微细光滑管内可压缩流动换热特性的数值研究

微细通道内的可压缩流动换热特性研究是一个新兴的研究领域.利用数值方法讨论了压力功和粘性耗散对微细光滑管内可压缩流动换热特性的影响,得出以下结论: 微细管内Ec沿管长是变化的,仅依据入口处的Ec对压力功及粘性耗散的作用进行取舍是不确切的;等热流及等壁温换热条件下的计算结果显示,在入口Ma及长径比较大时,考虑压力功及粘性耗散时得出的Nu要小于常规尺度管的理论值,在等壁温情况下,甚至出现了热流方向发生变化的情况.     

不同热边界条件下微通道内气体的流动与传热特性

构建了微尺度条件下含黏性热耗散和压力功的总能形式的双分布函数格子Boltzmann(LB)模型,计算并分析了恒壁温与恒热流边界条件下,稀薄效应对速度驱动的平直微通道内气体流动与传热特性的影响.结果表明:在不同的热边界条件下,稀薄效应对微通道内气体流动特性的影响一致,即均使得气体流速增大,通道摩擦系数减小;由于气体温度场分布的差异,使得稀薄效应对气体传热特性的影响截然不同,在恒壁温边界条件下气体传热特性有所提高,而在恒热流边界条件下气体传热特性有所减弱.     

基于杨氏理论的微型换热器传热壁面表面特性分析

微型换热器换热通道壁面的表面特性对流体流动沸腾特性有显著的影响.固体表面能常被用来表征微型换热器换热通道壁面的表面特性,可为微细通道中流体流动沸腾特性的研究提供理论依据;文中测量去离子水、乙二醇、甲酰胺在换热通道内侧左右壁面及底表面所形成的接触角,基于杨氏理论计算微型换热器换热壁面的表面能,并通过液滴的Wenzel模型分析微槽道内、外表面接触角差异形成的机理.研究结果表明:微型换热器换热通道内侧左、右壁面的表面能分别为5.2、5.6 MJ/m2,底表面的表面能为8.2 MJ/m2,微细通道内表面特性差异是由表面粗糙度不同造成的.     

基于OpenFOAM的旋转弯曲通道内流动的数值模拟

离心式叶轮机械的叶轮通道内的流体流动受到旋转效应与曲率影响而产生强烈的二次流现象.二次流是叶轮通道内流动损失的一个原因,对离心叶轮机械的性能产生不利的影响.应用开源CFD软件OpenFOAM对旋转情况下的90°弯曲通道内的不可压缩流体流场进行三维黏性数值模拟.研究了弯曲通道在不同转速下哥氏力与离心力共同作用对主流速度、二次流及压力特性的影响规律.结果表明:与静止通道相比,旋转产生的哥氏力在弯曲管段形成不对称的二次流,使通道内涡结构变得复杂;甚至在较高转速下二次流方向发生反向.     

耗散粒子动力学中实现滑移边界条件的数值方法

流体在固体表面的速度滑移对宏观流动的影响通常可以忽略,但在研究微尺度流动时,滑移速度可能对流动产生较大的影响.因此在研究微尺度流动时,需要考虑流动在边界上的滑移.耗散粒子动力学方法是模拟介观尺度下流体的动力学行为的计算方法,目前该方法一般使用无滑移的边界条件.提出一种在耗散粒子动力学中实现滑移边界条件的数值方法,得到了和Navier滑移边界条件的Poiseuille流精确解吻合的速度剖面.     

微管中液态流动的粘性耗散效应研究

研究了超纯水流过水力直径为25μm和50μm的光滑微石英管时的粘性耗散规律,Reynolds数变化范围为0～700．基于微区热成像技术及一系列的相应校正测试,并综合考虑泵功及流动滞止对实验偏差,采用红外成像仪测量了微管内部由于粘性耗散而导致的温升．通过建立二维数学模型,在考虑双电层效应的基础上对其进行了数值计算．研究结果表明,Reynolds数并不能作为判定粘性耗散的影响增大或减小的唯一标准,粘性耗散带来的温升是管长、管径、流体粘度以及流速的复杂函数．将数值计算结果与实验数据进行了比较,两者基本吻合．根据两者结果,提出了采用新型准则式来描述微管内部粘性规律．     

考虑固壁作用力的微可压缩流体纳微米圆管流动分析

针对流体在纳微米尺度下的流体流动规律不符合泊肃叶规律的理论依据不足的难题,研究了纳微米圆管中流体的流动,将流体的微可压缩和固壁对流体的作用同时考虑进来,并将固壁对流体的作用采用固壁作用力的形式引入到流体力学方程,采用涡函数流函数将方程解耦,并用正则摄动法求得一阶精度的压力和速度的解析解.结果发现:固壁作用力导致零阶径向压力的出现,一阶压力的增强和一阶速度的降低;量纲一的体积流量偏离了不可压缩流体的体积流量,偏离效应受流体的微可压缩性和固壁作用力的共同影响.体积流量在同尺度下偏离泊肃叶流动的流量大小随着可压缩系数和流体中和壁面产生作用的离子浓度增大而增大,随着纳微米圆管管径减小而增大,纳微米圆管管径低于某一尺寸时,流体将不能流动.通过研究表明:纳微米尺度下产生微尺度效应的原因是流体的微可压缩性和壁面力的共同影响.     

极端润湿性微细通道内R141b的流动沸腾压降特性

以制冷剂R141b为实验工质,在截面尺寸为1 mm×2 mm,壁面接触角分别为67°、0°和156°的普通亲水、超亲水及超疏水矩形微细通道进行流动沸腾实验,并对3种表面微细通道沿程测点压力进行对比,分析极端润湿性(超亲水和超疏水)微细通道内R141b的流动沸腾压降特性.研究结果表明:极端润湿性微细通道内各压降分量比例和普通亲水微细通道大致相同,单位长度两相摩擦压降均随着质量通量、入口温度和热流密度的增大而增大;超疏水表面微细通道进出口总压降最大,是超亲水表面的1.08～1.17倍,且在单相流动区域内的沿程测点压力曲线斜率最小,两相流动区域内的沿程测点压力曲线斜率最大;引入壁面表面能参数λ_s对Qu-Mudawar模型进行修正,能更好地预测实验值,平均绝对误差为10.7%.     

微细管内流动特性的数值分析

通过结合实验数据的数值计算方法研究了微细管道内可压流动的流动特性,提出了改进的表面粗糙度粘性系数模型,将表面粗糙度的影响引入计算模型中,计算结果与实验数据符合较好,说明表面粗糙度是影响微细管道内气体流动特性的重要因素。扩张管的计算结果表明在Re>450时,流动开始由层流向湍流转捩。因此微细管内流动的数值模拟需综合考虑粗糙度的影响以及流动的提前转捩,才能得到与实验比较吻合的计算值。     

微流动的研究现状及影响因素

随着微机电系统的发展及其应用领域的不断扩大 ,微器件和微机电系统中涉及到许多微流动问题 ,流体在微尺度槽道中流动的研究引起了人们的重视 随着尺寸的微小化 ,在宏观流动中可忽略的一些影响因素变得重要起来 ,由于尺度效应、表面效应等因素的影响 ,微小槽道中的流动呈现出一些与宏观流动不同的现象 因而对微流动的研究现状进行综述 ,并对影响微流动的尺度效应、表面力、气泡、相对表面粗糙度及流体极性等因素进行分析     

高压气体在微圆管中的流动特性

在高压条件下,试验研究氮气在直径为14.9、10.1、5.03、2.05μm微圆管中的流动特性。结合毛管束模型,研究气体的高压微尺度流动特性对气体在低渗多孔介质中渗流特性的影响。结果表明:气体在14.9μm微圆管中的高压流动特性与经典流体力学规律相符;随着管径的减小,气体的流动出现了明显的微尺度效应,表现为实测流量偏离经典流体力学理论预测流量,且管径越小,这种微尺度流动效应越显著;研究稀薄气体效应时提出的Kn数不能用来表征高压条件下气体的微尺度效应;气体在微小孔喉中的高压微尺度流动效应导致气体在低渗多孔介质中的渗流具有非达西渗流特征,表现为实际渗透率大于由经典H-P方程和达西公式计算的绝对渗透率。     

微细圆管中气体流动的稀薄效应和可压缩效应

采用有限差分法计算了微细圆管中的气体流动。当Knudsen数处于10^-3与10^-1之间时,气体的稀薄效应造成流动气体与管壁之间的相对滑移。计算结果详细描述了边界滑移对管摩擦系数及流量的影响。计算还表明,虽然在微细圆管的气体流动中马赫数很小,但由于同时也具有很低的雷诺数及很小的管径、管长比,气体压缩性对质量流量仍有明显影响。     

微圆管中纳微米聚合物流动规律

 针对低渗透油藏储集层孔道微细、孔隙结构复杂等特点,采用管径为20、15、10 μm的微圆管,以纳微米聚合物颗粒溶液为流动介质,研究微圆管中流体微观流动规律,分析纳微米聚合物颗粒溶液的实验流速与压力梯度的关系,研究纳微米聚合物颗粒溶液在窄小孔道中微尺度效应下的微观流动规律,明确在微管内所受微观力和流体动力学特性。研究表明：随着微管内径的逐渐减小,纳微米聚合物溶液的流速均明显减小;随着纳微米聚合物颗粒尺寸和溶液质量浓度的增加,流体流速逐渐降低;实验压力范围内,纳微米聚合物流速与压力梯度基本呈线性关系;微管管径越小,颗粒粒径越大,非达西流动特征越显著。     

跨声速下子母弹囊式抛撒干扰特性

为分析子母弹囊式抛撒分离过程中气囊破裂后燃气冲击对子弹药动力学特性的影响,通过编译气动耦合求解程序并结合试验研究建立了囊式动态抛撒三维动力学计算模型,分别对0.8Ma,1.2Ma,3.0Ma三种典型马赫数下子母弹囊式抛撒分离干扰过程进行了数值模拟。在此基础上引入了基于目标边界体积的边界网格自适应方法,提高数值模拟对流动分离特性的捕捉和分辨能力。研究结果表明:燃气干扰主要存在于分离初始阶段,随着分离马赫数的增加在来流及激波的强干扰下其作用效果逐渐减弱。燃气干扰的存在对弹体初始分离角速度具有较大影响,在0.8Ma,1.2Ma,3.0Ma分离马赫数下其造成的初始扰动时间分别为12,10,5ms,干扰结束后由于燃气的初始扰动使得弹体角速度值分别增加了54%,97%,3%。      

19．6μm内径的微石英管内部流动与传热的实验研究

采用实验方法研究了去离子超纯水流过内径为19．6μm的微管过程中的流动与换热特性。通过测量蒸汽加热的微管进出口的压降以及温度,得到了微管内去离子水流动的摩擦系数和Nu数,并对结果进行了分析。研究结果表明,在粘性耗散效应以及双电层效应的综合影响下微管内的摩擦系数要高于Hagen—Poiseulle理论值;而由于受流体热物性变化以及共轭传热的影响,当Re数小于400时实验测得的Nu数要低于经典层流管流的理论值。     

车身非光滑表面边界层流场特性分析

为了研究非光滑车身表面边界层流场特性,采用大涡模拟与Realizable k-ε湍流模型对车身外部瞬态和稳态流场进行数值模拟计算,对比分析了非光滑模型与光滑模型边界层内速度、粘性底层厚度、壁面剪切力、表面摩擦阻力因数、湍流强度和湍流耗散率等流场参数,解析了非光滑表面对车身流场流动特性的影响.研究结果表明,非光滑模型边界层内速度明显高于光滑模型,边界层厚度、壁面剪切力、表面摩擦阻力因数、湍流强度、湍流耗散率都比光滑模型有所减小.非光滑表面的引入加剧了车身尾迹气流的参混效应,防止外界的高速流对内部低速流的引射作用,从而减少了车身流场能量的损失.     

不锈钢水下激光焊接焊缝成形与力学性能

摘要： 采用水下局部干法激光焊接技术对1 mm厚SUS304不锈钢进行了焊接试验,重点分析了水深及保护气体流量对焊缝成形与力学性能的影响.实验结果表明：通过适当的水深与保护气体流量匹配,可以获得成形良好、剪切拉伸强度与母材相当的焊缝.在水深一定时,随着气体流量的增加,焊缝熔宽变宽,熔深变浅,深宽比减小.在气体流量一定时,随着水深的增加,焊缝熔深和熔宽也表现出类似的变化规律.与普通激光焊接相比,水下激光焊接改变了焊缝的散热方向以及散热速度,因此同一焊接工艺参数下,水下激光焊接的熔深变浅,熔宽变宽.
关键词： 水下焊接; 激光焊; 奥氏体不锈钢; 焊缝成形; 力学性能
中图分类号： TG 456.7文献标志码： A     

葛洲坝过坝水流溶解气体超饱和数值模型研究

葛洲坝工程闸坝泄流促使下游河道水体中溶解气体浓度出现过饱和现象,为深入研究过坝水流溶解气体超饱和机理,建立了葛洲坝过坝水流的流动及溶解气体浓度计算的数学模型,并采用监测数据对模型参数进行率定,并对模型计算的可靠性进行了验证。结果表明:所建的数值模型能够真实描述葛洲坝坝身泄流运动的特点和溶解气体过饱和现象的发生,为进一步研究过坝水流溶解气体超饱和机理奠定基础。     

井网控制程度对气藏采收率影响

采收率影响因素众多,井网控制程度是主要因素之一。目前井网控制程度对采收率影响研究较少,尚缺乏规律性认识。以靖边气田A井区为例,提出了一种井网控制程度的计算方法—泄流面积法。应用该方法计算了小层井网控制程度,研究了井网控制程度对采收率影响规律。结果表明,靖边气田井网控制程度差异很大,在3.2%-81.1%之间;现有井网对马五13较为适应(马五13井网控制程度81.1%),而对其它小层控制程度低、适应性差;井网控制程度与采收率呈线性正相关规律,井网控制程度每增加10%、采收率提高8.5%。该认识具有实际意义,为掌握靖边气田储层开发特征、改进气田开发方式提供了依据。     

外环流气提式反应器液体局部动力学的实验研究和数值模拟

在外环流气提式气液反应器内,分别以空气和质量分数5%羧甲基纤维素（CMC）水溶液为气相和液相,对液相局部动力学进行了系统研究。应用电极示踪测试技术（ETM）测定了下降段液体速度;应用计算流体力学软件FLUENT 6.0对上升段的液体湍动能和湍动能耗散率进行了模拟计算。模拟结果表明：气体分布器对液体湍动能和湍动能耗散率有较大影响,液体湍动能和湍动能耗散率随表观气速的增大均增大,且液体湍动能呈现出较对称的波动模式。在低气速下,局部液体速率的模拟结果与实验数据吻合良好。