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研究生:林禎鴻
研究生(外文):Lin, Zen-Horng
論文名稱:環形渦漩噴流場結構之數值模擬
論文名稱(外文):Numerical Simulation of Annular Swirling Jet Flow Structure
指導教授:廖清標
指導教授(外文):Liao Ching-Biao
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:土木及水利工程研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1998
畢業學年度:86
語文別:中文
論文頁數:160
中文關鍵詞:渦漩噴流中心擋體迴流泡渦漩數
外文關鍵詞:VortexJet FlowCenter-BodyRecirculation BubbleSwirl Number
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本文旨在探討環形渦漩噴流於一擋體後方之流場結構特性。以數
值計算方法求解非線性軸對稱之Navier-Stokes方程式;流場變數之配置
採用MAC交錯網格;以有限差分法分別將控制方程式寫成差分方程式,以
投影法導出壓力之Poisson方程式,替代連續方程式,使其自動滿足而無
需求解;壓力方程式以FFT轉換,配合三對角線矩陣系統直接解出,無須
疊代過程,既快速又準確;利用顯式Adams-Bashforth scheme來求解速度
,在時間及空間皆具二階精確度;除此之外,數值穩定條件中之Dt仍可維
持在O(Dr, Dz),對於時變流場之求解不至於太少。在出流邊界之處理
上採用線性對流條件,優點在於計算區域即使取得很短,仍然可以表現出
流場主要之流動特性,如此可大幅地縮短數值模式之計算時間並有效地提
高計算效率。由數值模擬所得之流場解經與實驗結果比較驗證之後,儘管
流場複雜多變,但亦能在不同之流場型態下,獲得相當程度之一致性。
由流場之速度剖面結果得知,環形渦漩噴流場擋體後之迴流區長度在不同
程度之渦漩流逸下,其自由分離面捲入之機制亦不同;流場型態會因迴流
泡外型改變而異,其總共可分為七種不同之流場型態:(I)穩定流區(
stable flow)、(II)渦漩流逸區(vortex shedding)、(III)轉變
過渡區(transition)、(IV)欲貫透區(pre-penetration)、(V)貫
透區(penetration)、(VI)渦漩迸裂區(vortex breakdown)和(VII
)接觸區(attachment);對流場各變數分別於無旋及有旋之狀況下做時
變性之對照觀察,結果顯示具渦漩作用之流場,其變化遠比不具渦漩作用
時還來得更為激烈、複雜,並可從中觀察存在於流場中之渦漩(渦度)於
各時段是如何地影響整個流場結構。而迴流泡之內部結構則隨雷諾數及渦
漩數影響而有所不同,當流場不具渦漩作用時,迴流泡主要為受雷諾數所
影響;當流場具渦漩作用時,此時主導流場之主要因子則為渦漩數。此外
,不同之流場幾何參數(阻隔比率及突張比率)對迴流泡之長度亦影響甚
大。
A numerical investigation is presented to study the flow
characteristics behind an axially-mounted center-body of an
confined annular swirling jet flow. The numerical scheme solves
the nonlinear, axisymmetric Navier-Stokes equations. The
governed equations are transferred to the difference equations
by using the finite difference method. The projection method is
used to solve the pressure Poisson equation to retain the
constraint of the equation of continuity. The velocity is then
solved by using the explicit Adams-Bashforth scheme. Bythis
numerical algorithm, second order accuracy in both time and
space discretizations can be obtained. The advantage of using
the linearized convective outflow boundary condition is that the
length of the computational domain in theaxial direction can be
reduced significantly. Observing from the velocityprofile,
it is found that the length of recirculation bubble is strongly
associated with the strength of vortex shedding. There are seven
different flow patterns which vary with the shape of
recirculation bubble, and the structures within the
recirculation bubble are effected by the Reynolds number and
swirl number. Besides, different flowfield geometric parameters
(blockage ratio & expansion ratio)also have large-scale
effects on the recirculation bubble.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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