基于VOF算法在OpenFOAM开源平台上开发了可压缩跨音速两相流求解器,开展高压水射流的三维瞬态数值模拟。将流场划分成四个区域进行单独的分析,根据速度及液相分布探讨了喷嘴内的流动状态,基于Q准则揭示了流场的漩涡结构分布,分析了各区域的漩涡形态及形成原因,并研究了射流液核的演变过程,揭示了喷嘴出口下游散落液滴的形成机理、液核的一次雾化效应及冲击挡板引发的迅猛破碎。研究表明,挡板表面冲击压力的非均匀性分布与液核的演变存在高度的相关性。数值模拟获得的精细流场结构为对相关的应用研究提供参考。

以降低某汽车后桥准双曲面齿轮搅油阻力为目的,基于VOF(Volume of Fluid)两相流模型及标准k-ε湍流模型建立了汽车后桥三维数值模型,分析了后桥准双曲面齿轮搅油功率损失机理;提出了将准双曲面齿轮由螺栓连接改为去除螺栓结构并在其两侧面增加挡板以减少搅油阻力的方法。通过Fluent仿真,对改进前后汽车后桥准双曲面齿轮搅油阻力进行了分析,与经验公式进行对比并进行了试验验证。结果表明,仿真分析及试验结果有较好的一致性;经验公式与仿真结果吻合度较高但小于试验值;适当的结构改进及挡油板的加入可显著降低后桥搅油阻力;随着转速升高,阻力减少数值越大,最高减阻可达35.9%。

为了得到吸水井内部流场分布和判断旋涡产生情况,为吸水井设计和优化提供依据,本文通过Fluent对吸水井流场进行数值模拟。数值模拟采用分离求解器,标准k-ε模型,VOF模型,SIMPLE算法。通过数值计算,得到了不同工况下吸水井的流场分布情况和旋涡产生情况,并分析了两种工况下吸水井出水管流场的不同。

对于部分充液的圆柱箱体中液体晃动，自由液面对晃动阻尼的影响显著，特别当自由液面在挡板附近，流动更加复杂。为了更加准确地计算带挡板的部分充液圆柱箱体中液体晃动阻尼，采用基于有限体积法的VOF方法模拟箱体中带有自由液面的流体流动。自由液面的重构采用具有二阶精度的分段线性重构方法，界面通量计算采用一步算法，计算了不同充液高度均匀布置的三块半圆形挡板对液体晃动阻尼的影响，得到了阻尼比随液位的变化曲线，获得了该型式挡板的阻尼性能。

利用PIV试验和数值模拟两种方法研究了三种进口结构对吸水池自由液面的影响，试验利用PIV系统测量自由液面，数值模拟采用VOF两相流模型，并对两种方法进行了对比，发现数值模拟方法可以模拟自由液面的变化，在细部结构的刻画上需要改进。研究结果表明，三种进口结构收缩段后面的自由液面均发生了跌水现象，不同结构对自由液面的形态和吸水池内的湍流度影响很大，采用扩散锥管可以降低湍流度，台阶增加吸水池的湍流度，提出了在吸水池的进口设计上采用无台阶的扩散型。

利用PIV试验和数值模拟两种方法研究了三种进口结构对吸水池自由液面的影响,试验利用PIV系统测量自由液面,数值模拟采用VOF两相流模型,并对两种方法进行了对比,发现数值模拟方法可以模拟自由液面的变化,在细部结构的刻画上需要改进。研究结果表明,三种进口结构收缩段后面的自由液面均发生了跌水现象,不同结构对自由液面的形态和吸水池内的湍流度影响很大,采用扩散锥管可以降低湍流度,台阶增加吸水池的湍流度,提出了在吸水池的进口设计上采用无台阶的扩散型。

为了研究双螺杆压缩机在不同喷油工况下流场力学特性和优化喷油效果,建立了双螺杆空压机工作过程的数值计算模型。采用计算流体力学(CFD)和多相流(VOF)模型对螺杆压缩室内的油分布和温度场进行研究。通过对喷油口的直径、位置、个数进行比较分析,研究发现,2个喷油口注油比单个喷油口注油存在明显优势,单侧喷油即使增加喷油量,对油液分布影响不大且会增加功率;双侧喷油使得压缩机腔室油液分布和温度分布更加均匀;在相同的喷油量下,双侧喷油比

为可视化内部流场采用Fluent软件对警用脉冲防暴水炮炮管内高压气体冲击静态液柱的过程进行了三维数值模拟得到了重力作用和无重力时的三维气液界面形状分析了不同时刻管内的速度和压力变化情况将压力模拟值与理论计算值进行了比较分析。从模拟结果可以看出重力对于界面形状影响较大液柱加速过程开始呈线性增加当t〉0.01 s时呈指数形式增加管内压力模拟值与理论值基本吻合。验证了CFD软件用于水炮内流场研究的可行性所得结论对于水炮改进设计