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LES method of the tip clearance vortex cavitation in a propelling pump with special emphasis on the cavitation-vortex interaction 被引量:13
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作者 Cheng-zao Han Shun Xu +2 位作者 Huai-yu Cheng Bin Ji Zhi-yuan Zhang 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 2020年第6期1212-1216,共5页
The turbulent cavitating flow around the propelling pump tip clearance is numerically simulated using the large eddy simulation(LES)method coupled with the Zwart-Gerber-Belamri(ZGB)cavitation model to investigate the ... The turbulent cavitating flow around the propelling pump tip clearance is numerically simulated using the large eddy simulation(LES)method coupled with the Zwart-Gerber-Belamri(ZGB)cavitation model to investigate the cavitation-vortex interaction mechanism.The calculated cavitation structures around the blades are in a remarkable agreement with the experimental results.The distributions of the tip clearance vortex under two cavitation conditions are obtained and compared.The results show that the cavitation development enhances the vorticity generation and the flow unsteadiness around the tip clearance of a propelling pump.Vortices are basically located around the cavitation areas,particularly in the tip clearance region,during the cavitation.The relative vorticity transport equation is applied for the cavitating turbulent flows and it is further indicated that the vortex stretching term makes the main contribution in the vortex production,and the baroclinic torque and dilation terms are important source terms for the vorticity generation in the cavitating flow.In addition,the viscous diffusion term and the Coriolis force term are significant in modifying the vorticity field inside the blade tip clearance. 展开更多
关键词 Tip-clearance cavitation propelling pump large eddy simulation(LES) vorticity transport equation
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Large eddy simulation of the transient cavitating vortical flow in a jet pump with special emphasis on the unstable limited operation stage 被引量:5
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作者 Xin-ping Long Dan Zuo +1 位作者 Huai-yu Cheng Bin Ji 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 2020年第2期345-360,共16页
This paper studies the unsteady three-dimensional cavitating turbulent flow in a jet pump.Specifically,thefocus is on the unstable limited operation stage,and both the computational and experimental methods are used.I... This paper studies the unsteady three-dimensional cavitating turbulent flow in a jet pump.Specifically,thefocus is on the unstable limited operation stage,and both the computational and experimental methods are used.In the experiments,the distribution of the wall pressure,as well as the evolution of cavitation over time,are obtained for a jet pump.Computation is carried out using the large eddy simulation,combined with a mass transfer cavitation model.The numerical results are compared with the experimental results,including the fundamental performances(the pressure ratio h and the efficiencyη),as well as the wall pressure distribution.Both the experimental and computational results indicate that the evolution of the cavitation over time in a jet pump is a quasi-periodic process during the unstable limited operation stage.The annular vortex cavitation inception,development and collapse predicted by the large eddy simulation agree fairly well with the experimental observations.Furthermore,the relationship between the cavitation and the vortex structure is discussed based on the numerical results,and it is shown that the development of the vortex structures in the jet pump is closely related to the evolution of the cavitation.The cavitation-vortex interaction is thoroughly analyzed based on the vorticity transport equation.This analysis reveals that the cavitation in a jet pump dramatically influences the distribution and the production of the vorticity.The process of the annular cavitation inception,development,and collapse involves a significant increase of the vorticity. 展开更多
关键词 CAVITATION jet pump large eddy simulation vortex structure vorticity transport equation
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定子叶片数对泵喷推进器空化性能的影响 被引量:5
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作者 李福正 黄桥高 +1 位作者 潘光 孙国仓 《装备环境工程》 CAS 2022年第5期56-64,共9页
目的在改善泵喷推进器(泵喷)水动力性能的同时,兼顾其空化性能。方法以某前置泵喷为原型,采用基于密度修正的RNG k-ε双方程湍流模型,结合Zwart空化方程,数值研究定子叶片数(N_(s)=6~10)对空化性能的影响。结果泵喷空化主要为叶梢涡空... 目的在改善泵喷推进器(泵喷)水动力性能的同时,兼顾其空化性能。方法以某前置泵喷为原型,采用基于密度修正的RNG k-ε双方程湍流模型,结合Zwart空化方程,数值研究定子叶片数(N_(s)=6~10)对空化性能的影响。结果泵喷空化主要为叶梢涡空化和叶片表面的片状空化,而时-频空化曲线与叶片数目有关,其中单转子表面空化与定子数目相关,而总空化面积与转-定子影响有关。结论增加定子叶片数虽然提高了泵喷推力和扭矩,但转子叶片及叶梢负荷增加,使空化范围大幅度增加。最终N_(s)从6增加到10时,总空化体积涨幅超过5倍。分析空化流动中的涡量输运方程发现,膨胀收缩项在空化演化占主导作用,并且随着定子叶数的增加而增大。 展开更多
关键词 泵喷 空化 密度修正 定子叶片数 涡量输运方程
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Exploration of the mechanism of cavitation vortex rope and vortex development in the draft tube of tubular turbine units
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作者 Chuang Cheng Zhenggui Li +5 位作者 Changrong Shen Shenglong Gu Chuchu Zeng Chuanzheng Bai Meng Liu Junfeng Hu 《International Journal of Agricultural and Biological Engineering》 SCIE 2024年第1期163-171,F0002,共10页
Draft tube vortex rope is considered a special cavitation flow phenomenon in tubular turbine units.Cavitation vortex rope is one of the most detrimental factors affecting the safety of hydraulic turbines.In this study... Draft tube vortex rope is considered a special cavitation flow phenomenon in tubular turbine units.Cavitation vortex rope is one of the most detrimental factors affecting the safety of hydraulic turbines.In this study,ANSYS CFX software was utilized to numerically simulate the internal cavitation flow of a hydraulic turbine draft tube.The evolution of the cavitation vortex core was characterized by vortex line distribution and vorticity transport equation.The shape and number of blades influenced the revolving direction and distribution characteristics of the vortex close to the runner cone,which formed a counterclockwise-clockwise-counterclockwise distribution pattern.Simultaneously,there were many secondary flows in the draft tube.Mutual cancellation and dissipation between the flows was one of the reasons for reduction in vorticity.When the cross-sectional shape of the draft tube was changed,the vorticity was distributed from the center of the vortex rope to all parts of the cross-sectional draft tube,with extreme values at the center and at the walls.The vortex stretching and dilatation terms played a major role in the change in vorticity,with the baroclinic torque having an effect at the center of the vortex rope,this study is helpful to understand the flow of water in the draft tube and guide the design and optimization of the draft tube in engineering application. 展开更多
关键词 CAVITATION vortex rope vorticity transport equation vortex line draft tube
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Availability of the Boundary Condition for Vorticity
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作者 Korekazu Ueyama 《Journal of Applied Mathematics and Physics》 2022年第10期3121-3142,共22页
By applying a boundary condition for vorticity [1] in addition to that for velocity, a velocity distribution on a flat plate set in a parallel homogeneous flow has been numerically obtained through a one-way calculati... By applying a boundary condition for vorticity [1] in addition to that for velocity, a velocity distribution on a flat plate set in a parallel homogeneous flow has been numerically obtained through a one-way calculation from surface to infinity, without the “matching” procedure between an analysis from surface to infinity and that from infinity to surface. The numerical results obtained were in excellent agreement with those by Howarth [2]. The usage of the boundary condition for vorticity has raised the accuracy of velocity distribution near a plate’s surface and made it possible to realize the one-way calculation from surface to infinity. 展开更多
关键词 equation of vorticity transport Blasius’s equation Boundary Condition for vorticity One-Way Calculation from Surface to Infinity
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非定常空化流动涡旋特性分析 被引量:2
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作者 赵宇 王国玉 黄彪 《排灌机械工程学报》 EI 北大核心 2014年第8期645-651,共7页
基于试验和数值结果对三维非定常空化流动的涡旋特性进行分析.试验采用高速摄像系统对三维空穴发展过程进行观测.数值计算中采用混合密度分域的湍流模型和基于相间质量传输的空化模型.与试验结果对比,表明该计算方法能够准确捕捉云状空... 基于试验和数值结果对三维非定常空化流动的涡旋特性进行分析.试验采用高速摄像系统对三维空穴发展过程进行观测.数值计算中采用混合密度分域的湍流模型和基于相间质量传输的空化模型.与试验结果对比,表明该计算方法能够准确捕捉云状空化的非定常过程:附着空穴的初生和发展,附着空穴的断裂,以及大尺度脱落空泡团的形成.基于计算结果,采用涡量分析法并引入复杂流场中的涡旋结构判据研究了空化现象的发生和发展对涡量输运过程的影响.结果表明:反向射流的形成和发展导致速度梯度的变化,从而引起涡量产生项的非定常变化;气液两相的相互转换会导致流场内体积变化率以及密度梯度的变化,同样引起体积变化率项和斜压矩项的非定常变化.采用速度梯度张量不变量Q和R分析空化现象的涡旋特性可以发现:在水翼前端附着空穴区域,旋转效应大于形变效应;脱落空泡位置附近,旋转效应和形变效应共同支配云状空泡运动. 展开更多
关键词 空化 非定常 涡旋特性 涡量输运方程
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非均匀流中E779A螺旋桨空化涡流演变及压力脉动数值分析 被引量:1
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作者 何朝晖 龙云 +1 位作者 韩承灶 季斌 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期36-44,共9页
本文对E779A螺旋桨非定常空化流动进行了数值模拟研究,通过对螺旋桨流场中的压力脉动及涡量场的分析,探讨了空化对压力脉动以及涡流场的影响。计算中采用了k-ωSST湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型。数值模拟的结果表明:预测的... 本文对E779A螺旋桨非定常空化流动进行了数值模拟研究,通过对螺旋桨流场中的压力脉动及涡量场的分析,探讨了空化对压力脉动以及涡流场的影响。计算中采用了k-ωSST湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型。数值模拟的结果表明:预测的非定常空化形态与试验结果基本一致;周期性演变的非定常空化会诱发大幅度周期性变化的压力脉动。此外,本文使用了相对涡量输运方程进行进一步分析,结果表明,空化引起的涡量拉伸、收缩膨胀和斜压力矩会促进涡的产生和发展,从而加剧流场的不稳定性。 展开更多
关键词 非定常空化 压力脉动 涡量输运方程
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喷水推进泵叶顶间隙泄漏流动特性研究 被引量:2
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作者 张睿 丁旭洁 +2 位作者 牟童 江扬阳 潘玉梦 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2022年第5期743-750,共8页
目前喷水推进技术日趋成熟,应用广泛,而喷水推进泵叶顶间隙流场复杂,亟待忖度。该文以ONR AxWJ-2喷水推进泵为研究对象,基于FBM-CC模型对不同流量工况进行非定常计算,通过对其外特性、内部流场及涡量场的分析,研究喷水推进泵叶顶间隙泄... 目前喷水推进技术日趋成熟,应用广泛,而喷水推进泵叶顶间隙流场复杂,亟待忖度。该文以ONR AxWJ-2喷水推进泵为研究对象,基于FBM-CC模型对不同流量工况进行非定常计算,通过对其外特性、内部流场及涡量场的分析,研究喷水推进泵叶顶间隙泄漏流动特性。结果表明:FBM-CC模型可以有效预测喷水推进泵的水力性能;随着流量增大,叶片正背面压差增大,促进了主泄漏涡的发展,同时吸力面的卷吸作用增强;主泄漏涡受到主流的阻力作用,湍动能大量耗散,而二次泄漏涡是由吸力面低压引起的主动回旋,旋转率不强,也不直接与主流相互作用;根据涡量输运方程,涡拉伸项(VST)对泄漏涡的涡量变化率影响较大,科氏力项(CORF)影响泄漏涡的初始位置,黏性扩散项(VIST)对叶顶处泄漏涡的发展产生影响。 展开更多
关键词 喷水推进泵 叶顶间隙 泄漏流 主泄漏涡 二次泄漏涡 涡量输运方程
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AC/NS-DBD等离子体激励分离剪切层的涡量输运特性
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作者 赵光银 杨永东 +2 位作者 李婷婷 肖春华 阎丽 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2023年第12期48-60,共13页
AC-DBD激励和NS-DBD激励是等离子体流动控制中的典型激励形式。研究发现二者均能在翼型分离剪切层处诱导形成展向涡,进而实现流动控制。为深入理解AC-DBD激励和NS-DBD激励在诱导展向涡形成上的区别,在Ma=0.1、Re=7.5×10^(5)条件下... AC-DBD激励和NS-DBD激励是等离子体流动控制中的典型激励形式。研究发现二者均能在翼型分离剪切层处诱导形成展向涡,进而实现流动控制。为深入理解AC-DBD激励和NS-DBD激励在诱导展向涡形成上的区别,在Ma=0.1、Re=7.5×10^(5)条件下开展数值模拟,研究了两种激励对翼型大迎角(α=20°)分离的控制。将AC-DBD激励和NS-DBD激励分别以空间分布的动量源项和能量源项的形式耦合到非定常雷诺平均Navier-Stokes方程。引入二维涡量动力学方程,分析了两种激励诱导展向涡量的来源。在激励施加时,对于AC-DBD激励,涡量体积力项是边界涡量变化的主要来源;对于NS-DBD激励,涡量斜压项是边界涡量变化的主要来源。在两种激励施加结束后1 ms时,前缘上翼面附近逐渐形成展向涡结构;展向涡形成后,发现两种激励诱导当地涡量变化的主要因素均是对流项,区别最大的是斜压项,其次是斜黏项,原因是NS-DBD激励后的残留热引起了流体密度梯度和机械应力(黏性应力和压力)梯度的不平行。通过分析AC-DBD激励诱导涡量的变化和发展,提出了提升前缘AC-DBD激励控制流动分离效果的反向激励方法。 展开更多
关键词 分离剪切层 等离子体激励 展向涡 涡量输运方程 介质阻挡放电
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绕水翼间隙流动及其泄漏涡特征的数值分析 被引量:1
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作者 张虎 左逢源 +1 位作者 张德胜 施卫东 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2020年第10期1243-1252,共10页
本文采用SST-CC湍流模型对10 mm间隙的NACA0009翼形进行了数值计算,验证了压力边圆角水翼的叶顶泄漏涡(TLV)空化等值面和轴向、圆周速度云图,证明了数值计算的准确性。数值计算获得了翼形间隙流动在各截面的流线、速度、压力、涡量、空... 本文采用SST-CC湍流模型对10 mm间隙的NACA0009翼形进行了数值计算,验证了压力边圆角水翼的叶顶泄漏涡(TLV)空化等值面和轴向、圆周速度云图,证明了数值计算的准确性。数值计算获得了翼形间隙流动在各截面的流线、速度、压力、涡量、空化云图等流场信息数据;分析对比了间隙区与翼展区压力系数的分布规律;应用λ2准则分析得到TLV沿流向方向的涡强度分布,以及其在翼形中部达到最大的结果,得出TLV来源于翼形截面泄漏流和来流涡;应用涡量输运方程分析得出TLV在泄漏射流作用下存在展向、垂向速度梯度导致涡核轨迹偏移的机理和TLV在泄漏射流、来流与空化之间交互作用下的演变规律。 展开更多
关键词 水翼 间隙流动 叶顶泄漏涡 涡强度 涡量输运方程
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间隙泄漏流对轴流泵反向发电水力性能的影响
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作者 阚阚 张清滢 +1 位作者 郑源 徐辉 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期952-960,共9页
本文以轴流泵反向发电为研究对象,采用数值方法研究了叶顶间隙泄漏流动(TLF)对轴流泵反向发电水力性能的影响机理。与无叶顶间隙的工况相比,TLF及其诱发的叶顶泄漏涡(TLV)会导致相同水头下水力效率下降和流量增加。TLF直接产生的TLV形... 本文以轴流泵反向发电为研究对象,采用数值方法研究了叶顶间隙泄漏流动(TLF)对轴流泵反向发电水力性能的影响机理。与无叶顶间隙的工况相比,TLF及其诱发的叶顶泄漏涡(TLV)会导致相同水头下水力效率下降和流量增加。TLF直接产生的TLV形式受叶轮叶片流入角度的影响,并且影响叶轮叶片表面的压力分布取决于运行条件。涡量输运方程分析表明,相对涡拉伸项在靠近叶轮壁面区域对TLV空间发展中起主导作用;在小流量和最优工况下,科氏力项在叶轮中部贡献最大;黏性扩散项作用最小。考虑间隙时,叶顶间隙内的泄漏流动及叶顶泄漏涡使得靠近壁面区域的涡量变化强度明显增强。研究成果为保障水泵反向发电安全稳定运行提供理论依据。 展开更多
关键词 轴流泵 反向发电 叶顶泄漏涡 叶顶间隙 涡输运方程
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基于格子涡(VIC)方法的烟雾仿真研究
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作者 姚亮 陈国栋 《贵州大学学报(自然科学版)》 2016年第1期70-74,共5页
烟雾仿真一直是计算机图形学研究的难点,基于欧拉法的烟雾仿真存在严重的数值耗散的问题,导致仿真的细节表现不尽如人意,基于纯拉格朗日的方法计算量大实时性难以保证。为了达到较好的效果并且控制计算量提高计算速度,本文使用基于格子... 烟雾仿真一直是计算机图形学研究的难点,基于欧拉法的烟雾仿真存在严重的数值耗散的问题,导致仿真的细节表现不尽如人意,基于纯拉格朗日的方法计算量大实时性难以保证。为了达到较好的效果并且控制计算量提高计算速度,本文使用基于格子涡(VIC)的方法对烟雾进行仿真。在欧拉框架下计算速度场,然后在拉格朗日框架下追踪涡粒子沿迹线的运动。在欧拉框架下使用FFT(快速Fourier变换)快速求解Poisson方程,得到涡量输运方程中从涡量到速度的转换,加快计算速度。对于粘性扩散项中的粒子涡量交换,本文使用粒子强度交换法(PSE)来求解方程。最终实现了对烟雾的仿真,细节效果保留较好,实时性可以接受,验证了该方法的有效性。 展开更多
关键词 涡量输运方程 格子涡(VIC)方法 快速Fourier变换(FFT) 粒子强度交换(PSE)
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