流体矢量喷管重量轻,便于维修,应用前景可观。但二次流的存在造成了流场振荡,因此研究矢量喷管的流动特性具有重要的理论和工程意义。运用数值模拟方法,通过在二元收扩(2DCD)喷管的扩张段引入二次流,研究激波控制的流体推力矢量喷管的气动特性。利用分离涡模拟(DES)湍流模型进行矢量喷管非定常流场的数值计算,先后得到了流场的流线、涡量系数、密度梯度和熵的分布。结果表明:随着流动的发展,激波不断发生振荡,上、下壁面唇口处生成的涡沿着剪切层外侧不断向下游脱落;尾流内上剪切层的摆动角度和熵增皆大于下剪切层。

为研究双叶片泵内非定常流动特性,采用RNGk-ε模型对由叶轮水体、蜗壳水体及叶轮进口延伸段水体组成的三维计算区域在设计工况下进行了非定常计算.比较了不同时刻泵内静压和相对速度的分布情况,同时分析了双叶片泵内压力脉动的时域图与频谱图以及瞬时扬程的变化.结果表明,在不同时刻同一流道的静压及相对速度分布并不相同,同一时刻不同流道的静压及相对速度分布也不相同,这主要和流道与隔舌的相对位置有关;双叶片泵内存在明显压力脉动,其中隔舌处的压力脉动最为剧烈.随着与隔舌距离增大,压力脉动强度逐渐减弱,压力脉动的主频等于叶轮转频与叶片数的乘积.该模拟对掌握双叶片泵内的流动规律、减少水力损失、提高泵效率提供了一定的理论依据.

针对民机在着陆构型下增升装置打开时出现的升力系数迟滞现象,运用嵌套网格技术对给定模型进行网格划分并进行定常、非定常数值模拟,分析迟滞情况。结合增升装置打开时间短,迟滞量尽可能小的优化方向,运用遗传优化算法进行计算。增升装置最优打开方案与通过拉丁超立方抽样法生成的初始样本相比,升力系数迟滞量明显减小,气动特性有较大改善。

对于进出口管道开口的大型船用离心风机,其内部非定常流动诱发的噪声是气动噪声和振动噪声的耦合且噪声以基频为主。本文通过数值计算方法定量研究了风机最高效率点(BEP)的基频噪声辐射,包含叶轮气动噪声、壳体气动噪声和壳体振动噪声。基于声学有限元方法,利用FW-H方程耦合URANS流场计算结果数值计算了离心风机的噪声辐射;以流动诱发壳体振动的压力脉动为噪声激励源,基于声学有限元方法,计算了壳体振动噪声辐射。结果表明,壳体基频气动噪声是风机噪声的主要贡献量(87 dB),其次是叶轮基频气动噪声(71 dB),壳体基频振动噪声最小(57 dB)。噪声叠加使总噪声辐射增加了0.9 dB,但是声场的指向性没有发生变化。

为探究受涡轮动、静叶片单独及共同作用下的轮缘密封结构封严与入侵的精细流动机理,通过SST湍流模型,对处于无叶片、仅存在动叶、仅存在静叶、动静叶均存在的4个不同环境中的典型轴向密封结构进行非定常数值模拟。结果表明:动、静叶片通过改变轮缘密封间隙出口处高、低压区之间的面积与压差,和增加间隙内的再循环及泰勒-库特型流动强度,以及使盘腔内回流涡的位置沿径向下移等方式对间隙和盘腔内的封严性能产生负面影响;且动叶的存在可抬高出流冷气进入主流时的径向高度,静叶的存在可导致入侵区中大尺度间隙涡的出现并使其在近静盘顶部位置的封严性能急剧恶化;相比于无叶片结构,受动、静叶单独及共同作用的间隙中部的最小封严效率分别降低约0.22,0.25和0.44,间隙底部的最小封严效率分别降低约0.08,0.13和0.36。间隙中部及近静盘顶部位...

汽轮机轴封内流动是在现代高效汽轮机中最复杂的流动之一。其内部流场的准确预测,可提高汽轮机运行的安全性和经济性。为研究汽轮机轴封的密封性能,利用ANSYS仿真软件的非定常雷诺平均Navier-Stokes(URANS)模型对自主设计的轴封系统内流场、压力场进行预测,通过计算局部压力和速度,预测轴封内蒸汽流动特性和轴封密封性能。仿真结果显示,不同条件下的流动在轴封流动的不稳定,提高轴封入口压力和降低梳齿与凸轴间隙可促使轴封内的涡流更明显,节流降压情况更为显著,其机械密封效果更好。

选取65zw30-40污水自吸泵为研究对象,基于Mixture多相流模型和RNGk—ε湍流模型,采用Fluent软件对包含腔体在内的污水自吸泵全流体域进行非定常模拟。结果表明叶片吸力侧的沙粒体积分数明显高于压力侧,叶轮入口及叶片尾缘处沙粒的体积分数较高;涡室内沙粒主要分布于涡室外缘靠近叶轮前盖板侧,随时间的增加涡室内沙粒体积分数较大的区域随叶轮的转动发生变化;腔体的沙粒主要分布于腔体的外缘,内部沙粒分布较为均匀。随时间的增加,污水自吸泵内两相的流动情况及沙粒的分布趋于稳定。随沙粒直径增加,输送流体阻力增大,自吸泵内流体的最大速度逐渐减小。计算域中引入了腔体流体域,与泵在实际运行时的情况更加符合,使结果更加准确。

位于大气边界层中的建筑结构受到非定常的风速影响会导致其结构破坏。为研究该现象,在风洞实验室中恰当地模拟大气边界层环境,不但要实现稳定风速的模拟,而且变动风速也要满足一定要求,即是阵风谱(Gustspectrum)的模拟。旨在通过分析影响风洞实验段风速的因素,采用改变动力段对电机输入的功率来实现要求的阵风谱,并在实际风洞中进行验证。结合流体力学原理,通过对空气以及动力系统进行分析来建立守恒方程,应用Matlab软件进行数值计算。模拟出在风速达到稳定后,输入正弦电压得到实验段的风速。模拟结果表明,在实验段风速呈现正弦曲线,经快速傅里叶分析与电压频率一致。经试验验证后与模拟结果吻合,振幅与风洞对应输入功率所标定的风速一致,故可用该方法模拟产生规定阵风谱下的非定常风。

为了研究不同导叶数混流泵内部流场压力脉动情况,应用商业软件Numeca分别对模型1(4叶片、11导叶数)和模型2(4叶片、7导叶数)进行非定常数值模拟。通过设置监测点,得到了叶轮和导叶位置的压力脉动结果并进行频域分析。结果表明,模型1和模型2的叶轮内,工作面尾缘的脉动幅值大于前缘,背面前缘的脉动幅值大于尾缘,压力脉动最大值出现在叶片工作面尾缘,而导叶内压力脉动幅度均由叶片前缘到尾缘逐渐减小。除此之外,随着导叶叶片数增多,叶轮叶片工作面尾缘最大压力脉动幅值位置的压力脉动幅值增大,可以采用减少导叶叶片数的方法降低此部分的压力脉动幅值。

采用调整混流泵径向间隙的方法，设计了蜗壳基圆直径为280、290、300mm的计算模型，并对其进行了定常和非定常计算．通过对3种模型进行非定常数值计算，得到了不同基圆直径混流泵的压力脉动特性并对其进行比较分析．结果表明：叶轮旋转时叶片和隔舌的动静干涉作用导致蜗壳近壁面各监测点的压力脉动具有明显的周期性；在相同流量下，径向间隙越小，监测点频域振幅越大；隔舌处监测点压力脉动幅度大于其他监测点幅度．对基圆直径为290mm的泵进行数值模拟与外特性试验研究，泵模拟效率为82．3％，试验效率为80％，模拟效率比试验效率高2．3％．对比两者结果可知：数值模拟的结果是可信的．