垂直指数延伸板驻点混合对流与传热研究

研究不可压缩粘性流体在垂直指数延伸壁面上的二维驻点混合对流与传热问题,借助相似变换将边界层控制方程转换为非线性常微分方程,通过打靶法对其进行数值计算,用图表详细分析顺流和逆流时浮力参数λ和Prandtl数Pr对流体流动和传热特性的影响.结果显示:顺流时,表面摩擦系数和Nusselt数均随浮力参数λ的增大而增大;随着Pr数增大,Nusselt数增大而表面摩擦系数减小.逆流时,表面摩擦系数和Nusselt数均随浮力参数λ的增大而减小,随Pr增大而增大.     

两弹塑性非赫兹接触粗糙表面温升的分形模型

针对赫兹接触理论存在的3个缺陷,考虑表面粗糙度和塑性变形,适当处理接触物体交界面处的摩擦,将赫兹接触理论以更符合实际的方式推广到滑动接触．采用球形微凸体的赫兹接触理论和MB修正模型,对微接触点的温升进行了分析,得到了低速滑动区域内的分形区域实际接触面积温升的补充累积概率分布函数的封闭形式表达式．分析结果表明：分形区域的最大温升随滑动速度增大而线性增大,非零域随滑动速度增大而扩展．对于固定的量纲一分形粗糙度参数,最大温升随分形维数增大而减小;对于固定的分形维数,最大温升随量纲一分形粗糙度参数增大而增大．温升的补充累积概率分布函数随滑动速度增大而增大,随分形维数增大或量纲一分形粗糙度参数减小而减小．平均温升为最大温升的0．4023倍,温升的标准差为最大温升的0．24倍．     

压实黏土干缩裂缝扩展规律试验研究

为探究影响压实黏土干缩裂缝扩展的影响因素,制备不同干密度与初始含水率的压实土样开展试验分析。通过模拟干旱环境,使压实土样逐渐产生干缩裂缝,采用数字图像处理技术对形成的裂缝进行定量统计与分析,并通过裂缝参数变化密度函数分析裂缝发育速度的影响因素。结果表明:初始含水率限制裂缝出现速度,裂缝条数、最大裂缝宽度随着干密度的增大而减小,裂缝宽度的增长速度随含水率的增大而增大;土体干密度对裂缝发育速度影响不明显;初始含水率相同时,分形维数随干密度的增大而减小。     

表面形貌对磁盘-磁头间隙润滑影响的数值分析

为了解决传统R eyno lds方程无法求解盘片表面形貌突变处压力分布的问题,采用N-S方程和有限体积法对磁盘磁头间隙润滑进行数值分析。使用形貌突起高度、密度和占空比3个参数描述盘片表面的规则矩形横向形貌,并通过分析流场压力和速度的分布,解释了不同形貌参数对润滑阻力的影响。结果显示,由于矩形形貌的影响,形成了压差阻力,压差阻力随形貌突起高度或密度的增加而增大,随突起占空比的增加而减小。摩擦阻力的大小取决于近壁面流场的速度梯度,而形貌参数是该速度梯度的决定因素之一。压差阻力和摩擦阻力的综合作用决定了盘片表面的总阻力。     

污泥干燥速度曲线的分形维数分析

污泥的干燥速度变化是干燥过程中水分运动的宏观表现，对内部微观的传热传质动力学机制有重要揭示。利用功率谱分析对实验所得间接式加热的污泥干燥速度变化进行分形和混沌特性的判别，并提出Hausdorff维数和整体盒维数的计算方法，以分析其分形规律。通过判断得知，污泥的干燥速度变化具有分形特性。速度变化的Hausdofff维数随参数N值的增大而增大，但波动范围变小，且随着干燥过程进行，其值逐渐减小．另一种反映整体变化的维数——盒维数可以采用变换法计算得出，可用于判别干燥过程的整体分形特性。2种方法所得维数显示，污泥种类和干燥温度等对干燥速度变化的分形均有较大影响。     

端铣速度对钛合金TB6表面完整性的影响

钛合金TB6铣削表面完整性对其使用性能具有重要影响,试验研究了端铣速度对表面完整性的影响规律。研究表明:在20~60m/min范围内的低速铣削时,表面粗糙度随铣削速度增大先减小而后增大,表面显微硬度值随铣削速度增大而增大,残余应力数值随速度增大而减小;在100~300m/min范围内的高速铣削时,表面粗糙度随铣削速度增大而减小,表面显微硬度随着铣削速度增大而变小,表面残余应力数值随速度增大而减小,残余应力沿深度方向分布大致呈"勺"型,高速铣削表面观察到了熔滴缺陷。     

基于混合对流与传热的垂直延伸板驻点流研究

延伸板上不可压缩粘性流体的驻点流在工业和实际生产中有着广泛的应用,研究延伸板上驻点流的边界层流动一直是广大学者研究的热点。本文研究了不可压缩粘性流体在垂直指数延伸壁面上的二维驻点混合对流与传热问题,这是一种基本的物理现象,也是当今国内外学者研究的新热点问题之一。借助相似变换将边界层控制方程转换为非线性常微分方程,通过对其进行数值计算,用图表详细分析顺流和逆流时浮力参数λ和普朗特数Pr对流体流动和传热特性的影响。结果显示：顺流时,表面摩擦系数和努塞尔数均随浮力参数λ的增大而增大;随着Pr数增大,努塞尔数增大而表面摩擦系数减小。逆流时,表面摩擦系数和努塞尔数均随浮力参数λ的增大而减小,随Pr增大而增大。研究结果对于工程中探讨垂直板上浮力参数及普朗特数对表面摩擦力和传热特性的特殊影响具有重要意义。     

利用Monte Carlo算法对薄膜生长过程的计算机模拟

用Monte Carlo方法以Cu为例对薄膜生长过程进行计算机模拟．不仅对原子的吸附、迁移及脱附3种过程采用更为合理的模型，还考虑这些过程发生时对近邻原子的连带效应．在合理选择原子间相互作用势计算方法的基础上．改进了原子迁移激活能的计算方法．计算了表征薄膜生长表面形貌的表面粗糙度和表征薄膜内部晶格完整性的相对密度．结果表明，在一定的原子入射率下，表面粗糙度和相对密度的变化存在一个临界温度．随着衬底温度的升高．表面粗糙度减小，膜的相对密度增大．当达到临界温度时，粗糙度随衬底温度的升高开始增大，而相对密度趋于饱和．临界温度随原子入射率的增大而增大，不同温度下原子入射率对粗糙度的影响不同，在较低温度时粗糙度随入射率的增加而增加，在较高温度时粗糙度随入射率增大而减小．同时发现．随入射率的增大或薄膜厚度的增加，相对密度均逐渐减小。     

含油纳米制冷剂沸腾中气相与液相之间球形纳米颗粒的迁移特性

为了评估纳米制冷剂的沸腾传热效果以及球形纳米颗粒在制冷系统中的循环能力,采用称重法实验研究了纳米制冷剂沸腾中气/液相间球形纳米颗粒的迁移特性,重点考察球形纳米颗粒种类和粒径、制冷剂种类、润滑油浓度、热流密度和初始液位高度对球形纳米颗粒迁移特性的影响.结果表明： 球形纳米颗粒迁移率随球形纳米颗粒密度或粒径的减小而增大;制冷剂的动力学黏度越小、密度越大,其在完全蒸发时的球形纳米颗粒的迁移率越大;球形纳米颗粒的迁移率随润滑油浓度的增大而减小,随热流密度的增大而减小,随初始液位高度的增加而增大.     

缓进给强力磨削深沟槽表面二维残余应力的试验研究

应用电阻应变计法研究了缓进给强力磨削产生的深沟槽侧面的表面残余应力,结果表明,磨削加工后的表面残余应力随加工条件变化而变化的,最大的残余压应力出现在最表面上,该最大表面应力随砂轮转速或工件进给速度增加而减小,随磨削深度或磨削宽度减小而增大,工艺参数增大时残余应力层的厚度增加,在缓进给磨削加工中采用低砂轮转速,低工件进给速度、小磨削深度或小磨削宽度是有利的。最后,必须用一个特殊的喷嘴采用增大压力的冷却液清洗砂轮端面。     

内置发热圆的方腔内双扩散混合对流数值模拟研究

利用计算流体动力学CFD技术,对内置发热圆的方腔内双扩散混合对流情况进行了数值模拟.发热圆位于方腔中心,其表面高温高浓度,方腔各壁面绝热,低温低浓度流体从方腔左侧底部流进,从右侧顶部流出.分析了理查德数Ri,路易斯数Le及浮升力比Br对方腔内双扩散混合对流的影响,给出了流线、等浓度线以及等温线的分布情况,得出平均努赛尔数Nuav和平均舍伍德数Shav随着Ri,Le及Br的变化规律.     

水平旋转圆筒表面温度和浓度边界层的测量

用自制的微热偶式测温和测湿装置分别对大直径水平旋转圆筒表面温度边界层和浓度边界层进行了测量．实验表明,旋转对顺向侧和逆向侧的影响情况有所不同顺向侧边界层的温度梯度和浓度梯度随旋转雷诺数的增加一直增大,而逆向侧的温度梯度和浓度梯度随旋转雷诺数的增加先减小后增加用微热偶式测温装置测量边界层温度分布时,由辐射引起的温度测量误差不超过3%,用微热偶式测湿装置测量边界层浓度分布时,由辐射引起的湿球温度测量误差在3％～8％,且离圆筒越近测量误差越大。     

单方柱绕流的直接数值模拟研究

为了揭示柱体绕流的湍流流动机理,采用直接数值模拟方法对雷诺数为1200的单方柱绕流工况进行研究。首先通过与文献中斯特劳哈尔数、平均流速和表面压强系数等统计量进行对比,验证了数值方法的可靠性。其次采用本征正交分解方法系统地提取流场中的相干结构,结果表明：对于速度场的模态分解,第一阶模态代表平均速度场的特征,第二、三阶模态提取的是流场中的低频大尺度旋涡特征,第四、第五阶模态提取的是流场中的高频小尺度旋涡特征。最后基于联合概率密度函数分析速度梯度张量第二、第三不变量,发现方柱下游大致可分为两个流动阶段：发展阶段,流场以涡流层结构和耗散作用为主,涡流管结构逐渐生成;成熟阶段,流场中湍流结构伴随着高涡量拟能和高能量耗散率。     

近刚性圆柱水下爆炸气泡动力学特性研究

针对刚性圆柱附近水下爆炸气泡的动力学特性进行了研究. 基于Navier-Stokes方程结合流体体积法捕捉气液两相界面,建立了数值模型;采用电容器放电产生水下爆炸气泡并用高速摄像机记录了气泡的脉动,并将实验结果与数值模拟结果对比验证了数值模型有效性. 通过数值模拟得到了气泡与刚性圆柱相互作用的流场细节信息. 结果表明:气泡在刚性圆柱附近脉动使得刚性圆柱表面流体介质存在速度梯度,速度较大的流体液层冲击气泡形成不同的气泡形状. 定义了一个量纲一的距离参数来表征气泡与刚性圆柱之间的相对距离,研究了距离参数对射流冲击压力、最大射流速度及气泡型心运动的影响. 随着距离参数的增大,射流冲击压力逐渐减小,气泡内部最大射流速度先增大后减小;气泡型心的偏移随距离参数的增加而减小.      

Boundary layer flow and heat transfer of a micropolar fluid near the stagnation point on a stretching vertical surface with prescribed skin friction

The steady laminar mixed convection boundary layer flow and heat transfer of a micropolar fluid near the stagnation point on a stretched vertical surface with prescribed skin friction were considered. The governing partial differential equations were transformed into a system of ordinary differential equations, which were then solved numerically using the shooting method. Results for the stretching velocity, the local Nusselt number, the temperature, and the velocity profiles are presented for various values of the mixed convection parameter λ and material parameter K when the Prandtl number is equal to 1. Both assisting (heated plate) and opposing (cooled plate) flow regions are considered. It is found that dual solutions exist for both assisting and opposing flows.     

平面波作用下浮体的有阻尼强迫振荡研究

采用线性波理论和特征函数展开法,在平面入射波条件下,求解了由于圆柱体作垂向运动(垂荡)时的辐射速度势和圆柱体固定不动的绕射速度势,推导了附加质量、阻尼系数、水波激励力表达式,进一步推导了垂荡运动响应表达式。最后分析了垂荡运动产生共振现象的条件。数学计算表明圆柱体的半径同其浸入深度的比值与圆柱体垂荡运动产生共振现象相关,只有这一比值小于一特定值才会发生共振现象,随着这一比值的减少,共振峰值急剧地增大。     

均匀流中悬臂圆柱体气动力雷诺数效应

通过风洞试验对均匀来流中长径比为5的悬臂圆柱体气动力进行了研究.试验中圆柱直径为200mm,来流风速为5~45m/s,对应的雷诺数为0.68×105~6.12×105,涵盖了亚临界、临界与超临界区间.研究表明,尽管悬臂圆柱处于均匀流中,但其气动力特性在不同高度上仍存在显著的差异,悬臂圆柱气动力也存在着明显的雷诺数效应.其从亚临界进入临界区所对应的临界雷诺数略大于二维圆柱.悬臂圆柱阻力系数在临界雷诺数范围内的减小幅度明显小于二维圆柱.在亚临界区内,悬臂圆柱阻力系数小于二维圆柱的对应值,而在超临界区则大于后者.尽管处于均匀流中,悬臂圆柱不同高度所对应的临界雷诺数并不相同,越接近自由端越早出现从亚临界向临界区的转变.     

不同分数导数下Maxwell杂化纳米流体流动和传热变化的灵敏度分析

考虑多孔介质中垂直拉伸板引起的分数阶Maxwell杂化纳米流体流动与传热,并引入二阶滑移边界条件。利用分数阶剪应力和分数阶Fourier定律构建边界层控制方程,采用有限差分结合L1算法进行数值求解。图示并详细讨论分数导数参数变化时,各物理参数对该流体流动和传热影响的灵敏度变化。结果表明,Darcy数和滑移参数对平均表面摩擦系数的影响,以及滑移参数对平均Nusselt数的影响,对速度分数导数比对温度分数导数更敏感。Darcy数对平均Nusselt数的影响对温度分数导数敏感,但几乎与速度分数导数无关。此外,一阶滑移参数比二阶滑移参数对流动和传热的影响更大。     

运动平板附近圆柱绕流的数值模拟

用格子Boltzmann方法模拟运动平板附近的圆柱绕流问题, 给出一种精确确定临界间隙率的综合判定方法, 并分析了流场特性的内在本质以及各种物理现象之间的联系. 将圆柱置于运动平板上方, 平板运动速度与入口处均匀来流的速度保持一致, 模拟的雷诺数为1 000. 定义间隙率为G/D, 其中G为圆柱边界到运动平板的最小距离, D为圆柱的直径. 结果表明: 当间隙率取值范围不同时, 流场特性有较大差异; 与孤立圆柱相比, 本文中的升力和阻力有明显增加, 并且旋涡脱落也受到平板抑制.     

基于多松弛格子Boltzmann方法插值反弹运动边界研究

采用多松弛格子Boltzmann方法,结合曲边插值边界处理方法,在固定笛卡尔坐标系均匀网格下,模拟了运动圆柱绕流问题.结合非平衡外推思想,提出了一种新的预估格点分布函数的方法:通过"圆柱表面垂直方向附近的流场内格点的密度和圆柱的速度"构造平衡分布函数,并将其作为新生成格点的分布函数.利用对绝对误差的频谱分析技术,与现有两种方法(基于平均和预估思想)对比结果显示:新提出的方法在具有更高的精度的同时,可以保证仅需要流体域内较少的流动信息,从而为流体内的颗粒碰撞等问题提供了有利条件.通过误差频谱结果,进一步对相应方法中的误差根源进行了讨论,为进一步改进方法提供了依据.对相同雷诺数下加大一倍流场区域的计算结果表明,加大网格可以减小升阻力误差在低频时频谱幅值.