扩缩通道内流动和换热非线性特性的数值模拟

对扩缩通道内流动与换热进行了数值模拟并探讨了其中的非线性特性.通过对不同突扩比ER、不同长宽比AR及不同雷诺数Re下通道内流场和温度场进行分析,给出在一定工况下对称通道内流体的流动和换热会出现偏斜等非线性现象的情况.数值模拟结果表明,存在临界雷诺数Rec使流体流动和换热形态发生转变,当Re超过Rec时,流体流动和换热不仅有对称解,还有非对称解;当Re继续增大时,流体流动和换热出现振荡.通道的几何尺寸及后缩段(表现为ER及AR)都对Rec产生影响.分析结果表明,当Re超过临界雷诺数Rec时,同一截面处上下壁面的局部努塞尔数Nu也由对称向非对称转变,上下壁面出现最大局部Nu的位置也不同.     

旋转圆柱层流绕流出现二次不稳定现象的数值模拟

采用数值模拟方法,计算了旋转圆柱在层流状态下流场随雷诺数和转速的变化.针对旋转圆柱在均匀流中引起的涡脱落以及二次不稳定现象,进行了分析.选取雷诺数为Re=60,80,100,130,160,240时,将圆柱的转速一直增大,直到流场第二次达到稳定状态.比较了圆柱的旋转在流场达到第一次及第二次不稳定状态时对其表面的气动力、涡量以及周围流场影响的不同.计算结果表明,低转速下,流场出现初次不稳定状态时,雷诺数为Re=60,80,100,130,160,240,所对应的临界转速比分别为α=1.40,1.70,1.80,1.85,1.90,1.95;随着转速的升高,流场再次出现不稳定状态,所对应的转速比区间分别为5.1< α < 5.6,4.9< α < 5.4,4.6< α < 5.2,4.4< α < 5.0,4.3< α < 4.9,4.2< α < 4.7.      

两种不同通道内周期性充分发展流动换热的模拟研究

周期性直肋通道是从不同型式的高效换热器中抽象出来的通道模型,采用非稳态数学模型,应用周期性充分发展的假设模拟了周期性矩形直肋通道(A)和半圆形直肋通道(B)内的流动换热情况,并对两种通道的换热特性及其所表现出来的非线性特性进行了对比.计算时采用低雷诺数Re、二维、层流强制对流模型.结果表明,当Re较小时,流动与换热处于稳态;当Re大于某一临界值时,流动与换热发生了非稳态振荡,系统均表现出丰富的非线性现象.在计算范围内,A通道随着Re的增大经历了稳态与周期性振荡阶段;B通道则先后经历了稳态、周期性振荡、拟周期振荡以及混沌状态.     

矩形微通道流动入口段的阻力特性分析

运用Fluent软件对宽高比ε为0.1～1.0的矩形微通道层流流动入口段的阻力特性进行了三维数值模拟.结果表明:宽高比ε和雷诺数Re对表观摩擦因子与雷诺数乘积f_(app)Re有一定的影响.f_(app)Re值随着宽高比ε的增大而减小,在不同的Re数范围内呈现了不同的影响.当Re数小于300时,f_(app)Re值随Re数的增大而减小;Re数大于300后,f_(app)Re值随Re数变化很小.当流动达到充分发展后f_(app)Re值保持不变,且与Re数无关.此外还研究了ε和Re数对水力进口长度的影响.发现当Re数小于和等于20时,无量纲进口长度随着ε的增大逐渐减小;当Re数大于20,无量纲进口长度随着ε的增大呈先增后减的趋势,且在宽高比为0.3～0.4时达到峰值.基于得到的结果,提出了新的层流流动进口长度关系式,该式对微型设备的设计和优化具有一定的指导意义.     

剪切来流中圆盘近尾迹的数值研究

采用直接数值模拟(DNS)方法对低雷诺数时剪切来流中圆盘近尾迹进行了数值研究,重点研究剪切率对尾迹结构的影响.选取的雷诺数是140,160和300,无量纲进口来流剪切率范围是0≤k0.1.当Re=140和160时,尾迹均变为非稳态面对称结构,表明剪切来流中非稳态面对称模态出现的临界雷诺数减小.剪切来流中发夹涡头部在来流速度较高侧明显偏大,且当Re=160时对称面位置随剪切率的增加而逐渐趋于xoy面.当Re=300时,剪切来流中圆盘尾迹结构没有明显变化,仍呈弱紊乱状态.研究还发现,相较于均匀来流,在k值较低(k0.1)的剪切来流中无量纲涡旋脱落频率基本不变.     

多孔介质中低速气体的非线性渗流

在多孔介质中,通过对低速渗流气体的摩阻系数f 与雷诺数Re 的实验关系分析得出,随着雷诺数减小,气体的渗流规律表现出由遵从达西线性关系连续转变为非线性关系,其转变所对应的雷诺数Rec = (1. 0 ～ 4. 4) ×10- 4 。由动力学分析可知,低速渗流气体出现的非线性现象是由气体分子与孔隙壁的作用引起, 并给出了相应条件下渗流速度V 与压力梯度Δp/ΔL 的关系。     

正弦型波纹管强化传热机制的数值分析

基于Fluent软件建立了正弦型波纹管内流体的数值分析模型,研究了湍流状态下管内流体的流动与传热特性,分析了波纹管不同结构参数及流体进口速度对管内强化传热性能的影响规律。研究表明:当雷诺数Re相同时,正弦型波纹管内流体的平均努赛尔数Nu是其当量直径光管的1.65~2.67倍,且当Re约为28 000时,传热效果最佳;波高、波长对波纹管强化传热均有较大影响,在高雷诺数条件下,经过结构优化的波纹管能使回流区与主流区交界处形成不稳定的剪切层,此时传热效果达到最优。     

电磁力控制圆柱体三维绕流场的脱体涡模拟

利用Maxwell方程组直接数值计算表面包覆电极与磁极圆柱体产生的电磁力分布,将其加入到动量方程中,采用脱体涡模拟(DES)方法,在雷诺数Re=3 900时,对电磁力作用下圆柱体在弱电解质中的绕流场结构及其升阻力特性进行了数值模拟与分析.结果表明,电磁力作用可提高圆柱体边界层内的流体动能,抑制流动分离的产生,减弱圆柱绕流场的三维特性,在电磁力作用参数达到某个临界值后,在圆柱体后方产生射流现象;同时,随着电磁力作用参数的增大,圆柱体压差阻力及其总阻力减小,但摩擦阻力增大,而且电磁力的作用还可以显著减小升力脉动幅值.     

三棱柱绕流流场实验研究

应用粒子成像测速(particle image velocimetry,PIV)技术对尺度比H为45°的三棱柱在不同雷诺数Re下的尾流场进行定量测量,结合本征正交分解法研究尾流场相干结构,同时利用时间空间关联法确定了不同雷诺数下涡街流向运输速率的变化情况.研究发现前二阶模态流场结构代表流场中卡门涡街结构,第三阶模态流场结构可表征尾流场中自由剪切层形态,且该形态对雷诺数相对敏感.Re=400工况下,三棱柱绕流流场中自由剪切层形态出现不稳定现象,抑制了自由来流与尾流区内流体间的动量交换,使得尾流区内流体恢复系数减弱,尾流场中阻力系数Cd突增.     

高效浓缩池斜管的特性参数(s)与斜管中的雷诺数(R_e)

本文主要研究了高效浓缩池斜管的特性参数(s)与斜管中的雷诺数(Re)。分析了斜管沉淀原理中,雷诺数性质和特性参数公式、斜管里雷诺数Re的实例计算,探讨了斜管式浓缩机选型里,雷诺数(x e R,?e R)两个概念的运用和经验公式。