国家自然科学基金(10602044)
- 作品数：9 被引量：39H指数：4
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- 相关机构：西安交通大学中国电力工程顾问集团华东电力设计院更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金教育部“新世纪优秀人才支持计划”国家高技术研究发展计划更多>>
- 相关领域：动力工程及工程热物理航空宇航科学技术更多>>
- 涡旋射流控制逆压梯度平板边界层分离的涡结构研究被引量：4
- 2012年
- 为了研究涡旋射流控制边界层分离的物理机理,设计、搭建了涡旋射流控制逆压梯度平板边界层分离实验台,在此基础上对低雷诺数下平板边界层分离及射流控制进行了实验和数值研究.通过对比不同射流控制方式的统计特性及射流控制效果,揭示了射流流场大尺度相干结构的演化规律.射流瞬时流动细节的研究表明:发卡涡和类发卡涡是逆压梯度环境下直射流和斜射流中比较典型的涡结构;在斜射流中,随着类发卡涡的发展,射流孔下游发展成熟的类发卡涡涡腿外侧出现了不断增强的次生流向涡结构;次生涡结构对壁面附近能量的增大和质量的输运、耗散具有重要的作用.经对比发现,斜射流控制流动分离的效果明显优于直射流.
- 张荻樊涛蓝吉兵谢永慧
- 关键词：大涡模拟
- 涡旋射流控制扩压器分离流动的大涡模拟被引量：7
- 2008年
- 为研究涡旋射流对湍流边界层分离控制的机理,基于大涡模拟方法建立了具有涡旋射流、扩张角为14°的圆锥扩压器数值分析模型,计算结果与相应试验数据吻合良好,验证了计算模型的合理性与精确性。通过对特征截面上流场参数的详细分析,获得了射流导致的复杂涡系形成过程,发现了射流孔附近的强涡来源于剪切层涡,剪切层涡经过破碎和耗散,在射流下游近区发展为强弱不对称的反向涡对,在下游远区形成一个纵向涡旋,该涡旋将主流流场边界层外的高能流体卷入到边界层内,增加了边界层内部的流动能量,从而延缓或抑制了流动分离。与相同条件下未采用涡旋射流控制的扩压器相比,其压力恢复系数增加19.8%,表明涡旋射流是一种有效的边界层分离控制方法。文中还分析了不同射流孔数和射流倾斜角对于压力恢复系数的影响,发现选择合适的涡旋射流孔数及其射流倾斜角等参数,可以更有效的控制扩压器内流动分离。
- 樊涛谢永慧张荻
- 关键词：大涡模拟
- 矩形扩压通道内流动控制的实验与数值研究被引量：2
- 2010年
- 采用粒子成像测速技术和大涡模拟方法对带有涡旋射流的矩形扩压器分离控制的流场进行了实验和数值分析,数值计算结果与实验数据吻合良好。通过分析实验和计算得到相关截面速度和涡量分布,讨论了涡旋射流的二维涡结构;同时应用三维涡识别技术获得了射流产生各种涡旋结构的流动形态,重点研究射流流向涡结构的生成、发展等动力学演化过程。结果表明:射流剪切层涡系的结构随着时间推移从涡卷演化为了涡环;射流孔口前缘的马蹄涡系具有较强的稳定性,反向涡对具有明显的时均特性。此外还通过对比射流控制前后扩压器表面压力系数、分离区长度、扩张段流动形态及观测点功率谱分析等多种方式探讨了射流控制流动分离的控制效果,并指出射流在下游远场形成的纵向涡旋将主流流场边界层外的高能流体卷入到边界层内,增加了边界层内部的流动能量,从而延缓或抑制了流动分离。
- 谢永慧樊涛张荻叶冬挺王顺森
- 关键词：大涡模拟
- 采用球窝控制边界层分离流动的大涡模拟被引量：4
- 2010年
- 用具有逆压梯度的平板分离流动模拟低压透平叶片吸力面的分离流动,采用基于动力Sma-gorinsky亚格子应力模型的大涡模拟对逆压梯度条件下布置在平板上单个球窝的流动特性及球窝对边界层分离流动控制的效果进行了研究,详细考察了球窝前沿边界层厚度和球窝深度的比值R分别为0.378、0.994和1.453时球窝的流动特性和控制性能.结果表明:R较小时控制性能最好;球窝内部的马蹄涡对球窝的流动起主导作用;球窝内的马蹄涡周期性脱落并在球窝尾迹区形成发夹涡排,发夹涡涡腿紧贴壁面形成流向涡,流向涡卷吸主流高能流体,由此增强了边界层能量.马蹄涡和发夹涡排对分离流动控制起主要作用.
- 蓝吉兵谢永慧张荻
- 关键词：大涡模拟
- 合成射流控制下低压高负荷透平叶片边界层分离大涡模拟被引量：2
- 2011年
- 为了研究合成射流对低压高负荷透平叶片边界层流动分离进行控制的效果及机理,采用大涡模拟方法对利用合成射流控制低压高负荷透平Pak-B叶栅内的非稳态流动分离特性进行了研究.在合成射流控制下的结果表明:Pak-B叶栅吸力面流动分离位置变化不大,再附位置明显提前,叶栅吸力面尾缘区域逆压梯度明显减小,总压损失系数降低,分离泡尺寸缩小;叶栅吸力面大部分剪切层黏附于壁面,也未出现大尺度二维展向涡,静压脉动特征频率向高频转移,低频脉动幅值降低,大尺度涡旋结构发生变化.通过研究还发现:在吹气过程中,边界层外部高能流体被射流卷吸进入边界层内,边界层内流体能量增大进而抑制了分离;在吸气过程中,射流孔上游区域边界层厚度减小,流速增大,从而抑制了下游流动分离.
- 叶冬挺张荻蓝吉兵谢永慧
- 关键词：合成射流大涡模拟
- 低压高负荷燃气透平叶片边界层分离转捩数值模拟与流动控制被引量：9
- 2009年
- 采用剪切应力输运(shear-stress-transport,SST)湍流模型耦合γ-Reθ转捩模型,通过求解三维定常雷诺时均Navier-Stokes方程(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)对典型的低压高负荷燃气透平叶片PakB吸力面边界层分离转捩流动进行数值模拟,计算结果显示,该方法能较准确地预测低压高负荷叶片吸力面边界层的分离转捩发展过程。此外在PakB叶片吸力面发展了一种展向呈矩形的被动控制结构。研究表明,该控制结构可以使叶片吸力面边界层分离泡的分离点和再附点向上游移动,并使边界层提前转捩,减小了分离泡的尺度,从而降低叶片的总压损失系数。
- 蓝吉兵谢永慧张荻
- 关键词：燃气透平高负荷
- 低压透平叶栅边界层分离再附的大涡模拟被引量：12
- 2009年
- 低压透平叶片由于雷诺数较低,叶片边界层大部分区域是层流流动,而低压高负荷叶片,由于负荷的增加导致叶片吸力面尾部逆压梯度增大,层流边界层内能量较低,在大逆压梯度的作用下很容易产生边界层分离,分离的边界层发生转捩,并在叶片吸力面尾部再附。采用三维非稳态N-S方程的大涡模拟方法对典型低压透平叶栅T106不考虑上游尾迹影响的边界层分离、湍流再附等流动现象进行研究,该叶栅基于弦长和喉部速度的雷诺数为5×105,获得的叶栅静压分布、吸力面边界层分离与再附位置与试验数据吻合较好,同时对具有相同雷诺数不同入流角及相同入流角不同雷诺数时吸力面边界层分离再附位置的时空变化、分离泡的尺度以及涡旋非定常动态特性进行了深入研究,得到了2个参数对叶栅边界层分离的影响。
- 张荻舒静蓝吉兵谢永慧
- 关键词：大涡模拟边界层
- 微通道中球窝/球凸强化传热特性研究被引量：7
- 2011年
- 为了解决微机电系统高热流密度的散热问题,采用数值方法对在宽度为50μm、高度为200μm的矩形截面微通道内布置球窝/球凸结构的传热特性进行了研究,通道的Re为100~900,流向间距为1.5到3.5倍的球窝直径,同时研究了球窝/球凸的叉排和顺排对微通道传热特性及流动规律的影响.结果表明：在微通道内布置球窝/球凸后,Nu与光滑微通道的Nu0比值为1.28~4.77,其数值基本和常规通道范围一致;范宁摩擦系数f同光滑微通道的f0比值范围为1.11~2.04,上限与常规通道的一致,下限较之常规通道的小.随着Re的增加,Nu/Nu0和f/f0近似线性增加;相同Re下,叉排的Nu/Nu0和f/f0大于顺排;相同排列方式下,随着流向间距的减小,Nu/Nu0和f/f0增加.叉排的热性能明显优于顺排;微通道中布置球窝/球凸的节能效果明显优于常规通道中布置球窝/球凸的情况.
- 蓝吉兵谢永慧张荻
- 关键词：微通道数值模拟传热
- 定常与脉冲涡旋射流下矩形扩压器流动分离控制研究
- 2010年
- 为了研究涡旋射流控制流动分离的物理机理,基于大涡模拟方法对涡旋射流控制下的矩形扩压器流场和射流流向涡结构的生成、发展等动力学演化过程进行了数值研究.结果表明:射流产生的流向涡将主流高动量气流带入分离区,增加了边界层内气流流动方向的动量,使流动分离得到了抑制.射流流场的涡结构主要由射流剪切层涡、马蹄涡、尾涡组成,由于速度梯度大小的变化,使得射流剪切层涡系的结构随着时间推移从涡卷演化为涡环.对于脉冲射流,在低频脉冲下,射流产生的流向涡呈涡卷结构,流动控制效果明显.在高频脉冲下,射流剪切层涡演变成间歇涡环结构,流动控制效果减弱.通过对比脉冲频率和占空比对流动控制的影响发现,占空比为0.5、频率为20Hz的脉冲射流具有较好的流动控制效果.
- 谢永慧樊涛张荻
- 关键词：大涡模拟涡结构
