摘要：设计了一种新的螺旋分离器,采用CFD数值模拟技术对螺旋分离器的入口管段、螺旋分离段及出口管段内流体流动速度场及压力损失分布特性进行了分析,结合piv流场测试试验对分离器的入口管段和出口管段内流体流动速度场进行了测量和对比分析。介绍了螺旋分离器油水分离的工作原理、结构参数及piv实验流程。结果表明:该螺旋分离器螺旋导流效果明显,在螺旋分离段及出口管段内具有持续时间长、离心分离强的螺旋流分离流场;流体流过螺旋分离段后,在出口管段内可形成稳定的螺旋流场;通过对比分离器内入口管段及出口管段piv试验速度测量值与数值模拟值,结果吻合良好,验证了模拟结果的可靠性;通过分离器的压力损耗分析,指出了螺旋分离器的主要压力损耗位置,设计工况下的分离器最大压力损耗不超过90kPa。

摘要：为研究屋盖积雪对低矮平屋面风场特性的干扰影响,基于风吹雪风洞试验,通过3D打印获得平屋面的3D积雪形态,并以无积雪模型作为对照,系统地开展了piv (particle image velocimetry)风洞试验,并结合LES(large eddy simulation)方法,研究了6组平屋面建筑有无积雪时的流场分布特性.试验研究表明:当无积雪时,来流在屋面前缘处分离后能形成典型的分离泡流动,分离泡内速度场存在明显逆流现象;当有积雪时,屋面上方的逆流减弱甚至消失,积雪显著地加快了流经屋面附近流场的速度,其最大速度增量约为0.6,同时,流线分布更贴合模型壁面,速度梯度增大,也相对增大了涡量值;积雪会使得屋面上方整体的时均湍动能和切应力均减小,但对屋面迎风区域的平均和脉动风压均有增大作用,其增大比值约为15%和20%.通过该研究可进一步对低矮建筑的风雪荷载作用机理展开分析,为屋盖结构的抗风雪设计提供参考.

摘要：为了研究轴流泵内部流动数值模拟中不同湍流模型的适用性,分别采用standard k-ε模型、RNG k-ε模型、SST k-ω模型以及大涡模拟(LES)方法,基于结构化网格与网格滑移技术,对叶轮直径为200 mm、名义比转数ns为700的模型轴流泵进行了性能预测和全流场数值模拟;计算了水泵的扬程和效率,并与在水泵试验台上测试得到的外特性结果进行了对比和分析.结果表明,在最优工况附近,standard k-ε模型、RNG k-ε模型和SST k-ω模型都能较精确地预测轴流泵的外特性,基于RNG k-ε湍流模型的扬程和效率误差相对较小;在非设计工况下,不同湍流模型具有不同的特性.在0.8Qopt,1.0Qopt和1.2Qopt工况下,针对叶轮与导叶间的轴向间隙处进行了piv内部流场测试;将各个湍流模型下的数值模拟结果与piv的测量结果进行比较,发现基于雷诺时均方程的3种湍流模型的内流场流线与piv的测量结果进行比较,发现基于雷诺时均方程的3种湍流模型的内流场流线与piv的试验结果具有基本相同的趋势性,从而证明了数值模拟计算的可靠性和有效性;而采用LES计算得到的流场与piv测量结果产生一定的偏差.同时,对轴流泵在不同流量工况下内流场的流动结构进行了分析.

摘要：惯性粒子分离器因具有流动损失小、砂尘分离效果明显的特点而成为直升机发动机进气道的标准配置。论文采用piv测速技术对惯性粒子分离器矩形截面模型进口、中心体驼峰区域、清除流(包括分叉区域)、主气流流场在高速进气状态下,进行分段测量,研究了该模型流道在设计型线下的流动特性;对比数值计算,显示出该流场的局部流动细节结构。进一步地验证了湍流模型数值计算方法可应用于惯性粒子分离器流道流场特性的研究。

摘要：首先,针对阵列式涡流发生器(VGs)参数化建模,考虑VGs叶片间相互干涉作用,给出了一种新的最大涡环量计算方法,来提高加VGs叶片的CFD模拟的精度和效率;研究结果显示该模型最大环量值计算精度较单VG叶片模型有明显地提高。其次,对平板上不同间距、不同攻角的一对VGs在三种不同来流风速下进行了piv实验研究与参数化建模CFD研究,获取了0.7倍VGs高度处的速度矢量图,并进行了对比。对比分析发现:二者矢量图所反映出的规律基本一致,验证了阵列式VGs参数化模拟方法的可行性。

摘要：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。

摘要：利用粒子图像测速(Particle image velocimetry,piv)试验技术,开展了共轴刚性旋翼桨尖涡尾迹以及桨叶周围流场的测量试验,获得了单/双旋翼桨尖涡的运动轨迹以及桨尖诱导速度分布,研究了旋翼前进比对尾迹边界倾斜角的影响规律,进行了大前进比下强径向流对桨叶周围流场的影响机理研究。结果表明:强径向流具有增强气流附着性、减缓气流分离以及延迟失速的特性,前进比μ=0.64比μ=0.53后缘分离点延迟了约18%;后行侧反流区前进比越大反流强度越强;悬停状态双/上旋翼涡收缩性最快,单旋翼尾迹涡收缩性次之,下旋翼尾迹涡收缩性最慢。测量结果合理可信,为开展旋翼流动机理理论研究及提高CFD分析精度奠定了基础。

摘要：采用加大设计流量的方法设计了一副3叶片低比转数离心泵叶轮,利用2DP IV系统测量设计转速时4种不同流量工况下同一叶槽内的流场,获得了叶槽内的瞬时流场图,进一步处理得到流场的速度矢量图和等值线图.测试结果表明,叶槽内部的流动呈非对称状态,在进口部位压力面存在局部低速区,可能产生回流.此项研究为改进叶轮设计方法提供了依据.

摘要：为确保轴流泵能够长期、稳定、安全运行。以某轴流泵为分析案例,进行了CFD内部流场的数值计算,得到了水泵内部流场的流线、速度以及压力分布规律。同时,为了验证水泵的真实流态,制作了试验模型,并展开了piv粒子成像试验。从试验结果来看,效率比仿真值低,但二者具有相同的变化规律,由此论证了数值计算结果的准确性。为后续该水泵结构的优化设计,奠定了基础。