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Omega涡识别方法与Q准则法的对比研究

Omega涡识别方法与Q准则法的对比研究

波浪与新型双排开孔圆筒防波堤相互作用三维数值模拟

2019年全国工业流体力学会议

作者：王笑语张宇宁华北电力大学(北京)电站设备状态监测与控制教育部重点实验室华北电力大学(北京)能源动力与机械工程学院

近年来,Omega涡识别方法被广泛应用于水力机械、航空航天等领域。Omega方法因涉及到一个经验常数,其应用受到一定限制。本文发现该经验常数并非必须,并基于一个二维经典算例的流场数据,对Omega方法和Q准则法的涡识别结果进行了详细对比... 详细信息

近年来,Omega涡识别方法被广泛应用于水力机械、航空航天等领域。Omega方法因涉及到一个经验常数,其应用受到一定限制。本文发现该经验常数并非必须,并基于一个二维经典算例的流场数据,对Omega方法和Q准则法的涡识别结果进行了详细对比分析及定量统计。结果表明,与Q准则相比,Omega方法涡识别结果的准确性不受主观阈值选取的影响,并且能够同时识别强、弱涡结构,具有更好的识别结果。

关键词： Omega方法 Q准则涡识别伽利略不变性

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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力学学报 2023年第4期55卷 845-857页

作者：邓斌尹龙斌黄姣凤熊凯蒋昌波长沙理工大学水利与环境工程学院长沙410114 水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室长沙410114

双排开孔圆筒防波堤是基于圆筒、板式结构的一种复合式新型结构型式;基于不可压缩两相流模型建立三维数值波浪水槽,通过RNG k-ε湍流模型进行湍流封闭,并采用TruVOF方法捕捉自由液面,开展波浪与双排开孔圆筒防波堤相互作用数值模拟,探... 详细信息

双排开孔圆筒防波堤是基于圆筒、板式结构的一种复合式新型结构型式;基于不可压缩两相流模型建立三维数值波浪水槽,通过RNG k-ε湍流模型进行湍流封闭,并采用TruVOF方法捕捉自由液面,开展波浪与双排开孔圆筒防波堤相互作用数值模拟,探究相对排间距、开孔率对新型双排开孔圆筒防波堤消浪性能的影响,分析了后排开孔圆筒防波堤附近的复杂水动力现象和流动特性.结果表明,在本文研究工况范围内,沿程平均波高随相对排间距的增大先增大后减小,随开孔率的增大而增大,周期对沿程平均波高的影响没有明显规律;当B/D=9,e=23.11%时,新型双排开孔圆筒防波堤消浪效果最优,反射系数在0.4~0.46之间,透射系数在0.3~0.35之间,耗散系数在0.8~0.85之间;自由液面破碎、水气掺混、环状涡运动演化是新型双排开孔圆筒防波堤紊动耗能消波的主要原因;相对排间距会引起后排防波堤附近涡量分布以及剪切层形态的变化,从而导致不同的紊动特性,影响双排开孔圆筒防波堤消浪特性.研究结果可以为新型双排开孔圆筒防波堤工程设计与消浪机理研究提供理论支撑.

关键词：消浪特性流动特性射流剪切层 Q准则环状涡

相同叶栅稠密度下叶片数对复合式叶轮内流场的影响

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机械工程学报 2022年第14期58卷 320-327页

作者：宁超袁寿其李亚林徐慧郑峰江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心镇江212013 宁波方太厨具有限公司宁波315336

由于复合式叶轮的复杂结构,叶轮中会产生间隙涡、轴向旋涡等涡结构,这些涡会严重影响流体机械的内流场及外特性。为了揭示叶片数对新型开放式水泵水力性能及内部流场的影响,采用k-ε湍流模型,对相同叶栅稠密度下四种不同的叶片数方案进... 详细信息

由于复合式叶轮的复杂结构,叶轮中会产生间隙涡、轴向旋涡等涡结构,这些涡会严重影响流体机械的内流场及外特性。为了揭示叶片数对新型开放式水泵水力性能及内部流场的影响,采用k-ε湍流模型,对相同叶栅稠密度下四种不同的叶片数方案进行了数值模拟,研究了各方案叶轮的内流特征,结果表明蜗壳的双隔舌设计对叶轮流道内的流场产生影响,叶轮内流动呈现交替变化的规律,叶轮进口和出口受到较高的湍流作用而中心处涡强度相对较低。随着叶片数的增大,复合式叶片的水力性能升高,叶轮内压力减小但涡量明显增大,涡的强度也随之增大。通过Q准则对涡结构的识别,分析了不同截面处涡团的分布,结果表明叶片尾缘脱落涡与二次流相互作用在叶轮吸力面产生大量的涡结构。叶顶间隙的泄漏涡从叶片背面向流道中间发展,随着流动的发展,涡的范围变大,形状也发生改变。研究结果为复合式叶轮叶片数的选取提供了理论依据。

关键词：叶片数复合式叶轮 Q准则数值模拟

基于小波变换的核主泵惰转过程叶轮压力脉动及泵内部流动规律

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排灌机械工程学报 2023年第11期41卷 1088-1095,1103页

作者：刘安林叶道星罗逸民陈俊霖余波赖喜德吴锦琛翟凤丽西华大学能源与动力工程学院四川成都610039 西华大学流体及动力机械教育部重点实验室四川成都610039 西华大学流体机械及工程四川省重点实验室四川成都610039

为研究惰转过程核主泵内部的流动规律,应用数值模拟的方法对核主泵内部流场进行计算,得到不同惰转流量时间(T_(qi))下叶轮流道内压力脉动的时频特性.对叶轮压力脉动进行小波变换分析,并采用第二代涡识别方法Q准则对不同工况下各过流部... 详细信息

为研究惰转过程核主泵内部的流动规律,应用数值模拟的方法对核主泵内部流场进行计算,得到不同惰转流量时间(T_(qi))下叶轮流道内压力脉动的时频特性.对叶轮压力脉动进行小波变换分析,并采用第二代涡识别方法Q准则对不同工况下各过流部件进行涡识别.研究结果表明:在惰转过程中,惰转初期压力脉动系数最大变化发生在导叶中部,随后最大变化率发生在叶轮与导叶的动静交界面,最后压力脉动变化趋于稳定;随着叶轮转速和流量逐渐减小,导叶做功区域向出口附近转移;隔舌部位由于结构特殊所受冲击较大,附近有回流产生,并有向流道中部扩散的迹象;压力脉动趋于稳定值,主要频率向低频转移,各部件流道内压力脉动规律性逐渐被破坏,其中导叶流道规律性变化趋势较为平缓;流道内的部分强涡区域呈现分离脱落迹象,并且数量逐渐减少;压水室内的涡核主要集中于左侧,与叶轮旋转方向有关.研究可为核主泵在惰转特性优化设计提供一定理论支撑.

关键词：核主泵惰转过程压力脉动小波变换 Q准则数值模拟

混流泵叶片安放角对内涡结构及叶轮-导叶适应性的影响

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排灌机械工程学报 2022年第2期40卷 109-114页

作者：赵斌娟韩璐遥刘雨露廖文言付燕霞黄忠富江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013 江苏科技大学材料科学与工程学院江苏镇江215600

转叶式混流泵的叶片安放角可以调节,当工况发生改变、叶片安放角调节后,叶轮-导叶的适应性将随之变化,进而影响到混流泵的水力性能.以一叶片安放角可取-4°,0°和4°的转叶式混流泵为研究对象,从涡结构的角度出发,探究叶片安放角改变对... 详细信息

转叶式混流泵的叶片安放角可以调节,当工况发生改变、叶片安放角调节后,叶轮-导叶的适应性将随之变化,进而影响到混流泵的水力性能.以一叶片安放角可取-4°,0°和4°的转叶式混流泵为研究对象,从涡结构的角度出发,探究叶片安放角改变对叶轮-导叶适应性的影响规律.研究结果表明:随着叶片安放角的增大,叶轮内部涡结构的大小在逐渐增大,且环绕在轮缘处的涡带直径逐渐增大,而导叶内通道涡数量在逐渐减少,叶轮和导叶外缘后盖板壁上的涡结构大小和强度在逐渐增大;混流泵强度较高的涡主要集中在叶片表面以及壁面附近;通过对叶片安放角的调节,转叶式混流泵能在不同的流量区间内保持高效运行,但随着叶片安放角的增大,由于涡结构逐渐增多,转叶式混流泵效率逐渐降低;导叶内通道涡的数量随着叶片安放角的降低而增加,从而导致转叶式混流泵的扬程变小;转叶式混流泵叶轮-导叶适应性在叶片安放角调节后产生变化,叶片安放角为-4°时,叶轮与导叶匹配度最好,而越偏离-4°,从叶轮进入导叶的涡结构越多,叶轮-导叶适应性越差.

关键词：转叶式混流泵叶片安放角 Q准则涡结构

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双旋流火焰不稳定性模态转换

燃烧科学与技术 2022年第4期28卷 471-480页

作者：徐欣宇王平姜霖松李伟超曾海翔何祖强 Prashant Shrotriya 江苏大学能源研究院镇江212013

采用DTF燃烧模型通过大涡模拟(LES)对本课题组设计的燃烧室中甲烷/空气贫燃预混旋流火焰的燃烧不稳定性模态转换现象进行了研究.通过计算不同当量比的燃烧状况,在当量比渐增到0.9附近时,发现火焰结构出现明显变化,火焰模态从M型转换为V... 详细信息

采用DTF燃烧模型通过大涡模拟(LES)对本课题组设计的燃烧室中甲烷/空气贫燃预混旋流火焰的燃烧不稳定性模态转换现象进行了研究.通过计算不同当量比的燃烧状况,在当量比渐增到0.9附近时,发现火焰结构出现明显变化,火焰模态从M型转换为V型.对此过程计算的数据进行后处理,分析其前后各自温度场,平均轴向、径向燃烧室内速度分布,取x分别为5 mm、15 mm、25 mm、40 mm、60 mm处轴向和径向脉动速度,采用Q准则方法,POD方法分析流场中的涡旋结构,从而分析其燃烧不稳定性和影响火焰结构的主要因素.发现模态转换前平均火焰为“M”型,转换后为“V”型,V型火焰是一种更为稳定的火焰结构,火焰模态的转换受内、外剪切层位置的直接影响并与涡脱落模式有重要关系.

关键词：燃烧不稳定性旋流火焰模态转换 Q准则正交分解

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Ω涡识别方法在双进口两级中开泵中的应用

排灌机械工程学报 2022年第5期40卷 447-453页

作者：赵建涛袁建平裴吉王文杰张本营江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013 山东双轮股份有限公司山东威海520000

为了研究双进口两级中开泵内部流动的涡旋特性,基于SST k-ω湍流模型,采用非定常数值计算方法,通过外特性试验和GCI准则验证了数值计算方法的合理性,并引入新一代涡识别方法Omega(Ω)法,对其内流场中的涡旋结构进行分析.研究结果表明:... 详细信息

为了研究双进口两级中开泵内部流动的涡旋特性,基于SST k-ω湍流模型,采用非定常数值计算方法,通过外特性试验和GCI准则验证了数值计算方法的合理性,并引入新一代涡识别方法Omega(Ω)法,对其内流场中的涡旋结构进行分析.研究结果表明:传统的涡识别方法不能有效剔除壁面剪切层的影响,而Ω方法能将流体的剪切和纯旋转运动进行区分,获得较为清晰的泵内涡旋结构,特别是在两级叶轮中,能准确捕捉到尾迹涡的形态和分布情况;在不同工况下,将三维空间的Ω涡识别方法简化到二维平面后,其在反流道中的适应性更好,规避了之前许多没有形成涡旋结构而流线呈现出强扭曲的区域,同时证明了轴向涡旋在反流道中占主导地位.另外,研究过程证明了Ω方法在双进口两级中开泵这种复杂流体机械内部涡旋结构的识别中具有较大的优势,可以为该型泵进一步的设计优化提供相关理论依据.

关键词：双进口两级中开泵涡识别 Ω方法 Q准则 λ_(2)准则

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级联式气-液旋流分离器流动特性数值研究

石油学报（石油加工） 2024年第1期40卷 193-204页

作者：耿坤孙治谦李腾孙铭泽王振波中国石油大学(华东)新能源学院山东青岛266580

为探究级联式气-液旋流分离器流场特性,了解短路流这一特殊流型对其性能影响,采用雷诺应力模型和离散颗粒模型对气、液两相流动特征进行数值模拟,通过Q准则对涡流特征进行识别。研究结果表明,级联式气-液旋流分离器一级旋流管内流动特... 详细信息

为探究级联式气-液旋流分离器流场特性,了解短路流这一特殊流型对其性能影响,采用雷诺应力模型和离散颗粒模型对气、液两相流动特征进行数值模拟,通过Q准则对涡流特征进行识别。研究结果表明,级联式气-液旋流分离器一级旋流管内流动特性与传统旋流分离器相似,增加二级旋流管使级联式气-液旋流分离器内形成了大量的局部二次涡流。当入口气速为7 m/s时,级联式气-液旋流分离器中一级旋流区内短路流流量高达入口流量的70.28%;增设二级旋流管对改善分离器性能具有重要作用,两级分离后级联式气-液旋流分离器对直径6μm以上的液滴能够实现完全分离。本研究为气-液旋流分离器的结构开发和级联式气-液旋流分离器的应用提供了思路和基础数据。

关键词：级联式气-液旋流分离器流动特性 Q准则短路流

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径流式液力透平尾涡流动机理分析

水力发电学报 2023年第6期42卷 65-72页

作者：王晓晖杨浩苗森春张兴杰蒋虎忠张凯兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050 兰州理工大学土木工程博士后流动站兰州730050 新乡航空工业(集团)有限公司博士后科研工作站河南新乡453049

液力透平叶轮出口处存在大尺度螺旋形尾涡,对机器的效率和运行稳定性有影响。为分析液力透平尾涡流动机理,利用Q准则识别提取尾涡结构,并对其速度场进行分析。研究发现:尾涡旋向与叶轮相反,其涡核半径约为叶轮出口半径的1/3,且在涡核中... 详细信息

液力透平叶轮出口处存在大尺度螺旋形尾涡,对机器的效率和运行稳定性有影响。为分析液力透平尾涡流动机理,利用Q准则识别提取尾涡结构,并对其速度场进行分析。研究发现:尾涡旋向与叶轮相反,其涡核半径约为叶轮出口半径的1/3,且在涡核中心发现了逆流区。根据叶轮出口处尾涡切向速度沿半径分布规律,可将尾涡流动分为涡核心区和涡衰减区,涡核心区内,切向速度沿半径急剧增加,在涡核半径处达到最大,在涡衰减区缓慢下降,在管壁处其值约为峰值的一半。沿着流动方向,尾涡切向速度分布逐渐平缓,且其峰值所在位置逐渐向管壁处移动。涡核心区内以切向速度动能损失为主,是引起液力透平水力损失的原因之一。

关键词：液力透平旋涡 Q准则内流场水力损失