具有随行波表面的管道流场仿真研究及分析

对内壁具有不同尺寸的V型和半圆型随行波的管道流场进行了多个速度下的数值仿真计算,获得了各模型的微观流场及减阻规律。在建模过程中为减小计算量,采用了二维管道剖面代替三维管道模型的方法,并基于完整性和计算稳定性考虑选用了湍流RNGK-ε模型进行计算。仿真结果表明:在流动中,管道内壁随行波产生的旋涡有利于壁面的减阻,并且旋涡大小与随行波的尺寸有关,减阻效果会随着随行波尺寸的变大而减弱。在仿真速度条件下,半圆型随行波的减阻效果要优于V型随行波。     

雷诺数对沟槽减阻特性影响的数值分析

采用雷诺平均N-S方程和RNGk-ε湍流模型计算V型沟槽面的湍流边界层流动和黏性阻力,通过改变来流速度大小和沟槽面布置位置,研究了雷诺数对沟槽减阻特性的影响规律。计算结果表明,来流速度对沟槽减阻率的影响很大,对于一种尺度的V型沟槽,存在着一个具有较好减阻效果的来流速度范围,最大减阻率可达8.6%;沟槽面在沿来流方向上的布置位置对其减阻效果的影响则非常小。     

随行波表面减阻降噪机理探索

通过对随行波表面特殊流场的数值模拟研究,探讨了随行波表面存在减阻降噪效果的内在机理.针对随行波表面流场的特点,在数值计算过程中对其计算域、计算网络及其流动参数进行了合理化的处理.模拟结果表明随行波表面存在减阻降噪效果的内在机理在于:随行波表面连续的沟槽结构使得壁面附近的流动在波谷处产生了稳定的二次流,即来流在随行波表面引发形成一排平行人工涡,从而使自由来流在平行人工涡上流动,而不与壳体表面接触,起到了类似"滚柱轴承"的作用,从而达到减阻降噪的目的.对随行波表面流场的模拟研究,对深入揭示其潜在减阻降噪机理具有一定的意义.     

某新型减阻试验台理论仿真

针对现今水洞、风洞减阻试验准备过程繁琐、周期长、费用昂贵等问题,根据同轴旋转粘度计原理.提出了针对脊状结构减阻、涂层减阻等减阻技术的新型试验台.通过选取V型和U型两种脊状结构,对试验台模型进行模拟仿真计算,将具有脊状结构的试验台壁面剪切力值和湍流强度与光滑试验台数据进行比较,得到了较好的减阻效果.从而说明运用本试验台进行减阻试验的方案是切实可行的.     

棱纹面与洛仑兹力对湍流边界层特性影响的比较

用氢气泡技术对棱纹面平板以及施加行波式洛仑兹力的平板水边界层开展流动显示实验研究,探讨棱纹面与行波式洛仑兹力影响湍流边界层相干结构的作用机理.实验结果表明,棱纹面与洛仑兹力促进了边界层由层流向湍流的转捩;而对于湍流边界层,在一定的无量纲参数范围内棱纹面与行波式洛仑兹力都能实现边界层的局部减阻,相应地湍流边界层粘性底层低速条带平均间距有所增加.     

平板湍流边界层内气泡流流动实验研究

在低湍流度水槽里 ,利用片光源显示了平板气液两相湍流边界层内气泡流的流场结构 ,研究了平板安装位置、来流速度、喷气方式等参数对湍流边界层内气泡流的影响 .利用激光测速技术测量了平板水平放置时气泡流最外缘处的水平速度及厚度 .结果表明 :平板喷气减阻的原因在于喷气改变了平板湍流边界层的流动结构 ,抑制了湍流     

传热对水边界层流动的影响

本文评述了壁面传热对水边界层流体流动及其阻力的影响,同时分析了加热减阻的应用及其影响因素。传热不仅对层流流动、层流向湍流的转捩以及湍流流动有明显的影响,而且对流动分离以及由分离引起的空化也有显著影响。以热脉冲加热的主动式加热方式既可用来产生和消除边界层的T-S波,也能用来控制边界层的分离。因此,热控制技术可望在控制边界层转捩和分离,减小流动阻力等方面得到应用。     

回转体表面不同尺寸脊状结构的减阻数值仿真

将脊状表面减阻技术应用于水下回转体,对回转体表面不同尺寸的V型脊状结构在多个速度下进行了数值仿真计算,发现了脊状结构的尺寸对回转体脊状表面减阻效果的影响规律.针对回转体脊状表面的流场特性,在进行数值仿真时合理选择了计算模型、计算流域、计算网格及边界条件.仿真结果表明:在同一速度下,相对光滑表面而言,回转体脊状表面所受的压差阻力略有增大,但占总阻力份额80%以上的粘性阻力显著降低,从而形成减阻效果;当V型脊状结构的宽高比等于1时,减阻效果最佳;对于同一个回转体脊状表面,低速下的减阻效果明显优于高速.     

管道热边界层减阻理论的应用研究

全面研究了高粘性液体管道流动的热边界层减阻理论的应用。利用管道热边界层理论中关于边界层的温度分布及层流、紊流时热边界层厚度的计算表达式,推证了管壁热流量及定性温度的计算表达式,利用指数型的粘温特性方程,采用积分方法推出了管道热边界层流动中层流和紊流摩擦水头损失的计算公式,并给出了设计应用实例。计算结果表明,对于高粘液体短管输送,其流动一般均为边界层入口段,热边界层减阻的最佳范围大致是管长L≤5km,管径D≤200mm。     

小尺度矩形截面风洞的壁湍流流场测试

通过对小尺度矩形截面风洞内时均速度、湍流度、湍动能等湍流特性的测试,研究了基于该类风洞开展壁湍流相关技术试验的可行性,并以沟槽表面流场为例进行了测试验证。该风洞试验段截面尺寸为400mm×100mm,试验中瞬时流速的测量采用配置单直丝探针的IFA300恒温式智能型热线风速仪。试验数据处理时,壁面摩擦速度的计算采用基于对数律公式的拟和计算方法。测试结果表明,该小尺度风洞在较低风速下即可实现充分发展的湍流流动,且不同风速下试验段内湍流特性均与充分发展壁湍流边界层基本一致,可方便地应用于特种表面减阻等壁湍流相关技术的试验研究。