增大时,速度滑移带来的影响相对减弱,而湍流结构的影响大大增强.超疏水表面和普通表面上方发卡涡结构的基本发展模式定性来看是相似的,但是定量来看则存在不同?需要补充说明的是,超疏水表面的减阻效果受其界面气膜状态影响很大,本实验中表面气膜一直稳定存在.有研究发现,随着雷诺数增大,表面上方的气膜会不断损耗甚至完全消失,此时,超疏水表面退化为粗糙表面?因此,未来将针对超疏水表面气水界面的稳定性进行进一步的探索研究.

摘要： 搭建了单相机层析PIV平台,应用单相机层析PIV对壁湍流边界层进行三维速度场测量,得到了测量区域流场的速度统计量.并利用λci判据进行涡识别,捕捉到了湍流边界层中的涡结构.

摘要： 本文通过物理模型实验对孤立波与下潜水平板的相互作用进行了研究.实验采用PIV技术测量了水平板周围流场的演化特征,实验结果发现在水平板的迎浪侧和背浪侧均会产生涡,但涡的演化过程有着明显的差别.本文基于小波变换的涡结构识别方法,对流场数据进行了分析,得到了孤立波与平板相互作用过程迎浪侧与背浪侧的涡结构.结果表明,水平板迎浪侧涡的尺寸会随着波高的增大而增大,与波高呈正相关;背浪侧涡的尺寸与波高的相关性较弱.

摘要： 开式方腔流动中包含着丰富的涡结构相关物理现象.本文采用直接数值模拟获得开式方腔流动的高精度流场数据.从拉格朗日角度采用拉格朗日拟序结构识别流场中的涡结构,并结合Q判据和涡量通量分析,对开式方腔中涡的生成、脱落、对流以及撞击破裂过程展开研究,揭示其动力学特性.分析发现,在一个流动周期内,拉格朗日拟序结构的卷起与脱离伴随着前缘涡的生成与脱落,继而在剪切层内对流;拉格朗日拟序结构在后缘点的破裂伴随着Q与涡的破裂.方腔内部的主涡则在整个流动周期内都维持相对稳定状态.

摘要： 本文主要研究了不同行程比下二维平板的尾流中的涡结构对其的气动力的影响规律.主要研究方法是基于重叠网格技术,以平板拍动的行程比L/D和迎角为参数,对二维平板单次的拍动和往复拍动尾流进行了数值模拟.二维平板的几何模型是弦长为0.02m的无厚度二维平板.平板的主要运动模式为平动,运动过程中速度采用匀加速-匀速-匀减速-停止的单次运动模式,以及往复运动的模式.首先,升力或阻力系数随时间变化的曲线与实验数据是吻合的,验证了二维数值模拟结果的可靠性.本文依据对不同平板运动参数所产生的涡结构演化分析.对于单次运动,下缘涡与二维平板的相互作用是获得高升力的主要原因.对于往复运动,低行程比的气动力系数较高而且容易在往复运动中保持周期性,高行程比的气动力系数出现先降低后升高的趋势,这个趋势主要是由于尾迹涡的两类相互作用引起的.

摘要： 采用三维、RANS方法模拟了时速为160km/h的新型快运货车周围流场,对货运列车周围风资源进行了评估,结合机车车辆限界标准要求,确定了货运列车适合安装风力发电装置的部位.采用二维、DDES方法,以货运列车车体两侧风速为输入条件,运用滑移网格技术,模拟了垂直轴风力发电机的流场,对流场的涡结构进行了研究,得到了风力发电机区域及其周围流场的变化规律.设计了一套完整的风力发电系统并在风洞中进行试验验证了风力发电机的有效性.

摘要： 为了探索水泵水轮机运行在S形区域时产生显著的不稳定现象的根源,基于数值模拟方法,采用Q准则分析了水泵水轮机内部流动中的涡结构,尤其是转轮内部、导叶间和无叶区内的涡结构.与涡量等值面法相比,Q准则可以更为准确的描述水泵水轮机内部涡结构的分布.对比分析了两个导叶开度(6o和21o)下水泵水轮机三种典型工况(分别是制动工况、飞逸工况、水轮机工况)的涡结构,发现在水轮机工况下,涡均匀的分布在转轮叶片表面,而在飞逸和制动工况下,涡集中在转轮进口处,涡结构随流量的减小而增多,且在不同流道内分布不均匀.导叶开度较大时,转轮内的涡结构不稳定,开度较小时转轮内的涡结构稳定且具有较为完整形态.

摘要： 通过风洞实验,用眼镜蛇探针对高宽比H/d=5有限长方柱和无限长方柱的流场进行了测量.基于来流风速U∞和柱体宽度d的雷诺数为3.4×104.从平均速度、雷诺应力、能谱和涡量四个角度对测量结果进行了对比分析.研究发现:有限长柱体中,柱顶的流动分离会伴随着强烈的下降流,随着流向距离的增加,下降流强度中心会逐渐下移,下降流有将两侧涡团向外排开的趋势.在顶部下降流的作用下,有限长柱体的尾流表现出显著的三维性.有限长柱体中,在展向涡的影响下,顶部涡和底部涡会和展向涡以相同的频率脱落,即三种不同的涡实质上都是整体涡结构的一部分.

摘要： 随着计算机技术和数值模拟方法的迅速发展,计算流体力学方法(CFD)成为对浮式风机性能进行分析研究的重要途径.naoe-FOAM-os-SJTU是在原有CFD求解器naoe-FOAM-SJTU基础上,结合重叠网格技术开发的面向船舶与海洋工程新的CFD数值求解器.本文应用naoe-FOAM-os-SJTU求解器对塔架对风机气动性能的影响进行数值分析.模型网格采用重叠网格技术进行处理,计算模型选用美国国家可再生能源实验室的大型风机NREL-5MW风机.对带塔架NREL-5MW风机进行气动力数值模拟和分析,数值计算得到风机和塔架所受推力与扭矩的历时曲线,风机不同截面的压力分布,以及尾流场的信息.将计算结果与无塔架的数值模拟结果进行对比分析,分析塔架对风机气动性能的影响.

摘要： 本发明公开一种具有抑制涡激振动功能的围护结构及抑制涡激振动的方法，围护结构设有贯通其周壁内外的抽吸通孔，抽吸通孔沿围护结构的周向分布；围护结构还设有抽吸设备，抽吸设备能够对抽吸通孔进行自外向内的抽吸，以抑制围护结构外表面处的边界层脱离所述外表面。通过抽吸的方式，使边界层能够“吸附”在塔筒外表面，从而抑制或直接阻止边界层分离塔筒外表面，减小或消除涡激振动的成因。且，抽吸时可以根据振动状态随时进行抽吸力度调整，具有更高的灵活性；此外，对抽吸通孔进行抽吸显然可以大幅降低噪音；抽吸方式无论在机组吊装还是在运营期间，可以始终发挥其对涡激振动的抑制作用，在向内部排放时，还可以对塔筒内部进行冷却。

摘要： 本发明公开了适用于涡轴发动机的反旋叶片式减涡引气结构，包括轴流压气机盘和离心叶轮盘，所述轴流压气机盘与离心叶轮盘的内侧设置有反旋叶片减涡器，所述反旋叶片减涡器经螺钉连接在离心叶轮盘上，所述轴流压气机盘与离心叶轮盘之间沿周向形成一圈不节流的引气槽，所述反旋叶片减涡器沿周向开设有与引气槽相适配的叶片式引气通道，所述反旋叶片减涡器的底部设置有支撑板，所述支撑板的另一端耦合在离心叶轮盘的内侧，本发明中的反旋叶片减涡器采用一体铸造，结构简单轻便，由于减涡通道内采用环形叶栅导流形式，大幅减小了减涡通道这部分区域的重量，与同尺寸引气盘式减涡器相比，重量降低约50％。

摘要： 一种抑制钢管高耸结构涡激振动的自旋破涡装置，包括环形的基座，基座的外壁旋转套装有环形的旋转臂，即基座外壁设置有环形的凹槽，凹槽内设置有滚珠，滚珠嵌入凹槽与旋转臂的内壁之间；所述旋转臂的外壁上固定设置有四个连接臂，四个连接臂围绕旋转臂的轴线均匀设置；所述连接臂的另一端均固定设置有半球壳形的风杯，四个风杯的开口方向一致且与旋转臂的直径方向垂直。总之，本发明通过改变结构物表面空气旋涡脱离的规律性，有效抑制了横风向涡激振动对钢管高耸结构造成的危害，减少了经济损失。

摘要： 一种抑制钢管高耸结构涡激振动的双重自旋破涡装置，包括两个上下平行设置的环形的基座，每个基座的外壁旋转套装有环形的旋转臂；所述旋转臂的外壁上固定设置有四个连接臂，连接臂围绕旋转臂的轴线均匀设置；上下基座之间通过矩形板固定连接，矩形板一边与上下基座的连接臂固定连接，矩形板相对应的另一边设置有转动杆，转动杆设置两个且与连接臂平行设置；转动杆远离矩形板的一端转动设置有连接杆，连接杆另一端均固定设置有四个半球壳形的风杯。总之，本发明抑制了钢管高耸结构在横风向下产生的涡激振动，提高了钢管高耸结构的安全性，减少了经济损失。

摘要： 本发明公开一种具有抑制涡激振动功能的围护结构及抑制涡激振动的方法，围护结构设有贯通其周壁内外的抽吸通孔，抽吸通孔沿围护结构的周向分布；围护结构还设有抽吸设备，抽吸设备能够对抽吸通孔进行自外向内的抽吸，以抑制围护结构外表面处的边界层脱离所述外表面。通过抽吸的方式，使边界层能够“吸附”在塔筒外表面，从而抑制或直接阻止边界层分离塔筒外表面，减小或消除涡激振动的成因。且，抽吸时可以根据振动状态随时进行抽吸力度调整，具有更高的灵活性；此外，对抽吸通孔进行抽吸显然可以大幅降低噪音；抽吸方式无论在机组吊装还是在运营期间，可以始终发挥其对涡激振动的抑制作用，在向内部排放时，还可以对塔筒内部进行冷却。

摘要： 本实用新型属于水流消能技术领域，具体涉及一种有效减小有压竖井旋流洞涡室高度的涡室结构。本实用新型通过有压洞、涡室、通气管、渐变段和竖井有机设置而成。涡室为侧壁设置有进口且竖直设置的圆柱形，涡室的进口与有压洞连通，有压洞向上的方向与涡室中心轴向上的方向呈锐角倾斜设置；涡室的顶部为平顶，涡室顶部中心连接有通气管，涡室底部通过渐变段与竖井连通。有压洞为从上游至下游高度逐渐变大的扩散形，减小了水流进入涡室后向上的流速分量。涡室顶部采用平顶形设计，阻止了涡室边壁旋转水流继续涌高，并匀化了涡室内的压力分布。本实用新型的涡室高度约为顶拱形涡室高度的60％。本实用新型体型简单，易于施工，且降低了施工的工程量。

摘要： 本实用新型公开了一种感热式涡街流量传感结构和使用到该传感结构的感热式涡街流量计，该传感结构包括设置于探杆内部的引流管、设置于探杆迎流面的进气孔、设置于检测头上的排气孔和设置于探杆迎流面的进气挡板，感热式流量传感器设置于引流管内；感热式涡街流量计包括探杆、设置于探杆底部的环形检测头、设置于环形检测头内部的旋涡发生体和该传感结构。通过设置进气挡板避免了管道中的介质直接进入引流管，极大地减少了介质中夹杂的杂质对流量计测量稳定性的影响，提高了流量计的稳定性；感热式涡街流量计引入了温度传感器、压力传感器，实现了流量、温度、压力一体化测量。

摘要： 一种抑制钢管高耸结构涡激振动的自旋破涡装置，包括环形的基座，基座的外壁旋转套装有环形的旋转臂，即基座外壁设置有环形的凹槽，凹槽内设置有滚珠，滚珠嵌入凹槽与旋转臂的内壁之间；所述旋转臂的外壁上固定设置有四个连接臂，四个连接臂围绕旋转臂的轴线均匀设置；所述连接臂的另一端均固定设置有半球壳形的风杯，四个风杯的开口方向一致且与旋转臂的直径方向垂直。总之，本实用新型通过改变结构物表面空气旋涡脱离的规律性，有效抑制了横风向涡激振动对钢管高耸结构造成的危害，减少了经济损失。

摘要： 一种抑制钢管高耸结构涡激振动的双重自旋破涡装置，包括两个上下平行设置的环形的基座，每个基座的外壁旋转套装有环形的旋转臂；所述旋转臂的外壁上固定设置有四个连接臂，连接臂围绕旋转臂的轴线均匀设置；上下基座之间通过矩形板固定连接，矩形板一边与上下基座的连接臂固定连接，矩形板相对应的另一边设置有转动杆，转动杆设置两个且与连接臂平行设置；转动杆远离矩形板的一端转动设置有连接杆，连接杆另一端均固定设置有四个半球壳形的风杯。总之，本实用新型抑制了钢管高耸结构在横风向下产生的涡激振动，提高了钢管高耸结构的安全性，减少了经济损失。

摘要： 本发明涉及一种箱涵式双向流道内流线型消涡结构及其消涡的方法，包括箱涵式进水流道、箱涵式出水流道、喇叭管，所述喇叭管的喇叭管进水口设有流线型消涡结构，流线型消涡结构与喇叭管外缘紧密相接；所述流线型消涡结构剖面轮廓线为圆弧线，剖面轮廓线的内轮廓线、外轮廓线圆心相同；所述流线型消涡结构的俯视方向呈圆环形；所述流线型消涡结构的表面均匀布有若干组透水孔，每组设有若干个透水孔。通过本发明，通过在箱涵式进水流道内设置流线型消涡结构可以显著改善进水流道内部流态，减小流道内回流区范围及回流强度，并能够消除盲端顶板附壁涡。流线型消涡结构可以会有效改善进水流道内流态，减弱喇叭管前后回流强度，起到整流作用。