管内切向旋流的衰减特性研究

旋流强度是旋流研究中的一个关键性参数，它对旋流的应用特性有着决定性影响，文中以水为工质，用激光多普勒测速仪（ＬＤＶ）对管内由切向喷射方法产生的切向旋流进行了详细测量，根据测量结果对切向旋流的衰减特性进行了系统的研究和分析，并与文献中的有关结果进行了比较，得出了旋流强度的经验公式和旋流衰减的一般规律．     

柔性多层隔热膜温度的对称与非对称梯度衰减

提出了柔性多层隔热膜的理想传热模型,并理论计算了柔性多层隔热膜温度的对称梯度衰减与非对称梯度衰减.在对称梯度衰减中,给定最外层与最内层温度及层数,通过Matlab用牛顿迭代法数值计算多层隔热膜只有辐射换热、连续固体导热与两种传热方式综合时的温度分布.非对称梯度衰减中,通过理论计算了隔绝200℃与一-20%,所需的柔性隔热膜的层数及每层的温度分布.并通过对比,得出适合本文柔性多层膜隔热的理论计算方法.     

EHD强化沸腾换热的模型分析

在分析沸腾及EHD强化换热理论的基础上,结合R11工质在垂直管内受直流高电压作用下的沸腾换热试验数据,提出EHD强化沸腾换热的数学模型;模型计算与试验结果的相对误差小于±30%.     

竖直管内降膜-高速空气环状两相流的蒸发换热特性理论分析

通过理论分析，研究了竖直传热管内降膜－高速空气环状两相流的蒸发换热特性。结果表明，在直径2－3mm的细小管内，重力的影响可以忽略，气液间摩擦力起支配作用；在直径10mm左右的普通尺寸管内，重力的影响不能忽略；在直径更大的管内，重力的影响起支配作用。对定热流密度条件下的换热特性得到了数值解并整理成简化计算公式。研究结果对竖直传热管内水－空气两相流蒸发换热特性提供了一种基本的流动和传热规律。     

4种冷却结构对叶片前缘流动换热影响的比较研究

为了研究不同冷却结构对叶片前缘冷却性能的影响,建立了冲击冷却、简单旋流冷却、中间双旋流冷却和切向双旋流冷却的4种结构,利用流体动力学软件ANSYS CFX对比分析了各种冷却结构的流动和换热特性。研究结果表明:冲击冷却的冷气流速变化剧烈,靶面压力较高,流阻系数最低,局部换热强度大,靶面平均换热强度不大;简单旋流冷却的流速变化较为平缓,流阻系数较大,换热强度较大,靶面换热强度分布均匀;中间双旋流冷却的平均换热系数最大,换热强度分布比较均匀,流阻系数较小,可以作为一种新型的发展前景良好的前缘冷却结构;切向双旋流冷却的流动和换热特性很差,不具备进一步研究的价值。     

卤化银中光电子衰减动力学计算机模拟

卤化银的感光过程是一个光电子衰减动力学过程,对卤化银感光材料的光作用衰减动力学进行研究,能从根本上探索感光过程的微观机理.实验上采用微波技术只能测得自由光电子的衰减信号,无法区分卤化银中的各种俘获中心对光电子衰减的作用.而这种计算机模拟方法不仅可以得到自由光电子的衰减曲线,还可同时获得各种俘获中心中载流子的行为曲线.因此可弥补实验的不足,实现对卤化银感光过程微观机理的深入研究.本文详细地介绍了光电子衰减动力学的模拟过程.     

换热管传热过程的熵产分析

基于热力学第一、二定律对换热管由管内到管外的传热过程进行了熵产分析,以管内流体为基准引入了无因次熵产数并得到其计算式;讨论了管内流体雷诺数、管内外流雷诺数比值、无因次入口换热温差及无因次特征尺寸等参数对换热管传热过程不可逆性能的影响。结果表明,存在一最佳的管内流体雷诺数使无因次熵产数最小;无因次熵产数值随管外与管内流体雷诺数的比值的增大而单调递增,随无因次入口换热温差和无因次特征尺寸的增大亦近似成线性增大。结果和方法对进一步完善基本对流换热过程的热力学评价具有一定的意义,同时为换热管双侧强化传热时性能的评价提供理论基础。     

水平圆管中螺旋流的形成与衰减

螺旋流输移固粒具有分布较均匀等特点，利用多导叶式起旋器能方便而有效地形成螺旋流；螺旋流中的速度分布接近于正常管流与强制涡流的迭加；螺旋流中的旋流分量易衰减，需用专门设施来维持。     

蒸发器的理论与实验研究

本文在分析水在真空状态下蒸发特性的基础上,提出了一种用于小型无泵溴化锂吸收式空调器的新的蒸发器设计方案。对于所设计蒸发器的管内换热机理首先进行了理论分析,然后用单管模拟的方法对四种不同结构的水平蒸发管进行了实验研究。根据实验数据,得到了针对四种结构的水平管内水的蒸发换热系数的经验公式。实验结果表明,第三种结构的蒸发管(管内径10mm,出口截掉1/4d_i)是一种有效的强化传热管,它的蒸发换热系数是200～300W/m~2·℃。本文最后还提出了对强化管内换热的进一步的改进措施。     

对微波衰减小的无烟推进剂的研究

本文根据典型推进剂的测试结果,分析了推进剂组份与微波衰减之问的关系,同时分析了铝粉燃烧对微波衰减的影响,本文为研制对微波衰减小的推进剂提供理论和实验依据。     

分支结构血管中血液的对流换热分析

用有限元方法数值模拟了血管分支结构内血液流动的三维速度场和温度场,得到了分支血管壁面3个典型径向角度的局部努塞尔数和血管截面平均努塞尔数沿管长的变化曲线.结果表明:分支血管入口处的速度场和温度场分布与单管的分布明显不同;不同径向角度的局部努塞尔数相差很大;分支血管入口处截面平均努塞尔数大于单个直管内截面平均努塞尔数,且出现一个极大值Numax.计算了不同分支角度和分支半径比时的截面平均努塞尔数,结果表明:分支角度和半径比对Numax的大小和位置有一定影响;半径比越小,分支血管内截面平均努塞尔数趋于稳定值的速度越快.     

绕流椭圆柱管束的流动与传热特性

椭圆柱管束换热器在工业领域中得到广泛的应用。本文采用一种简单合理的自由表面模型深入研究了流体绕流椭圆柱管束的流动与传热问题。通过适体坐标转换方法在非规则流道截面上求解出动量与热量传递控制方程,获得了等壁温条件下的流道内的阻力系数和努塞尔数等准则数,并且和文献值进行了对比。文献值和模拟值之间的最大绝对误差小于3.5%,表明所建立的数学模型是正确的。利用所建立的数学模型分析了流动方向、椭圆柱横截面形状、管束结构参数以及壁面边界条件 对绕流椭圆柱管束的流动与传热特性的影响。获得了等壁温和等热流密度条件下的阻力系数和平均努塞尔数。这些准则数为椭圆柱管束的设计和优化提供理论指导。     

Boundary layer flow and heat transfer of a micropolar fluid near the stagnation point on a stretching vertical surface with prescribed skin friction

The steady laminar mixed convection boundary layer flow and heat transfer of a micropolar fluid near the stagnation point on a stretched vertical surface with prescribed skin friction were considered. The governing partial differential equations were transformed into a system of ordinary differential equations, which were then solved numerically using the shooting method. Results for the stretching velocity, the local Nusselt number, the temperature, and the velocity profiles are presented for various values of the mixed convection parameter λ and material parameter K when the Prandtl number is equal to 1. Both assisting (heated plate) and opposing (cooled plate) flow regions are considered. It is found that dual solutions exist for both assisting and opposing flows.     

龙卷风风场的数值模拟研究

基于同济大学研制的龙卷风物理模拟装置,运用数值模拟方法构建了物理模拟器的数值计算模型,并通过对比龙卷风风场的物理试验模拟结果和现场实测结果,验证了数值计算模型的可行性.在此验证基础上,研究了3种不同涡流比条件下的龙卷风风场结构,对比了不同涡流比条件下龙卷风的三维风场速度(切向速度、径向速度和轴向速度)分布形态、风压分布、龙卷风涡核半径和气流脉动特性.研究结果表明:随着涡流比的增大,龙卷风风场最大切向风速逐渐增大,涡核中心气压降明显降低,涡核半径随之变大,涡核中心附近切向风速的标准差变小;涡流比的增大使龙卷风单涡核逐渐破碎,发展到双涡核.     

大位移井旋转套管固井顶替模拟分析

旋转套管固井可以改变顶替过程中流体的流场,增加周向的旋流和回流作用,更好地保障顶替界面稳定性,提高固井顶替效率。借助计算流体力学软件对大位移井旋转套管固井顶替进行数值模拟,并得到不同井斜角和井径扩大率条件下的最低套管旋转转速。结果表明:同一套管旋转速度,切向速度随着无量纲环空半径的增加而降低,随着井斜角的增加,截面旋流数在不同位置处各异,但总体趋于减小,套管旋转固井顶替效率明显改善,井斜角越大,改善效果越好;偏心度越大,环空同一位置处旋流数越大,窄间隙的旋流数明显高于宽间隙的旋流数,在偏心度大于0.4以后,顶替效率增加效果明显;环空截面同一位置处,井径扩大率越大,其产生的旋流数越大,旋流程度增强,有利于水泥浆固井顶替;采用旋转套管固井能有效改善复杂井眼条件下大位移井固井顶替质量和顶替效率。     

旋拧射流的线性稳定性研究

用Chebyshev谱配置法求解柱坐标下线化不可压缩Navier-Stokes方程,分析喷管出口附近粘性旋摈射流的线性稳定性,为了研究离心不稳定对线性增长率的影响,本研究中基本流的周向速度可以是离心稳定的,也可以是离心不稳定的,结果表明在一定参数下旋摈能增强扰动的线性增长率,且对于离心不稳定的剖面增长率升高更大,对于离心稳定的速度型,有旋拧时轴对和我模态的增长率轻微下降,而负周向波数扰动的增长率明显上升,对于离心不稳定的速度型,可以观察到优势模态由低波数量的Kelvin-Helmholtz(K-H)不稳定波转换到高波数时的离心不稳定。     

滑移流区平行平板微通道内单侧加热流动与换热

对一侧等热流、一侧绝热热边界条件下,流动与热充分发展的平行平板微通道在滑移流区内层流流动与换热进行了理论分析,研究了槽道内速度场与温度场的分布、换热特性,以及Kn、动量协调系数、热协调系数的影响.     

内置偏心螺旋扭带的管内层流流动特性

采用数值模拟方法,对层流状态下内置偏心螺旋扭带的管内流动特性进行了研究。结果表明:螺旋扭带的偏心放置改变了管内流场的对称结构,轴向速度极值出现在扭带与管壁最大环空间隙中间,径向速度和周向速度极值出现在扭带圆周范围内的扭带两侧;轴向和径向速度极值随着扭带偏心率的增大而提高,而周向速度极值随着扭带偏心率的增大而减小;流体在偏心螺旋扭带作用下会形成一个围绕其轴线同向旋转的强制涡,当螺旋扭带靠近管壁时,该强制涡又会带动其外围流体旋转流动,形成一个与强制涡旋向相反的诱导涡;管内压力降随扭带偏心率及扭率的增大而减小,随扭带宽度及雷诺数的增大而增大;螺旋扭带的偏心放置促进了流体的径向流动,降低了流动阻力,有利于边界层内流体的扰动和更新。     

管内窄边扭旋元件诱导螺旋流的旋流强度分析

为了研究螺旋流在形成、发展及衰减过程中旋流强度的变化规律，采用数值模拟方法对管内置窄边扭旋元件诱导产生的螺旋流进行分析，得到了雷诺数和元件扭率对旋流强度的影响规律。结果表明：流体进入扭旋元件后，在元件两侧形成两个与主螺旋流旋向相反的二次涡流；流体流出扭旋元件后，旋流螺距经历一个由大变小，再由小变大的过程；在螺旋流形成发展阶段，雷诺数对旋流强度影响较小，旋流强度随着元件扭率的增大而迅速提高，由于惯性作用旋流强度在元件出口1/6元件长度处达到最大，该位置与雷诺数和元件扭率无关；整个螺旋流发展阶段旋流强度呈现一种指数变化规律；流体流过旋流强度最大截面后，由于流体粘滞力大于惯性力，旋流强度以近似线性的规律衰减，雷诺数越大衰减速度越慢，扭率对旋流衰减速度影响较小。     

石油钻井环空螺旋流注水泥的速度衰减研究与应用

用贝塞尔函数解形式模拟了经过套管旋流器的泥浆和水泥浆的螺旋衰减速度场，并进行了以泥浆为介质的全尺寸环空螺旋衰减速度场超声波测试，分析了套管旋流器之后的速度场衰减机理，数值模拟与实际测试曲线趋于一致。