方腔内不同Pr数的辐射磁流体流动与传热特征

本文采用了配置点谱方法求解二维封闭方腔内辐射磁流体自然对流问题,方腔竖直壁面分别为恒温的高温壁面和低温壁面,水平壁面为绝热壁面,并给流体上施加了一个与水平方向成夹角的稳恒磁场。分析了Gr=2×106,τ=1、ω=0.5、ε=1、Ha=100时,Pr数分别为0.053、0.733和7的二维封闭方腔内辐射磁流体流动与传热,研究发现,随着Pr数的增大,流动加快,流场发生明显的变化,传热也相应地发生了明显变化。     

磁流体条件下气动热特性研究

运用一种适用于高马赫数、低雷诺数流动条件下的磁流体力学(MHD)计算方法研究气动力/热特性.采用经典Hartmann流动验证计算方法的有效性和准确性,通过布置磁场的分布形式、改变磁场强度研究磁场对磁流体流动的影响,包括对激波的控制作用及对壁面压力和热流密度的影响,进而得到磁流体条件下的气动热加热特性.通过研究,得到以下结论:磁场对流动的影响主要通过无量纲互涉参数体现,给定来流条件的情况下,通过提高电导率或增强磁感应强度都可以起到增强磁场效应的效果;磁场对流场作用主要表现为磁阻滞效果,引入磁场后流场变化更为平缓,随着机体内磁场强度增大,激波的脱体位置不断前移、强度逐渐变弱,飞行器表面压力不断升高、热流逐渐下降.     

磁流体密封间隙对密封性能的影响

对磁流体在转轴密封中的应用作了探讨．阐明了磁流体密封的原理,根据磁学理论进行了磁回路的计算．在此基础上设计了磁流体密封的试验装置．实验中采用不同的密封间隙,以确定磁流体密封能力与密封间隙之间的关系．同时,进行了轴旋转和静止时磁流体密封能力变化的试验．试验结果表明,磁流体的密封能力随密封级数的增加而提高,随密封间隙的增大而减小,密封间隙在０．０５～０．２０ｍｍ时,效果较好,同时密封级数有一个最佳值     

大间隙磁流体密封的磁场有限元分析及实验验证

采用有限元法,研究了密封间隙值为0.4～0.8 mm范围内大间隙并联型磁流体密封结构的磁场分布及密封能力与磁源个数的变化关系,采用实验的方法验证了大间隙对多磁源磁流体密封性能的影响,并对计算结果进行了分析和讨论.结果表明:大间隙并联型磁流体密封能力随着密封间隙的增加而减小;多磁源的密封结构可以显著提高大间隙磁流体的密封性能;永磁体与极靴结合处的漏磁及部分磁源没有完全发挥作用,是导致并联型磁流体密封结构的密封能力与单磁源的耐压能力成非线性关系的原因.     

方管内混合对流与管壁导热耦合换热的数值模拟

针对方管内空气混合对流时的流固耦合换热问题,提出将壁面导热作为边界条件进行处理的壁面导热与流动耦合简化计算方法,推导了计算公式,并采用SIMPLER算法进行了数值模拟.算法忽略壁面沿厚度方向的导热,假设管壁温度沿轴向一维分布,采用热量平衡法建立边界单元的能量守恒方程,将固体区域的导热简化为流体区域的边界条件,以提高计算的精度和可靠性.计算结果表明,受二次流影响,沿通道周向热量从加热面同时沿顺时针和逆时针方向迅速向两边传递,各壁面最大温差小于0.5℃,在轴向归一化长度为2～4时壁面轴向导热热流密度出现最值.平均Nusselt数Num随Reynolds数Re及方管倾斜角度θ的增大而增大,最优倾角在-30°和0°之间变化,但当Re＞1 500时,Num随θ的变化近似保持不变.计算结果与实验数据吻合良好,最大偏差小于±28.7％.     

局部高温壁面下复合腔体内传热传质

为研究局部高温壁面下,复合腔体内自然对流及传热传质规律,采用一区域模型整体对腔内温度场、浓度场和流场进行求解.高温壁面无量纲长度A=0.5(A=a/H),局部壁面温度为Th,浓度为Ch;右侧垂直壁面分别为Tc和Cc.对局部高温壁面的相对位置B、多孔结构的孔隙率ε、瑞利数Ra的影响进行综合的数值计算,由数值计算结果得出:局部高温壁面位置不同,腔内流体流动及传热传质不同,B值在0.6附近时对应的平均努赛尔数Nu和平均舍伍德数Sh最大;ε=0.7时Nu出现最小值;Ra对传热传质影响也较大.     

运动导体感应涡电流分布的解析计算与仿真验证

在电磁应用中,分析导体在电磁场激励作用下感应涡电流的分布有利于深入理解导体与激励源之间的相互作用。因其复杂性,运动导体在电磁场作用下涡电流分布的规律尚未得到充分研究。采用二维傅里叶变换方法,推导出圆形通电激励线圈作用下导电平板涡电流分布的积分形式表达式;该表达式与线圈的激励频率、导体的材料特性、形状及运动速度等参数有关。计算并分析了在相同线圈激励条件下,导体以不同速度运动时,表面涡电流密度分布特点,总结了导体运动速度对涡电流分布的影响规律;并用有限元方法对解析计算结果进行了验证。所采用的解析方法具有方便、快速的优点,该方法也可以用于其他涡电流问题的分析计算。     

旋转轴磁流体静密封承压能力的理论研究

介绍了利用磁流体动力学、热力学理论,研究旋转轴磁流体静密封轴向承压能力的结果。推导出单级磁流体密封轴向承压能力的数学表达式为Δp=(μ0xm 1)MΔH。分析了磁流体密度、磁性能、密封结构对承压能力的影响,为磁流体密封结构的优化设计提供了理论依据。     

粗糙微管道壁面振荡的磁流体流动

采用摄动法得到了粗糙微管道壁面振荡的磁流体流动的速度的近似解析解.波状管壁是由小振幅的反相周期余弦波给出的.通过数值计算,分析了振荡雷诺数Re和Hartmann数Ha对速度剖面的影响.结果表明:随着振荡雷诺数Re和Hartmann数Ha的增加,x和y方向速度的振幅减小.同时由于壁面的振荡,对固定的振荡雷诺数Re,随着y的增加,即由微管道的中心到管道的壁面,x和y方向速度的振幅逐渐增加.     

射流式漩涡发生器对离心叶轮性能的影响

采用数值计算方法,对带有漩涡发生器的离心叶轮内流动进行了研究,从宏观和微观角度说明了流体的可压缩性直接影响着流动分离的发生.将二倍转速下的离心叶轮作为研究对象,详细分析了漩涡发生器不同前缘距离(射流管距叶片前缘的距离)、射流管径、倾斜角度(前向倾斜角和侧向倾斜角)及射流流量等对流动控制性能设计的影响.结果表明,前缘距离和前向倾斜角对叶轮性能的影响不如射流管径、射流流量以及侧向倾斜角的影响大,最优参数组合时的效率和压比较原机分别提高了3.06%和4.09%.进一步研究发现,合理布置漩涡发生器能明显改善离心叶轮小流量工况时的性能,且有效扩大了其变工况范围.     

涡发生器高度对气膜冷却性能影响的实验研究

为了研究涡发生器高度对气膜冷却性能影响的规律,搭建了气膜冷却实验台,利用热电偶测温获得气膜有效度,采用粒子成像测速(PIV)技术拍摄了流场结构。实验中采用20°单孔射流结构,在主流湍流度为0.4%、吹风比M=1.5的条件下,完成了5种不同高度涡发生器的气膜冷却效果以及流场结构的测量。气膜有效度的测量结果表明,涡发生器能显著提高气膜冷却性能,其高度对气膜冷却性能的影响显著,该影响随着高度的增加先增大后减小,最优高度下平均气膜有效度相对不带涡发生器情况提高了81%。结合PIV流场结果分析可知:反肾形涡对将冷气卷向壁面是涡发生器提高气膜冷却性能的根本原因,但涡发生器高度过低时产生的反肾形涡对强度较弱,不能有效地将射流牵引至壁面;当涡发生器高度过高时则会穿透射流,将部分主流卷入到反肾形涡对中,从而削弱冷却效果。     

障碍物诱导的湍流加速火焰流场的数值模拟

该文基于湍流的ｋ－ε模型和改进的ＥＢＵ－Ａｒｈｅｎｉｕｓ燃烧模型,对有障碍物情况下的湍流加速火焰现象建立了两维均相反应模型。障碍物对流场的影响不仅考虑到采用空度函数,还考虑了障碍物对流动产生的附加阻力的作用。壁面边界层区域则采用壁面函数法处理。选取Ｓｉｍｐｌｅ格式数值求解,其计算结果模拟了障碍物诱导的湍流与燃烧耦合作用下的流场的发生和发展的全过程,揭示了障碍物、湍流、火焰之间相互加速的正反馈机理     

直方槽道内两相流动中颗粒的趋壁行为

采用大涡模拟方法研究了上行直方槽道中的气粒两相流动过程,模拟结果表明在流向横截面上气相流动存在明显的二次流现象,预报的气相平均速度与直接数值模拟DNS的结果相吻合。受气相二次流的作用,颗粒在垂直于流动方向存在扩散。模拟了入口横截面上4个典型位置上颗粒的横向扩散,结果表明在直方槽道中心附近的颗粒基本不扩散,而在壁面附近的颗粒存在不同程度的趋壁行为。对颗粒的趋壁速率进行统计发现颗粒的趋壁速率随粒径的增大而减小,且颗粒的趋壁行为导致颗粒在槽道壁面附近及边角区富集。     

叶根前缘VG对微型轴流风扇性能的影响

为降低微型轴流风扇叶根端壁区域二次流所引起的损失,根据涡流发生器的流动控制思想,提出一种在叶根前缘压力面侧设置微型直板的新型流动控制方法;以某微型轴流风扇为研究对象,采用数值模拟结合实验的方法,重点分析了不同安装角的涡流发生器对轴流风扇气动性能及内部流场的影响;研究结果表明：涡流发生器存在提高风扇静压与静压效率的最佳几何安装角,涡流发生器会对叶轮内部流场产生影响,由涡流发生器所形成的诱导涡与压力侧马蹄涡分支进行掺混,会削弱马蹄涡的强度,在一定程度上抑制了由马蹄涡参与演变成的通道涡的发展,使叶轮流道中流体进行再分配;在宏观方面,结构匹配的涡流发生器可提高风扇的气动性能,当涡流发生器安装角度为15°时,在风扇高效运行区间内同原型风扇相比,安装涡流发生器的风扇其静压最多提高8%,静压效率最大可提升2.4%。对于大轮毂比微型轴流风扇,由通道涡所引起的二次流损失不容忽视,同时在对叶轮进行设计优化时应重视叶根端壁处的结构设计。     

方坯连铸结晶器壁面速度分布规律的研究

针对合金钢方坯连铸结晶器内钢液的流体流动，采用二维激光测速仪测定了４孔水口下结晶器内垂直平板壁面附近不同区域的流体运动速度。同时，根据对数壁面律，用回归方法导出不同壁面区域附近的对数壁面律方程和相应的经验常数，得到了结晶器壁面附近区域流体速度分布规律。     

直方槽道内两相流动中颗粒的趋壁行为

采用大涡模拟方法研究上行直方槽道中的气粒两相流动过程。模拟结果表明:在流向横截面上气相流动存在明显的二次流现象,预报的气相平均速度与直接数值模拟DN S的结果相吻合。受气相二次流的作用,颗粒在垂直于流动方向存在扩散。模拟了入口横截面上4个典型位置上颗粒的横向扩散,结果表明在直方槽道中心附近的颗粒基本不扩散,而在壁面附近的颗粒存在不同程度的趋壁行为。对颗粒的趋壁速率进行统计发现,颗粒的趋壁速率随粒径的增大而减小,且颗粒的趋壁行为导致颗粒在槽道壁面附近及边角区富集。     

二维管道内交变流动的格子-Boltzmann方法模拟研究

采用格子-Boltzmann方法（LBM）对二维管道内不可压缩交变流动——Womersley流的流动与换热进行了数值模拟研究．结果表明：管道内压力梯度呈周期性变化，在周期较小时，管道的绝大部分区域速度分布相当平坦，在靠近壁面附近出现了速度的峰值，且靠近壁面处速度变化剧烈；在周期较大时，速度分布近似于抛物线，管道中心速度总大于壁面附近速度，且不同周期下的模拟结果与解析解都吻合得很好．另外，当速度交变时，温度表现为波动变化．速度与温度的相位差、温度的分布特性、温度的波动特性等都与压力梯度交变周期及幅值有关．研究结果表明，LBM可以用于交变流动的模拟．鉴于LBM的众多优点，该方法有望成为求解复杂流动与换热的一种有效的数值模拟手段．     

磁流体重力悬浮的研究

从磁流体的伯努利方程出发,对磁流体在磁场作用下所具有的悬浮能力进行了理论推算;结合超顺磁理论分析了磁流体重力悬浮过程中磁场梯度,磁场强度以及磁流体本身性质等因素的作用,并对磁流体重力悬浮过程作了描述;采用自制磁流体进行实验,实验结果同所作的分析及计算基本相符;成功地把Pt,Pb等致密物质悬浮起来。     

90°弯管下游管路流场的非定常特性

借助分离涡模拟(DES)方法,对圆形截面90°弯管内部及下游管路内湍流流场的流动特性进行了研究.分析了不同入流速度、入流直径和弯管中心线半径对下游流动及壁面压力波动的影响.计算结果表明:弯管小半径附近区域发生边界层分离,在下游出现拟序结构及壁面压力波动;提升入流速度能使频谱特性向高频次发展;改变管路直径并不改变内部流场的主要特征;降低弯管曲率可有效降低下游管路壁面上的压力波动.     

磁流体油膜轴承油的粘度特性研究

为了研究磁流体油膜轴承油的粘度特性,采用NDJ-5S数显旋转粘度计测定了不同磁场和温度作用下其粘度大小的变化情况;理论计算得到了磁流体的粘温特性以及磁粘特性曲线,结果表明,理论值与实验值相吻合。同时磁流体粘度随着磁场的增大而增大,随着温度的升高而减小。磁场较弱时会出现磁粘滞后现象,分析原因是外加磁场对链状结构的形成和分裂影响结果。当温度高于T℃后,粘度的增加主要取决于外加磁场的大小,与温度关系较小,说明在高温条件下通过控制磁场调节粘度是可行的。提供了一种通过电流控制磁场来改变磁流体粘度的方法,为油膜轴承油磁流体润滑性能的分析提供参考和依据。