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采用Liutex涡识别法的水泵水轮机S区内流特性分析 被引量:2
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作者 肖业祥 肖微 +2 位作者 任绍成 陈柳 刘子实 《水力发电学报》 北大核心 2025年第1期135-142,共8页
为探究水泵水轮机S特性出现的原因,首先将数值预测的特性曲线与模型试验进行了对比分析,然后基于Liutex涡识别法分析了各过流部件在S特性区的流动和涡旋分布情况,探讨了S区相同转速不同流量工况下的内部流动变化规律。分析发现:相同转... 为探究水泵水轮机S特性出现的原因,首先将数值预测的特性曲线与模型试验进行了对比分析,然后基于Liutex涡识别法分析了各过流部件在S特性区的流动和涡旋分布情况,探讨了S区相同转速不同流量工况下的内部流动变化规律。分析发现:相同转速下水轮机工况蜗壳内的流动稳定性较好,几乎没有涡旋出现;导叶和转轮域内流动较为均匀,只在无叶区分布有少量涡旋,水流稳定性较好。制动工况蜗壳内流动开始变得较不稳定,涡旋集中分布在蜗壳出口环面上,容易形成涡团阻碍水流进入固定导叶;在导叶叶栅间存在明显的涡旋和回流现象,导叶和转轮的叶栅堵塞较为严重。反水泵工况在尾水管出口出现螺旋状回流,导致流入转轮的水流发生旋转失速等不稳定现象;水流一部分在活动导叶进水边沿圆周方向高速流动,存在严重的流动分离现象,涡旋分布最密集,由于无叶区内存在压力突变区,导致涡旋几乎占据整个流道。 展开更多
关键词 可逆式水泵水轮机 liutex涡识别法 S特性区 涡旋特征
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基于多相LBM和Liutex方法的三维气泡聚合过程涡场分析
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作者 程鹏鑫 张锦松 +5 位作者 黄潇立 桂南 杨星团 屠基元 姜胜耀 宫厚军 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2021年第6期765-771,共7页
气液两相流广泛存在于石油化工、食品加工和生物制药等领域,其中气相通常以气泡的形式分散在液相中。气泡聚并过程由于气泡界面的变化及气泡震荡变形,流场及涡场变化较为复杂。该文使用多相格子玻尔兹曼方法对三维气泡的聚合过程进行了... 气液两相流广泛存在于石油化工、食品加工和生物制药等领域,其中气相通常以气泡的形式分散在液相中。气泡聚并过程由于气泡界面的变化及气泡震荡变形,流场及涡场变化较为复杂。该文使用多相格子玻尔兹曼方法对三维气泡的聚合过程进行了模拟,并使用Liutex方法及其他涡识别方法对聚合过程中的涡变量的变化进行了分析,结果呈现了Liutex三维的空间矢量分布,并对聚合过程中R_(m),S_(m),Q,R_(x),R_(y)和R_(z)的极值变化进行了分析,结果表明在聚合时刻涡变量达到极值,Liutex能够准确地捕捉和识别旋转涡的强度与方向。 展开更多
关键词 两相流 格子玻尔兹曼方法 涡识别方法 liutex方法
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基于Liutex的数据驱动湍流模型修正
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作者 龙家俊 刘陈飘 +3 位作者 秦飞 张加乐 徐圣冠 高宜胜 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第15期218-231,共14页
现有广泛应用的湍流模型对于大分离流动问题的计算结果往往与实验结果存在着较大偏差,这主要是由于大分离流动中存在的强逆压梯度导致湍流模型的基本假设不再成立。为了提高大分离流动问题的计算精度,需要对湍流模型进行修正。采用流场... 现有广泛应用的湍流模型对于大分离流动问题的计算结果往往与实验结果存在着较大偏差,这主要是由于大分离流动中存在的强逆压梯度导致湍流模型的基本假设不再成立。为了提高大分离流动问题的计算精度,需要对湍流模型进行修正。采用流场反演和数据驱动相结合的方法,提出了基于Liutex的Spalart-Allmaras(S-A)一方程模型生成项的神经网络修正方法。首先采用基于离散伴随的流场反演获得S-A一方程模型生成项的修正系数;由机器特征选择方法表明在翼型附近大分离流动区域本文选取的Liutex变量相对于修正系数具有最高的相关性,适合作为神经网络输入;再将Liutex等变量作为输入构造神经网络近似S-A模型生成项修正系数,建立生成项修正系数的神经网络结构,通过S809和S814翼型分离流动结果验证了该修正方法能够有效改善大分离流动的计算精度。 展开更多
关键词 湍流模型 流场反演 神经网络 分离流动 liutex方法
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基于不同涡识别准则的水轮机尾水管涡带形态识别研究 被引量:22
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作者 孙龙刚 郭鹏程 罗兴锜 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2019年第6期779-787,共9页
尾水管涡带为混流式水轮机在部分负荷工况运行下,尾水管内水流出现的一种螺旋状涡旋运动现象。尾水管涡带是水轮机流动不稳定的表征,涡带诱发的压力脉动对水轮机运行稳定性有直接严重的影响且易造成疲劳破坏,因此在复杂的三维黏性湍流... 尾水管涡带为混流式水轮机在部分负荷工况运行下,尾水管内水流出现的一种螺旋状涡旋运动现象。尾水管涡带是水轮机流动不稳定的表征,涡带诱发的压力脉动对水轮机运行稳定性有直接严重的影响且易造成疲劳破坏,因此在复杂的三维黏性湍流中辨识出涡结构及其演化过程、深入分析涡结构对水轮机水力稳定性研究非常有必要。该文基于k-ωSST湍流模型对运行在42.35%额定出力的某混流式模型水轮机进行了尾水管内部流动特性的实验测试与数值研究,数值压力脉动幅值及主频与实验测试吻合得比较好,误差分别约为2.70%和2.62%。进一步,采用压力等值面法、Q准则、λ2准则及近年新发展的Ω涡准则以及Liutex涡矢量方法进行尾水管涡带形态识别研究。结果显示:等压面法在捕捉涡带形态上能力明显不足,涡带尾部过早断裂消失;尽管Ω准则具有阈值选择范围较小的优点,然而却过高地预估了涡带尾部形态;Liutex方法与Q准则和λ2准则在涡带形态捕捉能力上相当,均能清晰、合理地显示旋转涡带的形态。 展开更多
关键词 水轮机尾水管涡带 涡识别 数值模拟 Ω准则 liutex方法
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第三代涡识别方法及其应用综述 被引量:59
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作者 王义乾 桂南 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2019年第4期413-429,共17页
根据Liu等的划分,涡识别方法的发展可以分为三代。第一代方法基于涡量,并将Cauchy-Stokes分解得到的速度梯度张量反对称部分(涡量张量)视为旋转。然而众多研究人员已发现涡量与涡的关联性并不是很高。为了克服第一代方法的缺陷,以Q、l2... 根据Liu等的划分,涡识别方法的发展可以分为三代。第一代方法基于涡量,并将Cauchy-Stokes分解得到的速度梯度张量反对称部分(涡量张量)视为旋转。然而众多研究人员已发现涡量与涡的关联性并不是很高。为了克服第一代方法的缺陷,以Q、l2、D和lci等方法为代表的第二代涡识别方法应运而生。但是第二代方法在实际使用中依赖于与具体算例相关的阈值并且会被剪切影响。为了解决阈值问题,2016年发展起来的Ω方法将涡定为涡量大于变形的联通区域并以相对值表示。而2017年和2018年发展起来的Liutex向量则提供了一个系统化数学化的流体局部刚体转动定义,包括局部旋转轴和转动强度,Ω方法,Liutex向量及一系列有关方法被定义为第三代涡识别方法。该文回顾了三代涡识别方法的发展历程,系统讨论了如何精确地从流体运动中分解得到刚性旋转部分,重点介绍由美国德州大学阿灵顿分校刘超群教授及其团队主导的第三代涡识别方法所取得的突破及其应用。主要突破包括:①Ω涡识别方法克服了传统涡识别方法需要针对具体流动调整阈值的问题,并能同时捕捉到强涡和弱涡;②基于Liutex的思想,能够严格获得流体运动的局部刚性旋转部分,包括标量、矢量和张量形式;③第三代方法能够合理地回答涡的六大要素问题,即涡的绝对强度、相对强度、当地旋转轴、涡核中心、涡核大小和涡边界,而前两代方法则无法处理。该文详细介绍了第三代方法的六个具体应用,其结果表明:①在涡识别方面,第三代方法大大优于前两代方法;②第三代方法不仅是涡识别和显示的后处理方法,而且是精确表示涡的物理量;③第三代方法能够定量化地表示涡的特性(六大要素)。Liutex作为一个新生的物理量,有方向有大小。Liutex的方向就是当地涡线和涡强度(此处区别于第一代涡量线和涡量强度的定义)等值面法线的方向,其大小准确代表当地旋转角速度(涡的绝对强度),且在当地非零Liutex方向上仅有瞬时的拉压形变,流体旋转均发生在与Liutex方向垂直的平面内。在等值面缩小变为一条线的地方,它就是涡核中心。它唯一代表涡核,唯一代表湍流的涡结构,与阈值完全无关。更重要的是它准确代表一个力,代表湍流产生的原动力,直接影响湍流生成。Liutex和其他第三代涡识别方法的发现代表湍流研究的一个崭新时代的来临,它开启了湍流研究的新纪元。 展开更多
关键词 涡量 Ω涡 liutex/Rortex向量
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Prediction of the precessing vortex core in the Francis-99 draft tube under off-design conditions by using Liutex/Rortex method 被引量:6
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作者 Cong Trieu Tran Xin-ping Long +1 位作者 Bin Ji Chaoqun Liu 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 2020年第3期623-628,共6页
The turbulent flow in the draft tube of a Francis turbine is very complicated while working under off-design conditions. Although the off-design conditions were widely studied, the vortex core line in the draft tube o... The turbulent flow in the draft tube of a Francis turbine is very complicated while working under off-design conditions. Although the off-design conditions were widely studied, the vortex core line in the draft tube of a Francis turbine with splitter blades is not well understood, especially the vortex rope property. This letter presents a prediction of the behavior of the vortex rope in the draft tube of the Francis-99 turbine obtained by the computational fluid dynamics (CFD), where the Liutex/Rortex method, as the most recent vortex definition, is applied to analyze the periodical precession of the vortex rope in the draft tube cone. The advantage of this Liutex/Rortex method is shown by its enhanced ability to represent the vortex rope structurewith the vortex-core lines. Furthermore, since it seems to be very hard to define a sharp boundary surface for the whole vortex structure, it is advantageousfocusing only on the vortex core line,by which different vortex structures can be clearly differentiated. The evolution of the vortex core and the process of the vortex breakdown in the draft tube are revealed, which might help to comprehend the development of the turbulent flow in the draft tube. 展开更多
关键词 Cavitating vortex rope Francis turbine liutex/Rortex method off-design condition vortex core line
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基于涡分析的旋涡泵内流动能量转换特性研究
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作者 杨伟峰 张人会 +1 位作者 杨鸿德 陈学炳 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期167-175,共9页
为研究旋涡泵内复杂的旋涡特征,量化泵内旋涡体积和强度,分析旋涡结构对能量转换和能量损失的影响规律,采用非定常数值模拟和外特性实验相结合的方法对单级旋涡泵进行分析,综合使用Ω方法和Liutex方法对泵内旋涡进行识别和强度表征,提... 为研究旋涡泵内复杂的旋涡特征,量化泵内旋涡体积和强度,分析旋涡结构对能量转换和能量损失的影响规律,采用非定常数值模拟和外特性实验相结合的方法对单级旋涡泵进行分析,综合使用Ω方法和Liutex方法对泵内旋涡进行识别和强度表征,提出平均旋涡强度进行量化研究,并结合动能方程的涡动力学分解式以及涡量分解理论进行分析。结果表明:泵内的旋涡充分发展区域存在螺旋形的管状旋涡结构,该旋涡从叶轮流道流出进入侧流道,并且随着流量的增大,涡管数量减少且旋涡强度降低;流量的增大使得叶轮内的旋涡体积和强度减小,而其在侧流道内相对变化较小,相同工况时叶轮内的平均旋涡强度远大于侧流道内;压力梯度对流体动能转换的贡献最大,旋涡结构引起的动量输运和耗散损失占比较小,但刚性涡量即旋涡结构的强度与动量输运呈正相关,变形涡量则与拟涡能损失相关性较强。 展开更多
关键词 旋涡泵 旋涡 Ω方法 liutex方法 拟涡能
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超声速平板边界层中流向涡的生成条件
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作者 王乾 黄章峰 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期886-896,共11页
针对马赫数为4.5的超声速平板边界层,基于线性稳定性理论(LST)选取初始扰动组合,通过直接数值模拟(DNS),计算了第一模态不稳定波扰动组合沿流向演化生成流向涡的过程。采用改进Omega-Liutex旋涡识别方法进行涡识别,结合流向不同位置截... 针对马赫数为4.5的超声速平板边界层,基于线性稳定性理论(LST)选取初始扰动组合,通过直接数值模拟(DNS),计算了第一模态不稳定波扰动组合沿流向演化生成流向涡的过程。采用改进Omega-Liutex旋涡识别方法进行涡识别,结合流向不同位置截面的流线图,分析了流向涡的生成特性。根据流向涡在zy截面内的流线特征,提出了流向涡的生成条件,研究发现:流向涡可以直接通过一对展向对称的第一模态不稳定斜波扰动与基本流叠加得到,不是必须经过非线性作用。 展开更多
关键词 超声速平板 边界层 线性稳定性理论 流向涡 直接数值模拟 改进Omega-liutex旋涡识别法
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基于多特征提取的合成射流涡流控制机理研究
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作者 郝春阳 董祥瑞 +2 位作者 蔡天意 周骛 蔡小舒 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第11期225-237,共13页
在横流的底部施加倾斜角为60?的合成射流,并采用大涡模拟(LES)对其周期性涡运动过程进行了数值模拟,研究不同激励参数条件下合成射流与横流相互作用涡环结构的产生机理及演变规律。该文首先利用第三代涡识别方法(Liutex矢量法)对流场中... 在横流的底部施加倾斜角为60?的合成射流,并采用大涡模拟(LES)对其周期性涡运动过程进行了数值模拟,研究不同激励参数条件下合成射流与横流相互作用涡环结构的产生机理及演变规律。该文首先利用第三代涡识别方法(Liutex矢量法)对流场中涡环的演变过程进行了运动跟踪,并且定量统计合成射流在不同驱动频率(S_(t)=0.25,0.5,0.75,1)和驱动振幅(A_(0)=1,1.5,2,2.5)下涡旋结构的旋转强度和涡核尺度。此外,采用本征正交分解法(proper orthogonal decomposition,POD)方法和动态模态分解(dynamic mode decomposition,DMD)对合成射流特定频率(S_(t)=0.25)及振幅(A_(0)=2.5)下流场速度场进行模态分解,提取影响流场的主特征模态。结果表明:振幅对旋转强度和涡核尺寸大小有正贡献,而频率对旋转强度和涡核尺寸大小有负贡献;合成射流在横流中的涡运动机理可以概括为,在低频低振幅条件下有利于顺时针涡结构的产生,而在高频高振幅条件下有利于逆时针涡结构的产生;基于各阶POD模态的空间结构及频谱特征等特性,流场主特征结构为脱落涡,脱落频率与射流驱动频率一致(S_(t)=0.25)。初级顺时针涡旋结构为涡流控制的主导结构,而每阶模态均为多频耦合;通过DMD对流场信息进行时空解耦,得到了剪切诱导、涡合并等动力特征。多种特征提取方法的结合更有助于合成射流涡流控制机理的深入研究。 展开更多
关键词 流体力学 流动控制 特征提取方法 横流合成射流 liutex矢量 涡脱落主频率
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Liutex identification on hairpin vortex structures in a channel based on msfle and moving-PIV 被引量:2
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作者 Xin-ran Tang Xiang-rui Dong +1 位作者 Xiao-shu Cai Wu Zhou 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 2021年第6期1119-1128,共10页
The spatiotemporal evolution of hairpin vortex structures in a fully developed turbulent boundary layer is investigated qualitatively and quantitatively by using two image methods.In this paper,the moving single-frame... The spatiotemporal evolution of hairpin vortex structures in a fully developed turbulent boundary layer is investigated qualitatively and quantitatively by using two image methods.In this paper,the moving single-frame and long-exposure(MSFLE)image method is used to intuitively track the evolution process of a hairpin vortex,while the moving particle image velocimetry(moving-PIV)method is applied for obtaining a moving velocity field for quantitative analysis.According to the structural characteristics of the hairpin vortex,an inclined light sheet with an appropriate inclination of 53°is arranged to capture the complete hairpin vortex structure at Re_(θ)=97–194.In addition,the core size and the rotational strength of a hairpin vortex are further defined and quantified by the Liutex vector method.The evolution process of a complete hairpin vortex structure observed by MSFLE shows that the shear along the normal direction leads to an increasing strength of the hairpin vortex,accompanied by a lifting vortex head and a distance decrease between two vortex legs during the dissipation period.By combining moving-PIV with the Liutex identification,the spatiotemporal evolution of four typical regions of a hairpin vortex projecting into a 53°cross-section is obtained.The results show that the process from the generation to the dissipation of a single hairpin vortex can be well characterized and recorded by the Liutex based on the core size and rotational intensity,and the evolution process is consistent with the MSFLE result.According to the statistics of vortex core size and rotation intensity along time,the evolution of the hairpin vortex necks and legs can be described as a process of enhancement followed by dissipation.For the vortex head,its evolution maintains longer attributed to its far-from-wall position,which consists of an absolute enhancement process(stage 1)with an increasing rotation strength and a constant core size,and an absolute dissipation(stage 2)with a decreasing rotation strength and a constant core size. 展开更多
关键词 Turbulent boundary layer hairpin vortex moving single-frame and long-exposure moving particle image velocimetry(PIV) liutex vortex identification method
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