自然对流气体的摆特性及其在传感器中应用

根据自然对流气体具有摆的特性,从而提出气体摆新概念。分析了密闭腔中自然对流气体的浮升力,给出浮升力与温度变化的关系式。试验结果表明,与固体摆、液体摆一样,利用气体摆原理亦能检测加速度和倾角。     

固定汽泡周围的温度场分布

为估计M arangon i对流和自然对流对汽泡周围流场的影响,对加热面朝上和朝下的不同大小和过冷度的汽泡周围温度场进行了测量。通过比较测量所得温度场和带N av ier-S tokes方程的数值模拟结果可知,在完全没有浮升力时,M arangon i流会使得流场呈现一个向下的类似于射流的形状,但有了浮升力,向下的流动会立刻转向上,在加热表面附近形成涡流。即使加热面朝下,这种浮升力引起的自然对流依然影响整个流场,以至于这个系统不能很好地表现在微重力条件下的汽泡周围的流场。     

浮升力在竖直通道湍流中的作用

采用直接数值模拟方法研究了在不同湍流引发机制作用下竖直槽道湍流中统计量的变化以及湍流结构的变化,分别给出了强迫对流、混合对流和自然对流湍流时平均速度、平均温度、湍流脉动强度、雷诺切应力的统计结果以及湍流结构.结果表明:与强迫对流时相比,混合对流时浮升力作用使高温侧的平均速度升高,速度脉动强度降低,而低温侧的平均速度降低,速度脉动强度升高;浮升力使温度脉动强度在壁面附近区域显著增强,而在通道中心区域变弱.与强迫对流和混合对流的情况相比,自然对流的平均速度分布关于通道中心线反对称,通道中间区域的速度脉动强度最大,温度脉动强度则最小;雷诺应力最大值出现在通道中心区域,而负的雷诺应力产生在壁面附近.     

水平圆管在大空间内自然对流换热的实验与数值分析

通过实验与数值计算相结合的方法,对大空间水平圆管的自然对流换热过程进行研究.实验得出圆管自然对流换热系数随管壁温度的升高而增大,并拟合了实验条件下的自然对流换热实验关联式.以Fluent为平台,对水平圆管在大空间内的自然对流换热进行数值分析.结果表明,自然对流换热强弱取决于圆管壁面与周围流体温差的大小,温差越大,自然对流流动发展越快,最大流速越大,圆管周围空气在温差产生的浮升力驱动下形成不断上升的气流.     

超临界压力下浮升力对航空煤油流动换热影响

通过RNG两方程模型结合增强壁面处理法的数值方法,研究了不同重力加速度下,浮升力对超临界压力下水平圆管内RP-3煤油流动换热的影响。建立、验证了计算模型;分析了RP-3煤油在拟临界区热物性变化,并对流动换热受浮升力影响判别准则的适用性进行了比较分析。结果表明:在拟临界温度附近煤油热物性的剧烈变化导致的浮升力作用下,水平圆管内产生较强的二次流动;二次流动减弱上壁对流换热,增强下壁对流换热,增大下壁摩擦阻力,减小上壁摩擦阻力,流动压力损失略有增大;随着重力加速度的增大,浮升力对换热和流动的影响更加显著;最后分析得出Protopopov准则能较好地描述浮升力对超临界压力煤油换热的影响规律和程度。     

超临界压力CO_2竖直管内传热恶化抑制实验

为抑制浮升力导致的超临界压力流体传热恶化,该文采用光管内插螺旋结构,增强管内湍流发展,提高流体管内换热性能。对超临界压力CO_2在竖直光管、内插螺旋管内对流换热进行了实验研究,比较了热流密度、进口Re、流动方向等因素对换热的影响,讨论了内插螺旋结构对传热恶化现象的抑制作用。研究结果表明:由于浮升力传热恶化作用,流体在光管内向上流动壁温分布呈非线性变化趋势,壁温峰值区域随热流密度升高逐渐向入口区域移动;光管内插入螺旋结构可以有效抑制由浮升力产生的传热恶化作用,显著提高超临界压力CO_2管内对流换热强度,内插螺旋结构管相对于光管可以提高对流换热系数约200%以上;超临界压力CO_2在内插螺旋结构管内流动与换热时,在热流密度较高情况下,浮升力依然会对换热起到一定的恶化作用,流体向下流动时沿程对流换热系数略高于向上流动。     

空气沿水平板混合对流放热的试验研究

用电加热的平板模型在风洞中进行了试验,分别测得了加热面向上及向下时混合对流的局部放热系数。试验的范围为风速u=0.1～25米/秒,传热温差T_w-T_f=25～106℃。试验表明浮升力对水平强迫对流的影响与加热面的朝向有关。试验结果已部分地整理成准则方程式。     

具有截面自然对流通道内湍流换热的直接数值模拟

对矩形管道内具有稳定自然对流的充分发展湍流换热进行了直接数值模拟，湍流雷诺数如和普朗特数Pr分别为400和0．71，格拉晓夫数Gr为10^4、10^5、10^6和10^7．分析了管道截面上雷诺应力对主流平均速度、截面流速以及截面平均温度的影响．结果表明：在Gr较小时，湍流雷诺应力的作用使截面的平均换热系数增大；在Gr为10^7时，浮升力的作用增强，但湍流产生的雷诺应力使自然对流的作用减弱．因此，与层流相比，在Gr相同时，湍流的管道截面平均换热系数反而减小．     

磁致空气自然对流的数学模型

为研究流体磁化率随温度变化的磁致自然对流产生的原因和物理机理,推导了磁浮升力的表达式,并分别对顺磁性流体和逆磁性流体进行了分析。以磁致空气自然对流为对象,对不可压、定常、层流流动提出其数学模型。在对数学模型量纲归一化分析的基础上,得到了磁Rayleigh数Ram公式。对二维封闭方腔内磁致空气自然对流在两种不同Ram工况下的流动和换热特性进行了数值模拟。结果表明,磁致自然对流的行为由流体的性质和Ram决定,对于给定的流体和几何形状,Ram确定了磁致自然对流的流动形态和换热特性。     

超临界CO_2水平管内浮升力和热加速效应评判准则

针对超临界CO_2流体特殊的热物性所导致的奇异流动传热规律,开展了2mm内径的水平光滑圆管的传热试验研究。试验压力为7.4~8MPa,质量流速为600~1 000kg/(m~2·s),最大热流密度为94.2kW/m~2。试验获得了壁温和传热系数的变化规律,分析了不同的试验工况下无量纲浮升力和热加速的变化规律。结果表明:流体的传热系数峰值随热流密度升高逐渐向入口移动;不同无量纲浮升力的变化趋势存在较大的偏差,Kim的浮升力公式可较好地评判浮升力的大小;热加速效应在低热流密度下不显著,在高热流密度下呈现先递增后递减的趋势;当浮升力因子小于5.6×10~(-7)和热加速因子小于0.000 5时,浮升力效应和热加速效应可忽略。将浮升力和热加速因子引入新的Nusselt预测关联式,其平均误差为-2.92%,均方根误差为10.96%。     

Natural convection gas pendulum and its application in accelerometer and tilt sensor

It is discovered that the natural convection gas has the pendulum characteristic, which leads to the introduction of the new concept of gas pendulum. In this paper, the buoyancy lift of natural convection gas is analyzed in a hermetic chamber, and the relationship between the buoyancy lift and the change of temperature is formulated. The experimental results show that the gas pendulum, similar to the solid pendulum and liquid pendulum, can be utilized to sense the acceleration and the tilt angle.     

关于单摆实验最大摆角的讨论

在利用单摆测重力加速度实验中,有复摆、空气浮力、空气阻力、摆角等多种误差因素。最大摆角的选择应将这些因素综合起来分析,否则将有失偏颇。在一种普通的实验方案下,本文针对两种情况,借助Mathematica软件,计算出了最大摆角的值。     

单摆测重力加速度的修正公式

本文考虑了摆角的大小。摆线的质量，摆球的质量分布及空气的浮力等因素后，对单摆测重力加速度g的计算公式作出了修正．     

自然对流边界层非线性稳定性问题的实验研究

自然对流边界层的稳定性由浮力振型失稳开始,并随着浮力振型的湍流化进入非线性阶段,与此同时,无粘性振型在外层开始失稳。实验结果表明,修正格拉斯霍夫数(Grashof) G＞100时,浮力振型破碎并在最大速度点附近形成湍流层;当G＞170时,外层无粘性振型湍流化而近壁层的粘性不稳定性开始失稳,形成中层-外层-内层三种流动不稳定机制此消彼长的发展过程。     

环形浅液池内双组分溶液耦合热溶质毛细对流渐近解

采用匹配渐近展开法求解环形浅液池内热溶质耦合毛细对流中心区域渐近解,分析Soret效应和浮力对流动的影响。结果表明,当不考虑溶质毛细力和浓度的不均匀引起的浮力作用时,该解与环形浅液池内纯工质热毛细浮力对流或热毛细对流的渐近解完全一致;在浅液池内,浮力的影响较小,耦合的热溶质毛细力对流动过程起主导作用;当各种耦合的驱动力作用方向相同时,流动加强,相反,一旦存在反向的情况,则流动必然相互削弱。     

现代重载飞艇发展现状及趋势

 现代重载飞艇结合了传统飞艇技术和固定翼、旋翼飞机技术及气垫船技术,具有载荷能力强、续航时间长、操控简单可靠、对地面基础设施依赖小等突出优点,目前已有多个国家开展了重载飞艇的研究与技术验证。本文综述了国内外现代重载飞艇研制的进展和现状,重点描述了国外已经开展技术验证型号飞艇的相关研制项目,针对重载飞艇艇囊气动外形设计、保形结构设计与分析、升力控制及气垫着陆器设计等方面进行了梳理,探讨了技术可行性,展望了重载飞艇的发展前景。     

Downward pumping of magnetic flux as the cause of filamentary structures in sunspot penumbrae

The structure of a sunspot is determined by the local interaction between magnetic fields and convection near the Sun's surface. The dark central umbra is surrounded by a filamentary penumbra, whose complicated fine structure has only recently been revealed by high-resolution observations. The penumbral magnetic field has an intricate and unexpected interlocking-comb structure and some field lines, with associated outflows of gas, dive back down below the solar surface at the outer edge of the spot. These field lines might be expected to float quickly back to the surface because of magnetic buoyancy, but they remain submerged. Here we show that the field lines are kept submerged outside the spot by turbulent, compressible convection, which is dominated by strong, coherent, descending plumes. Moreover, this downward pumping of magnetic flux explains the origin of the interlocking-comb structure of the penumbral magnetic field, and the behaviour of other magnetic features near the sunspot.     

竖直加热平板自然对流边界层的浮力不稳定性

详细研究了自然对流边界层中最早失稳的浮力振型的功率谱、波长、波速与临界层位置等基本特征和它为主导其他振型尚未失稳时按线性理论得到的3种相互独立振型的振幅分布。系统地测量了它所对应的温度和速度涨落的振幅增长规律和中性曲线,实验结果表明,温度涨落的中性曲线在低格拉斯霍夫(Grashof)数G_r时有环状封闭曲线,随后是和数值计算结果相似的鼻部。至修正格拉斯霍夫数G＞100时,浮力振型迅速衰减,无粘性振型成为主导振型,特征曲线中由3种相互独立的特征解组成的3个峰形曲线的特征不复存在。