小型风冷柴油机镶块双通道倾角对涡流特性的影响

为分析风冷柴油机镶块双通道安装位置对涡流室内涡流形态的影响,以BHl75F柴油机为例,基于FLUENT流体仿真软件,研究活塞从曲轴转角210°CA运动至上止点（TDC）时双通道倾角对柱形平底涡流室内涡流特性变化规律．模拟结果表明,镶块双通道倾角对涡流室内涡流形态发展具有重要影响,在设计的30°、40°、45°及50°四种通道倾角方案中,涡流室内涡流发展过程较为相似,均在连接通道左侧形成自由涡,随着曲轴转角的增大,涡流强度增大,涡核上移并稳定在O点位置附近;相对30°、45°通道倾角而言,40°、50°对应的涡流形态发展较快,且在喷油始点附近位置,45。通道倾角所获得的涡流形态更稳定、矢量速度和涡流尺度更大,有利于提高油气混合质量．     

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.     

双涡圈涡旋机械修正齿型的基元面积计算

对双涡圈涡流机械的一种修正齿型进行了细致的分析和研究，得到了具有这种齿型的双涡圈涡旋机械的工作特点及齿型动态啮合特性和啮合 ,详细总结出了具有这种齿型的双涡圈涡旋机械在吸气开始到排气结束的一个完整工作过程，任意转角时刻工作腔容积完全解析的精确计算方法，通过实例计算和验证，结果证明了计算公式的正确性和通用性。     

被动式旋流微混合器的实验研究

目的:设计和制作一种被动式旋流混合器,为药品分析和生物制剂提供新选择.方法:从层流扩散混合机理出发,设计利用流体自身旋转提高混合效益的被动式旋流微混合器.提出了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)旋流式微混合器的一种简易制作方法,并从理论上分析了在超纯水环境中紧固方法实现微混合器基片和盖板之间封合的可行性.结果:采用体试显微镜和表面轮廓仪对制作的旋流式微混合器形貌、混合腔深度及加工表面粗糙度进行了表征.结论:在一定尺度范围内随混合腔深度的增加,混合器混合性能得到改善,微混合器可以作为生物制剂和药品分析的新选择.     

一种小型电磁力驱动流体混合器的特性

为了提高混合效率,该文设计了一种小型的电磁动力驱动(MHD)混合器,对其混合特性进行了理论分析和实验研究.该混合器由聚碳酸脂和黄铜采用常规方法加工而成.研究液体为硫酸铜溶液,采用粒子图像测速技术进行实验,在实验过程中为观察溶液的流动混合搅拌过程,溶液中加入荧光粉作为示踪粒子,并通过数据采集和处理系统对实验结果进行分析,得到流场的速度分布.建立该混合器的理论模型,在实验的基础上进行数值模拟,并对结果进行分析比较,模拟结果与实验结果相吻合.     

一种新型的数字化微粉体混合器

利用压电陶瓷驱动器产生的脉冲惯性力来驱动和扰动微流体,实现了粉体流的均匀离散和微喷射,具有数字可控性.设计了一种粉体微混合器,该微混合器将玻璃微管道拉制仪拉制的三根微管道组合起来,形成含有两个进口与一个出口的微流道,无需复杂的玻璃微加工技术及键合、芯片钻孔等工艺.工作时通过数字化控制每一根进料微管道内的粉体喷射至混合腔内,实现粉体的微混合,最终生成的混合物由微混合器出口喷射而出.进行了300目银粉和280目刚玉粉的混合实验,证明该混合器可以用于粉体的微混合.     

圆筒型混合器中颗粒混合运动的研究

采用2种不同颜色的硅胶颗粒,研究混合器的填充率、转速等对颗粒混合过程的影响,探明颗粒在圆筒型混合器中的运动形态和混合机理.研究结果表明:混合过程中颗粒运动的流线不断被拉伸和弯曲,是形成颗粒扩散运动的重要机制;填充率和转速对颗粒的混合运动有明显影响:在填充率不变时,混合效果随混合器转速的提高(接近离心状态之前)而提高;当转速不变时,混合效果随填充率的提高(不超过70%)而提高;随填充率和转速的提高,颗粒的运动模式由Rolling模式逐步向Cascading模式发展.     

内置翼片管式静态混合器混合效果的大涡模拟

采用大涡模拟方法对内置翼片管式静态混合器内部的流场和浓度场进行了研究,对比了3种不同结构尺寸的翼片的混合效果和沿混合器轴线的压力损失.数值模拟结果表明小翼片的压力损失最小(ξs=0.52),但混合效果最差;长翼片的混合效果略好于大翼片,但其压力损失仅为大翼片的67%(ξl=2.31,ξb=3.41).同时还发现,在长翼片背后可形成两个逆向旋转的大涡,使混合器中心区域速度梯度增大,剪切作用明显,湍流强度增强.该流场结构能有效地驱使混合器中心高浓度流体流向壁面,从而增大高浓度流体和低浓度流体的接触面积,改善混合条件,故长翼片是一种值得推广使用的翼片结构形式.     

波瓣混合器混合流场中涡结构的数值研究

以FLUENT程序为研究平台,分别采用标准k-ε、RNG k-ε、Realizable k-ε、SST k-ω以及S-A五种湍流模型,对航空发动机混合排气系统中常用的波瓣混合器的流场,进行了三维数值模拟。与实验测量数据对比可知,所采用的计算方法能够较好地描述波瓣混合器复杂流场中流向涡、正交涡形状以及涡量沿流动方向的变化规律。在各种湍流模型中,Realizable k-ε在流向涡以及正交涡涡量大小的描述方面较其他模型更为精确。     

新型双机身鸭式布局无人机气动特性

优化载重性能的气动布局设计是当前无人机研究重要方向,为提高物资运载能力和结构性能,基于连接翼、双机身、鸭式布局设计,提出一种新型双机身鸭式布局无人机,采用FLUENT详细研究了两种飞行速度下的升阻特性、压力云图、涡量分布等。研究结果表明,双机身鸭式布局无人机具有较高的升阻性能,速度提高时,升力系数增加而阻力系数减小,速度由30 m/s增加到60 m/s时,最大升力系数增加7.6%,升阻比增加4.8%;从表面压力云图看,升力主要贡献为前机翼、鸭翼和后机翼,失速迎角前后,后机翼未受前机翼和鸭翼气流干扰,提高了无人机的失速特性;巡航迎角状态的涡量较弱,仅在翼梢及部件连接处出现,失速迎角前后,翼梢、部件连接处涡系增强,且产生了干扰,机翼表面趋于分离。     

一种棋盘形分布表面电势的电渗微混合器设计

提出了一种新型的电渗微混合器设计方案.在管道的顶部和底部采用棋盘形交替分布的表面电势,当管道内施加电场,这些交替分布的表面电势会在微管道内诱导复杂的波状电渗流动,折叠(fold)和拉伸(stretch)管道内的流体,使混合效果得到增强.数值模拟结果显示该混合器的混合效果得到了很大的增强.首先通过两个三维算例的比较,验证了数值模拟的可靠性;然后基于对流场结构的分析,定性地阐述了这种微混合器增强混合的机理;同时探讨了不同参数对这种微混合器性能的影响.     

多孔泡沫金属换热器内部的非热力学平衡

应用Brinkman-extended Darcy流动模型,对恒热流密度条件下,方形轴流式多孔泡沫金属换热器内流体与泡沫金属之间的瞬时局部非热力学平衡情况进行了分析。结果表明:当流体在低孔隙率、低ppi数的多孔泡沫金属通道内低速流动,以及当流体和多孔泡沫金属间存在较大的导热能力差异时,两者间的瞬时局部温差较大,不可忽略。     

多孔分散微结构混合器中流动及其混合性能的CFD模拟

在对多孔分散微结构混合器内流动现象进行分析的基础上,选择标准的k-ε模型和多环境模型,以商业CFX软件为基本工具,建立了模拟多孔分散微结构混合器的几何模型,对于孔半径为10,20,30,50,70μm的微结构混合器内的流动、混合性能进行了模拟,并利用模拟结果讨论了孔径、流速等因素对于混合性能的影响规律。     

分离再结合型与内交叉指型微混合器微观混合性能实验研究

利用碘化物-碘酸盐平行竞争反应体系对分离再结合型和内交叉指型微混合器的微观混合性能进行了研究.实验考察了氢离子浓度、雷诺数和混合流体的体积流量比对微混合器离集指数的影响,并对实验结果进行了理论分析.研究结果表明,对所研究的两种微混合器,混合流体的体积流量比为1时,适宜的氢离子浓度范围均为0.02~0.04mol/L,微观混合效果最好.随着体积流量比的增加,离集指数增加,表明微观混合性能变差.雷诺数增大有利于微观混合效率的提高.在所研究的雷诺数范围内,相同雷诺数时分离再结合型微混合器的微观混合效果略好于内交叉指型微混合器.     

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。     

Modulation on flow field by solid particles in gas-solid two-phase turbulent free shear flows

In order to understand the interaction between fluid and particles, a two-way coupled three-dimensional mixing layer laden with particles at a Stokes number of 5 with different mass loadings is numerically studied. The pseudospectral method is used for the flow fluid and the Lagrangian approach is used to trace particles. The concept of computational particles is introduced to vary the mass loading of particles. The momentum coupling effect introduced by a particle is approximated to the point force. The simulation results show that the coherent structures are still dominant in the mixing layer, but the flow field is modulated by particles. The addition of the particles enhances the energy of all the Fourier modes with non-zero spanwise wavenumber, and the enhancement increases with the augment of the mass loading. A higher mass loading results in a lower energy at fundamental wavenumber and streamwise subharmonic Fourier mode of the fluid in the phase of Kelvin-Helmholtz rolling up, but for large-scale vortex structures pairing, the energy of the fluid increases as the mass loading increases. Similar trends can also be found in the developments of the turbulent kinetic energy and the momentum thickness.     

泡沫压裂液在裂缝内的层流流动

泡沫流体流变模式的研究表明幂律模式和H-B模式的层流流动完全能满足泡沫压裂液的实际流动.对于宽度相比于长度和高度来说相当小的裂缝,可以将其内部泡沫压裂液的流动简化为无限大平行平板的流动.本文将分别以幂律模式和H-B模式来分析不同流变模式对流动的影响.     

不同动量比对T型管冷热流体掺混及管道热疲劳的影响

为探究主支管流体不同动量比对T型管道内冷热流体掺混过程及管道热疲劳程度的影响，通过对T型管内不同主支管流体动量比工况下冷热流体的掺混过程进行大涡模拟（LES），计算得到管道壁面及管道内流体的温度波动情况，并使用同一套T型管网格模型进行了流固耦合计算，得到了动量比对T型管道热应力及热疲劳寿命的影响规律。计算结果表明，当动量比变化使得T型管内流体的搅混流型发生变化时，动量比对管道热疲劳的影响明显，其中，搅混流型为偏转流时，管道的热疲劳现象相较于搅混流型为壁面流的热疲劳现象得到明显的改善，预测热疲劳寿命从8.81×10^-4年提高到5.40×10¹⁵年。因此，随着主支管流体动量比的降低，流体搅混流型从壁面流转变为偏转流，管道的热疲劳寿命得到明显提高。     

交流电润湿作用下液滴的振荡行为特性

摘要：
实验研究了不同交流电频率下共面电极电润湿芯片上液滴的振荡行为特性.结果表明,在某些特定的输入频率下液滴出现共振,共振模态称为Pn（n=2,4,…）,且实验获得的共振频率值与线性理论预测值吻合良好.在共振模态Pn下,液滴振荡对称,表面呈现n/2个波峰.在相邻共振模态间存在某个临界频率,此时液滴振荡对称,但很微弱,且接触线宽度和液滴高度的振荡相位关系发生转变.小于此临界频率时,液滴接触线延展至最大时呈液瓣状,且液瓣的位置通过液滴的收缩和延展在水平面内周期性交替,液瓣数目随着相邻共振模态阶数n的升高而增加.大于此临界频率时,液滴振荡左右不对称,具体表现为液滴表面波的传动.预期这些液滴的非对称振荡会产生更为混乱的内部流动,从而增强微流控液滴混合器的混合效率.
     

微型方直管中液滴的流动与变形

讨论了二相流体在微型管中的流动问题、边界条件与表面浸润现象,给出了微型管中二相流体的输运方程.针对方形微型管道,利用有限差分法给出了输运方程的数值求解方法.模拟了方形直管中单个和多个液滴的流动与变形过程,通过数值模拟结果发现,量纲为一的参数Pe和Ca对液滴的变形有很大影响,随着Pe的增大,液滴的变形急剧增大,当毛细数在0.35~0.50之间时,液滴尾部的曲率逐渐减小,由正值开始变成负值,形成一个凹陷.