侧壁对受限空间烟羽流准稳态结构的影响

本实验在１／２尺寸典型客房模拟实验间内进行实验结果表明，羽流轴线向靠近的壁面方向偏移，偏移距离δＴ和δｖ与热源相对靠近的壁面的距离ｙ和高度ｚ有关．沿近壁面方向羽流横截面的温度分布是近似高斯分布，垂直近壁面方向羽流横截面上的温度分布是截断高斯分布．然而，近壁面浮力羽流横截面上的速度分布偏离高斯分布，且分布曲线上出现双峰值，曲线中段比较平缓，表明受限空间浮力羽流不具有轴对称性，其结构与非受限空间浮力羽流不同．     

火灾烟流污染巷道断面的烟流温度测试

测试了火源点下风侧巷道断面上的烟流温度分布，以及火灾过程中断面烟流温度变化，研究结果表明：下风侧巷道断面烟流温度分布是不均匀的，靠近巷道顶板烟流温度较高，靠近底板和壁面较低；当断面烟流平均温度或最高温度相同，随距火源点距离的增加，断面上各测点间烟流温度之差增大。     

孔隙率阶梯分布多孔介质内传热及流动性

为研究孔隙率阶梯分布多孔介质内传热及流动,采用局部热平衡假设,考虑流体密度随温度变化,引入Brinkman-Forchheimer的扩展Darcy模型进行修正,建立水平方向孔隙率阶梯分布多孔介质自然对流数值模型,采用有限体积法进行计算.对数值模型进行实验验证,分析出孔隙率阶梯分布对传热及流动的影响.综合数值计算和实验结论表明:相同温差条件下,大孔隙率侧为高温壁面时对流传热达到稳态的时间比小孔隙率侧为高温壁面时要短;流体速度场分布主要受孔隙率分布影响,最大流速随温差和Ra增大而增大,且最大流速出现在大孔隙率靠近壁面处,与是否靠近高、低温壁面无关;高温壁面平均努谢尔数u随着Ra增大而增大,当lgRa4时,Ra的增加对u的变化影响较小.     

地板送风室内温度分布预测模型

为了研究地板送风方式下有冷却壁面的房间的室内温度特性,本文对常用的多区热质平衡模型作了些修改.修改后的多区热质平衡模型包括3个模块,即壁面流模块、热羽流模块和热移动模块.该模型综合了墙体热传导、壁面对流热交换以及内部控制体之间的对流热交换过程.并通过典型实验验证了该区域模型的可靠性.研究表明:(1)室内外温差越大,壁面下降流越显著且流量越大;(2)下降流影响房间内温度分布且破坏了地板送风房间的温度分层特性;(3)预测值与实验值有着良好的一致性,因此该模型可用来预测具有冷却壁面的地板送风房间温度分布.     

矩形截面螺旋通道内的二次流流场特性

为了揭示螺旋通道横截面全流场信息,利用二维粒子图像测速仪(PIV)对高宽比为5∶7的矩形截面螺旋通道第二个螺距内的5个横截面流场进行了实验测量,获得了不同雷诺数下、不同横截面的二次流瞬态流场以及涡量场图像。实验结果表明:靠近螺旋通道外壁面下角处存在低速区,并产生了一个顺时针方向的旋涡,而螺旋通道内壁上角处同样存在低速区并产生了一个旋转方向相反的小旋涡,内壁上角和外壁下角的正负涡量绝对值较大;随着螺旋角的上升,横截面的二次流高速区速度分布由内侧逐步向外侧移动,使得外侧速度增加,其截面中心处二次流方向是自下向上流动;流体旋转一圈半后,螺旋流动达到稳定状态。此研究结果可为螺旋通道的强化换热设计提供一定的参考。     

多孔壁入流及其对槽道内主流流动与换热的影响

对带有多孔壁入流的水平槽道内主流气体的流动与换热问题进行了数值模拟。数值计算中将主流区和多孔壁面区进行耦合求解,对多孔壁面内流动和换热、多孔区域的非均匀温度分布、注入率对表面温度的影响等进行了研究。计算结果表明:在多孔壁面内部,冷却气体与多孔壁面内固体颗粒之间存在一定温差,说明在对多孔壁面内部的流动与换热进行体积平均式的宏观数学描述时采用局部非热平衡模型的必要性;在靠近主流气体的多孔壁面孔隙内产生与主流相反方向的速度分量。此外,不同注入率下多孔壁面上表面固体温度的计算值与实验结果基本吻合。     

纳米流道内液体特性的分子动力学研究

以非平衡分子动力学方法研究了纳米流道内液体的流动特性,重点探讨上壁面以不同剪切速度运动,下壁面保持静止且在其附近的温度保持相对稳定时,两壁面间液体分子的运动特性及作用机理.模拟获得了不同剪切速度下流体的速度分布、密度分布及温度分布,并分析了速度滑移率、密度分布和最高温度与剪切速度之间的关系.研究结果表明,随着剪切速度的增加,两固体壁面间液体靠近运动平板处的温度呈线性增加,在距离运动壁面0.8倍分子直径范围之内存在着明显的滑移现象,而在这个区域之外,液体分子的速度基本呈线性变化,纳米流道内液体分子密度的非均匀分布和有序化排列结构不受剪切速度的影响,平均剪切应力随着剪切速度的增加而不断增加.     

现代城区热环境与污染物扩散的大涡模拟研究

本文以北京(CBD)中心商业区为例,模拟了典型夏季晴天CBD小区大气流动,考察了CBD小区风场、温度场和污染物扩散过程.数值求解过滤的不可压缩流体Navier-Stocks方程组,采用有限体积的离散方法,时间方向推进采用三阶Runge-Kutta法,按照SIMPLE算法求解不可压缩大涡模拟方程组.为适应城市小区内复杂的湍流流动,采用Lagrange动力模式封闭亚格子雷诺应力.通过表面能量平衡关系确定建筑表面的温度分布.结果表明壁面温度主要由太阳辐射决定,而空气温度主要由对流换热决定.通过研究风向和浮力对污染物浓度分布的影响,发现污染源近场的扩散过程受建筑分布、风向和局部流场的影响显著,冠层内羽流偏转明显;浮力促进垂向对流,扩大垂向羽流宽度,但对展向羽流宽度影响不大.     

二维管道内交变流动的格子-Boltzmann方法模拟研究

采用格子-Boltzmann方法（LBM）对二维管道内不可压缩交变流动——Womersley流的流动与换热进行了数值模拟研究．结果表明：管道内压力梯度呈周期性变化，在周期较小时，管道的绝大部分区域速度分布相当平坦，在靠近壁面附近出现了速度的峰值，且靠近壁面处速度变化剧烈；在周期较大时，速度分布近似于抛物线，管道中心速度总大于壁面附近速度，且不同周期下的模拟结果与解析解都吻合得很好．另外，当速度交变时，温度表现为波动变化．速度与温度的相位差、温度的分布特性、温度的波动特性等都与压力梯度交变周期及幅值有关．研究结果表明，LBM可以用于交变流动的模拟．鉴于LBM的众多优点，该方法有望成为求解复杂流动与换热的一种有效的数值模拟手段．     

壁面粗糙度对直升机粒子分离器性能影响的数值研究

采用计算流体力学方法,通过不同壁面粗糙度布置,对直升机粒子分离器无叶片三维流道进行详细的模拟分析。结果表明:壁面粗糙的变化对分离效率影响较小,但会导致流道总压损失的增大。靠近流道出口壁面对流道损失的影响要比靠近进口处大,其中对主流道总压损失影响最严重的是主流道的外壁面。不同的粗糙度分布,对流场的影响也不一样;而且壁面的粗糙度对近壁面流场有影响,还会通过累积影响到远离壁面的流场。     

人工气候室内呼出气溶胶颗粒物分布的实验研究

实验研究了全尺寸人工气候室内,置换通风条件下,人体呼出气溶胶颗粒物在室内竖直、水平方向的分布以及人员暴露情况.采用一套气溶胶发生系统产生近似人体呼出粒径范围的多分散颗粒物,采用高精度的气溶胶光谱仪测量室内颗粒物的分布,采用一个具有呼吸功能的暖体假人以及一个自行研制的暖体假人来模拟真实人体.结果发现,在距离发生源较近的位置,颗粒物在呼吸区高度有"自锁现象"发生;而在远离发生源的位置,颗粒物沿高度方向呈现下低上高的两区分布.人体对颗粒物的暴露量与人体距离发生源的位置有关,人体周围上升的热羽流有助于减小人体对颗粒物的暴露量.     

某超燃冲压发动机尾喷管的三维流场特性

超燃冲压发动机结构简单,推重比大,应用前景广阔.但其流场结构十分复杂,研究超燃冲压发动机三维流场结构具有重要的意义.采用计算流体力学软件对某超燃冲压发动机尾喷管的三维流场进行数值模拟,先后得到了流场的密度、马赫数、涡量及速度矢量线图.结果表明:喷管内及侧壁面出口处存在膨胀波.各个壁面出口处附近的流场存在羽流激波和剪切层,内喷管出口周围的羽流激波和剪切层呈环状分布在流场周围,上壁面尾部受羽流激波的影响产生一道由压强决定的管内斜激波.内喷管出口及上壁面尾部处也均存在流向涡结构.     

正弦温度分布边界条件下腔体内自然对流的格子Boltzmann方法模拟

采用格子Boltzmann方法构建侧壁面正弦温度分布条件下自然对流的数学模型,进行模型验证,并重点分析瑞利数以及高宽比K对腔体流线分布和等温线分布的影响.结果表明:在侧壁面正弦温度分布条件下,其流线图为上下两个流动方向相反的涡,其等温线分布也为上下两部分.随瑞利数Ra增加,上下两个涡的中心逐渐向腔体右侧偏移,而等温线在左侧近壁面处,由半圆弧形逐渐变为垂直,方腔中部上下两部分等温线水平向右凸起;当腔体宽度增加时,上下两个涡变为左右分布,且在腔体左下角出现一个二级涡.随腔体宽度的继续增加,二级涡越来越小,上下温度分布的基本对称发生了变化,上部温度分布占据大部分;当腔体高度增加时,其流线分布大致类似,近壁侧等温线变为垂直,方腔中心处向右凸起.     

大空间结构各种火灾场景下的温度场分布

大空间建筑近年来在中国得到了迅速的发展,其防火设计研究工作也日趋受到人们重视。利用流体动力学计算软件FLUENT对大空间建筑中的不同火灾场景进行了数值模拟,着重分析了单个火源位于底面不同位置处以及2个火源同时存在时模型壁面温度场的分布。此外,由于防烟分区和排烟系统等的设置对大空间建筑火灾下的温度分布有较大影响,还对在考虑防排烟装置情况下的结构温度场变化进行了计算与对比。研究结果表明:当火源距离空间壁面较近时,温度沿高度方向梯度很大,沿高度方向不能近似为等温处理;在2个火源同时存在的情况下,不宜将各火源功率直接相加后用单个火源计算结果作为实际温度场的分布,应考虑各火源的相对功率和相对位置的影响。     

基于分子动力学模拟的流体剪切力学特性分析

考虑固体壁面对流体分子作用力的影响,建立了两平行壁面-流体系统的分子动力学模型,模拟了壁面切向运动对流体的剪切过程,分析了壁面速度对不同离壁距离流体层微观剪切力学特性的影响,研究了剪应变率、工作压力和温度对流体宏观剪切力学特性的作用规律.研究表明:受到分子无规则热运动的影响,不同离壁距离流体层的剪切应力呈现出波动变化状态,但随着流体剪切运动的增强,剪切应力的波动幅值逐渐减小;当壁面切向运动较大时,近壁层流体在运动速度上与壁面之间易出现较大的滑动,壁面-流体出现边界滑移;工作压力及温度影响着分子间距离,压力升高与温度降低都将减小分子间的距离,从而引起流体黏度与剪切应力的增大.      

垂直矩形窄缝流道中混合对流换热的数值模拟

直接使用N－S方程，采用将重力项化为与温度和差压有关函数的处理方法，对垂直矩形窄缝流道中定热流密度下混合单相层流对流换热进行了数值模拟，发现了在整个流道靠近加热壁面区域存在强烈的“烟囱效应”，在层流流动时，由于该效应的存在，使近壁区域的工质扰动加强，从而提高局部对流换热系数，但将造成整个加热壁面换热系数分布不均匀，故该种对流方式只能用于较低热流密度的传热，若壁面的热流密度过高，将对整个流道的安全性造成很大威胁，所建立的浮力影响模型可以预测混合对流时的传热，经过正能用于计算湍流混合对流换热。     

火灾环境下钢构件升温过程的模型研究

对良好分层情况下的室内火灾进行建模，研究了实际火灾环境下的钢构件升温过程。在全尺寸的实验房间开展了油池火燃烧实验，通过不同的羽流模型和溢流模型，预测室内温度和钢构件温度的变化，并对羽流模型的适用性和影响计算的一些参量做了分析。最后对一个候机厅内钢架结构的零售商店的设定火灾进行构件升温预测。     

脉动流对壁面边界层流动的数值研究

为了研究非稳态尾迹对平板表面流动和换热的影响,本文将非稳态尾迹引起的主流速度脉动简化为正弦变化,通过数值的方法研究了脉动频率和振幅对平板壁面边界层流动和换热的影响,研究结果表明:边界层内的速度、壁面温度、壁面摩擦系数和平均换热系数随着时间的变化做周期性脉动;边界层内流动与主流之间存在着相位差,壁面距离越小,相位差越大;边界层内的速度和壁面摩擦系数脉动幅度的大小与主流脉动频率和振幅成正比;壁面温度和壁面平均换热系数的波动大小与主流脉动频率成反比,与脉动振幅成正比,当主流脉动频率和脉动振幅增加到一定值后,靠近壁面的地方出现回流,回流强度与脉动频率和振幅成正比。     

煤新型气化技术的温度场研究

以煤和石英砂为原料。采用多热源电热气化方法，实现了煤的高效洁净转化。通过对气化炉内空间温度分布、温度梯度的研究，掌握了气化炉内温度场的变化规律。研究结果表明，煤气化过程中集气罩最高温度为440℃，炉表最高温度为1050℃；炉内温度梯度随距炉表距离的增大而减小，靠近集气罩区域，温度梯度随高度增加而增加；集气空间离炉表近的区域各点温度受辐射场影响较大，而离集气罩近区域各点温度受对流场影响显著。     

内燃机缸内近壁气流速度及温度分布特性的数值分析

为解决内燃机缸内近壁处的气体流动和传热问题，研究了内燃机缸内近壁处的气流温度和速度分布特性．以二维可压缩平面边界层流动方程为基础，根据准稳态能量定律的假设，以F因子作为修正系数，建立了曲面边界层的二维模型，并计算了温度和速度边界层在曲面上的分布．结果表明：热边界层和速度边界层的厚度数量级均为10^-3m；壁面温度高处热边界层厚，反之较薄；气流速度梯度较大处速度边界层薄，反之较厚．计算结果得到了激光实验测量结果的验证．