对流扩散方程的拟谱格式稳定性分析及扩稳方法

针对拟谱方法在高雷诺数下的格式非稳定性问题,通过特征分析及算例验证系统研究对流扩散方程的拟谱方法稳定性,重点采用罚方法处理边界条件来拓宽稳定性范围.研究表明:拟谱方法在处理强约束边界条件时稳定性条件苛刻,是无法计算高雷诺数问题的根本原因;罚方法处理后的边界条件问题可以将拟谱方法的稳定范围扩宽1～3个数量级,极大地提高了拟谱方法所能求解的雷诺数上限;此外,罚方法还能保持拟谱方法的高精度优点,对减少计算时间亦有裨益.研究工作对流动传热传质方程的拟谱格式的数学特性分析及设计具有理论指导意义.     

生物制药工艺用水的管道设计

介绍了生物制药工艺用水的制备标准,及工艺用水的循环管路及分配系统的基本要求。为了达到制备标准和基本要求主要是控制输配管路中的微生物限度,而微生物限度的控制要靠输配管路的高流速设计及定期的消毒灭菌来达到。工艺用水系统管路设计如何达到高流速;定期消毒灭菌的方法。     

粘性不可压缩流动的投影稳定化方法

利用压力投影和梯度投影稳定化方法的思想,对高雷诺数下的粘性不可压缩流动的最低阶元给出了一种稳定的有限元格式.该格式不但绕开了inf-sup条件的限制,并且克服了当雷诺数很大时造成的不稳定性.利用不动点原理证明了解的存在唯一性,给出了误差估计.误差结果表明,该方法能达到最优精度.     

低压透平叶片表面合成射流非定常流动控制机理研究

基于Langtry-Menter转捩模型的SST湍流模型,通过求解三维非定常雷诺时均Navier-Stokes方程,数值研究了低雷诺数下合成射流涡发生器对Pak-B低压透平叶片吸力面流动分离的影响,揭示了低压透平叶片表面合成射流非定常流动的控制机理.结果表明,引入合成射流涡发生器能够抑制甚至消除低雷诺数下叶片吸力面上的流动分离.在雷诺数为25 000、自由流湍流强度为0.08%下,提高射流控制频率有助于增强合成射流涡发生器对低压透平叶片表面流动分离的控制效果,减少流动损失.当控制频率为10Hz时,叶栅出口的相对总压损失系数为0.42;当控制频率增加到20Hz时,相对总压损失系数仅下降到0.41.这表明,当合成射流控制频率大于10Hz时,继续增加控制频率来减少叶片表面流动损失的效果是不明显的.     

弯管流量计流量系数的试验研究

提出了弯管流量计的理论公式及其流量系数的理论，在大量试验的基础上对影响弯管流量计流量系数的诸因素如：雷诺数、弯管的几何形状、上下游直管段长度、取压孔方向、弯管的管壁粗糙度以及二次流等进行了分析，从而丰富了弯管流量计的理论和设计。     

弯曲河流湍流结构动力演化特征

将弯曲河流中湍流结构看做一种扰动波,通过分析扰动波增长率的变化来研究湍流结构的动力演化特征.针对二维弯曲河流,采用流动稳定性理论与摄动法建立河流自然坐标下的湍流运动理论模式,运用差分法离散方程,利用Muller法进行特征值求解,进而分析弯曲河道二维湍流结构在不同弯曲度和雷诺数条件下的变化.结果表明,湍动能量主要由小尺度涡体结构产生的脉动来提供,小尺度涡体结构的演变比较剧烈,对河道弯曲度和雷诺数的改变也更敏感.另外,弯曲河道对拟序波有一定的选择性,也正是这些特征波的湍流结构促成了弯道的形成及保持.     

基于高低雷诺数试验的分离双箱涡振性能对比

为比较分离双箱涡振性能在高低雷诺数试验中的异同,在同济大学TJ-1和TJ-3风洞试验室进行了40个工况的对比试验.结果表明,在低雷诺数试验中涡振出现的阻尼比区间及其相应的振幅都较大,在高雷诺数试验中涡振出现的阻尼比区间和幅值都较小;导流板在零度攻角时无论雷诺数高低都能减小涡振振幅,但在攻角存在时,导流板仅在低雷诺数试验条件下能够增大涡振振幅而在高雷诺数试验条件下则会减小涡振振幅.最后还对试验现象差异的机制进行了分析,并对与大带东桥和昂船洲桥研究结果异同的原因进行了分析.     

定向凝固过程中的流动效应

在类合金(NH4Cl-H2O溶液)定向凝固晶体生长实验装置上,利用30μm煤粉作示踪粒子,再现糊状区内微通道流以及通道出口处的流体流动,并测算了各处流体的瞬时速率.分析认为:凝固初期,糊状区内固相体积分数较大,内部流体流动受阻;随着固相体积分数减少,糊状区孔隙率增大,流体充分发展;当平均固相体积分数降至0.42,接近最小值0.38时,当量雷诺数达到临界值(247),糊状区内形成微通道;随着通道宽度逐渐扩大,液相区内热流体进入微通道.微通道内稀冷液体向上流,浓热液体向下流,促使通道内溶液再结晶.     

错列双圆柱下游圆柱的升力机理

采用大涡模拟(LES)的方法,在雷诺数Re=1.4×10~5时,研究了间距P/D=4(P为圆心间距,D为圆柱直径)、风向角0°～90°的错列双圆柱的气动力特性和干扰流态,从流场角度分析了下游圆柱受到平均升力和脉动升力作用的流场机理.结果表明:随着风向角的增大,两个圆柱的干扰流态依次为旋涡撞击流态、旋涡撞击和剪切层干扰流态、剪切层干扰流态、尾流干扰流态;在旋涡撞击流态、旋涡撞击和剪切层干扰流态下,上游圆柱的旋涡与下游圆柱发生强烈的撞击,导致下游圆柱的脉动升力远大于单圆柱;在剪切层干扰流态下,下游圆柱受到显著的平均升力作用,下游圆柱风压停滞点的偏移以及上游圆柱的旋涡与下游圆柱间隙侧剪切层(或旋涡)的相互作用,是下游圆柱受到平均升力作用的两个原因.     

非定常Navier-Stokes方程的一种非线性局部投影稳定化有限元方法

针对非定常Navier-Stokes方程,本文提出了一种基于非线性对流项和压力梯度的局部投影稳定化有限元方法.该方法在空间上采用等阶有限元,时间上采用隐式有限差分.本文建立了非定常Navier-Stokes方程的全离散数值格式,进而分析了离散解的稳定性和收敛性.值得注意的是,该方法中得到的误差估计随着流体雷诺数的增大依然有效.