牛顿流体在圆管内湍流流动剪切率的近似计算

根据剪切率的定义导出了描述湍流流动剪切率与时均流剪切率和脉动流剪切率关系的基本方程,该关系式与流体的流变性类型无关,适用于牛顿流体和非牛顿流体.根据不可压缩牛顿流体湍流剪切率与能量耗散率的关系和湍流能量耗散率的近似算法,得出了不可压缩牛顿流体在圆管内湍流流动剪切率及脉动流剪切率的实用算式,计算所得湍流剪切率及脉动流剪切率的分布特征与已知实验规律相符.     

圆管内湍流流动能量耗散率近似算法的可靠性分析

为了检验能量耗散率近似算法的可靠性 ,将按近似算法计算得到的管内湍流体均能量耗散率与按热力学方法导出的解析式并采用公认的摩擦因子公式计算的体均能量耗散率进行了对比。结果表明 ,若选择适当的湍流时均速度梯度模型 ,用近似算法计算的体均能量耗散率与用解析式计算的值接近 ,说明该近似算法的准确性可以满足工程计算的需要。湍流剪切率的计算误差小于能量耗散率的计算误差。对于牛顿流体在圆管内的湍流流动 ,使用三段速度分布模型计算的体均能量耗散率比采用窦国仁式速度梯度分布模型计算的误差小。参照牛顿流体能量耗散率的计算方法 ,提出了幂律流体管内湍流能量耗散率的近似算法。对于幂律流体 ,以管壁处表观粘度代替牛顿流体粘度 ,并采用牛顿流体时均速度梯度模型 ,按近似方法计算得到的体均能量耗散率与按解析式计算的结果吻合     

圆管内湍流流动能量耗散率近似算法的可靠性分析

为了检验能量耗散率近似算法的可靠性。将按近似算法计算得到的管内湍流体均能量耗散率与按热力学方法导出的解析式并采用公认的摩擦因子公式计算的体均能量耗散率进行了对比。结果表明,若选择适当的湍流时均速度梯度模型。用近似算法计算的体均能量耗散率与用解析式计算的值接近。说明该近似算法的准确性可以满足工程计算的需要,湍流剪切率的计算误差小于能量耗散率的计算误差,对于牛顿流体在圆管内的湍流流动,使用三段速度分布模型计算的体均能量耗散率比采用窦国仁式速度梯度分布模型计算的误差小,参照牛顿流体能量耗散率的计算方法,提出了幂律流体管内湍流能量耗散率的近似算法。对于幂律流体,以管壁处表观粘度代替牛顿流体粘度,并采用牛顿流体时均速度梯度模型。按近似方法计算得到的体均能量耗散率与按解析式计算的结果吻合。     

不同半径比Taylor-Couette湍流的直接数值模拟研究

采用谱方法求解柱坐标系下三维不可压缩流Navier-Stokes方程,直接数值模拟了不同半径比下的同心旋转圆筒间的Taylor-Couette(TC)湍流问题.由于TC湍流是由大尺度Taylor涡和湍流随机脉动的叠加而成,采用周向平均成功识别了TC湍流中的大尺度Taylor涡,并将其诱导的脉动流动与湍流随机脉动分离开来,对比分析了不同半径比下大尺度Taylor涡对脉动强度和湍动能的贡献;同时,通过计算雷诺应力输运方程,研究了半径比对湍动能生成、耗散和再分配等动力学特性的影响.计算结果表明,在小半径比的宽槽TC湍流中,Taylor涡诱导的脉动流相对较弱,湍流随机脉动更为强烈,其对湍流统计特性的影响占优;在大半径比的窄槽TC湍流中,流体脉动特性主要源于Taylor涡的贡献;另外,随着半径比的增大,近外壁面附近流体沿周向剪切作用增强,流场表现出类似于平板Couette流的流动特性.     

可压缩湍流封闭模型初探：湍流动能K方程

为解决可压缩流的湍流运动方程组封闭问题，对瞬时值的Ｎａｖｉｅｒ—Ｓｔｏｋｅｓ运动方程进行质量加权平均处理，根据湍流封闭理论对各脉动量关联项进行模化，得到可压缩流动的湍流动能Ｋ方程，完成了建立一个适用于三维可压缩流的湍流封闭模型的第一步工作．     

青藏高原当雄地区湍流脉动耗散率特征研究

利用1998年第2次青藏高原气象科学实验（TIPEX）当雄地区观测站的湍流资料,分析了青藏高原中部地区湍流动能、温度脉动和湿度脉动耗散率的特征规律。结果表明,无量纲湍能耗散率φ_ε、无量纲温度脉动耗散率φ_N和无量纲湿度脉动耗散率φ_γ分别比风速梯度产生的能量、温度和湿度梯度产生的脉动约小20%,且随稳定度参数的绝对值的增加而呈增加的趋势;湍流输送和压力脉动项的影响贯穿于整个稳定度区间, 数值与z/L相联系。青藏高原中部地区湍流动能、温度脉动和湿度脉动耗散率的方程中系数与前人结果的差异,反映其对下垫面特征的依赖性。     

非等温湍流射流中脉动量的耗散规律

本文利用具有高频响应的恒温热线和恒流冷线的组合探头对非等温湍流圆形射流中的湍流脉动动能和脉动温度的耗散率(ε,ε_θ)及其分布规律进行了测量.结果证实了由满足自模条件导出的Taylor微尺度和湍动能耗散率在射流中心线上的变化关系是成立的.推导了中心线上湍流温度耗散率的表达式并得到了较好的结果.     

高精度中心-WENO混合格式在可压缩各向同性湍流大涡模拟中的应用

为提高可压缩湍流大涡模拟的格式精度和分辨率,通过引入当地压力脉动的感应因子和格式加权函数的取值界限,发展了一种数值耗散自适应可控的近似6阶中心-WENO(加权本质无振荡)混合格式,采用傅里叶法对离散格式数学特性进行了理论分析,并对一维激波/密度脉动干涉问题和三维可压缩各向同性湍流大涡模拟问题进行了计算。结果表明:近似6阶中心-WENO混合格式相比于5阶-WENO格式具有更小的耗散误差,且对激波和物理脉动均具有较高的分辨率;基于所发展的中心-WENO混合格式的大涡模拟计算结果与已有的直接数值模拟结果符合较好,且能够成功捕捉-5/3幂律能谱特性曲线;该格式标定了适合于可压缩流动大涡模拟的格式加权函数界限数值,为流体机械内部可压缩湍流的高精度大涡模拟研究奠定了算法基础。     

湍流的压缩性效应及其数值模拟

综述了可压缩流体中湍流流动的研究现状,重点针对快速大变形情况下湍流的特性进行论述。讨论了可压缩湍流扰动的三种模态和能量的转换与平衡关系,对快速畸变理论和可压缩湍流的数值模拟方法作了简要介绍。     

用K—ε模式理论确定湍流压力脉动的均方值

应用K－ε模式理论导出了一般剪切湍流中压力脉动的均方值与湍流动能K，湍流耗散ε及雷诺应力uiuj的关系，利用谱分析方法所确定的关系式中的街定系数，计算了湍流边层的压力脉动，并同已有数据进行了比较。分析了计算结果表明，该方法是可行的，从而为湍流压力脉动的预测提供了一种计算手段。     

搅拌槽内非牛顿流体流动场的数值模拟

对搅拌槽内非牛顿流体湍流流动的数值研究还很缺乏.文中尝试利用k-ε模型计算了假塑性流体羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液在搅拌槽内的三维流动场,并与粒子成像测速(PIV)法测得的实验结果进行了比较.计算结果表明,非牛顿流体CMC水溶液的宏观流动场与牛顿流体(水)的流动场有较大差异,主要是主体流动减弱,并在叶端附近形成涡旋流动.主体流动区内的速度分布与PIV测量结果吻合较好.剪切速率在槽内的分布相差较大,桨叶附近与槽壁处的剪切速率较大,在主体流动区域较小.     

水平管道内冰浆流体阻力特性CFD模拟

以水平管道内冰浆流体无相变流动过程为研究对象,运用计算流体力学（CFD）为工具,采用两相流双流体模型,研究了管道内冰浆流体阻力特性.结果表明,沿管道流动方向冰粒子浓度场滞后于其流场的充分发展.当存在湍动时,颗粒动力学理论模型可以很好地描述冰粒子间的剪切作用.当流动为层流时,基于Thomas方程的反推黏度模型的模拟效果优于前者.若浆体输送速度进一步降低,需对冰粒子间的剪切效应进行分段考虑.     

中浓纸浆悬浮液流态化的实验研究及CFD模拟

中浓纸浆悬浮液在高剪切作用力下的流态化运动,其主体是尺度较小的絮聚团的流动,存在着纤维分散与絮聚的动态耦合与平衡关系,且体现出牛顿流体的流体动力学特征。实验证明中浓纸浆悬浮液在流体化过程中温度不断升高,温度场的变化反映了其流场及湍动动能的变化。以多相流湍流模型为基础对中浓纸浆悬浮液流态化过程进行CFD模拟,其数值计算的结果与实验结果较好的吻合。     

THE SHEAR-THINNING PHENOMENON OF BAGASSE KRAFT BLACK LIQUOR FLUID

INTRODUCTIONKraft black liquor composition is very complicated. Generally, it is a complex and multiphase fluid, which consists of organic and inorganic components. The total solids content in black liquors has a great effect on its fluidity and deformation. To the wood black liquor, there have already been detailed researches on their flow properties and many theoretic or practical results have been concluded in the literatures [1-8]. But to non-wood black liquor, the previous researches…     

平行磁场作用下的低雷诺数平板流研究

用直接数值模拟方法,对平行磁场作用下的不可压缩导电流体在两无限大平行平板内的流动特性进行了研究.磁场的取向可以是侧向的(与主流方向垂直),也可以是流向的(与主流方向平行),主要讨论了后一种情况.流向磁场的主要作用是增强流向上的脉动速度,而抑制侧向和法向的脉动速度及动量传输.当施加的流向磁场强度足够大时,流场从湍流转变为层流,而通过施加背景噪声或脉冲噪声的方法不能使流场重新转变为湍流.     

管中紊流新探索

本文对管中紊流作了新的探索,求得的脉动切应力分布、流速分布、流量和断面平均流速、沿速程阻力系数的通用公式都能符合公认的试验资料,既揭示了紊流断面上的分层结构,又区别了紊流水力光滑区,过渡区和水力粗糙区的性质,还能计算断面上的能流过程.作者的假设吸取了Prandtl L. 混合长度假设中的合理内容,并作了进一步的改进和发展.     

搅拌槽内流动结构的粒子图像测速技术研究

使用粒子图像测速技术（PIV）对Rushton桨在全挡板搅拌槽内的流场结构进行了研究。在同一搅拌槽中采用固定雷诺数的放大准则,对比了不同直径的Rushton桨的速度和湍流动能分布。结果表明,Rushton桨叶产生的径向射流沿径向方向是向上方倾斜的,倾斜角度在5°～6°;在排出区,湍流动能沿径向先增加至一峰值后减小;不同桨叶直径的Rushton桨,无因次化后的速度和湍流动能的大小分布在桨叶附近几乎没有差别,但随着桨叶直径的增大,剪切速率和输入功率减小,射流偏角和排出量增大。     

低浓度表面活性剂减阻流体的性能

通过对不同工况下氯化十六烷基三甲基季铵盐(CTAC)减阻流体在二维流道中减阻性能的测定,分析了温度、质量分数、配比变化对流体减阻性能的影响,应用激光相位多普勒测速仪测量了流体的速度场,对流体的湍流特征进行试验研究,结果表明,即使对同种减阻方式,CTAC减阻流体的减阻也存在极限和优选,减阻流体的横向和轴向速度脉动及雷诺应力均远小于牛顿流体。     

离心泵蜗舌区非定常流动特性

采用Navier-Stokes方程和RNG k-ε双方程湍流模型,对多工况下离心泵全流道进行了非定常流动数值模拟. 非定常计算得到的离心泵外特性与试验数据吻合较好. 在离心泵蜗舌区设置了3个监测点,计算得到了蜗舌区流体瞬态速度矢量分布,各监测点的压力、径向速度、周向速度的脉动时域特性,并对其进行了分析. 结果表明:设计工况下,蜗舌区流动比较均匀,压力和速度脉动幅度较小. 大流量工况下,在叶轮出口的射流-尾迹结构影响下,各监测点的压力和速度随叶片转动出现相应的峰值和谷值. 小流量工况下,蜗舌区内存在绕蜗舌顶端逆向流动、叶轮出口回流、蜗舌附近蜗型段内旋涡,使得流动非常复杂,流体压力和速度脉动幅度较大,压力最大值约为最小值6倍.