用格子Boltzmann方法模拟正弦曲线底边方腔内流动

采用格子Boltzmann方法数值模拟正弦曲线底边方腔内 流动, 分析了格子Boltzmann方法处理曲线边界的特性. 在曲线边界的处理中采用二阶精度的曲线边界处理方法, 将反弹格式和内插法相结合, 计算方法可靠、 准确且易于执行. 计算了流线图、 等涡线图和涡心位置, 并分析了流场随Re数的变化.     

用格子Boltzmann方法模拟正弦曲线底边方腔内流动

采用格子Boltzmann方法数值模拟正弦曲线底边方腔内流动, 分析了格子Boltzmann方法处理曲线边界的特性.在曲线边界的处理中采用二阶精度的曲线边界处理方法, 将反弹格式和内插法相结合, 计算方法可靠、准确且易于执行.计算了流线图、等涡线图和涡心位置, 并分析了流场随Re数的变化.     

正弦温度分布边界条件下腔体内自然对流的格子Boltzmann方法模拟

采用格子Boltzmann方法构建侧壁面正弦温度分布条件下自然对流的数学模型,进行模型验证,并重点分析瑞利数以及高宽比K对腔体流线分布和等温线分布的影响.结果表明:在侧壁面正弦温度分布条件下,其流线图为上下两个流动方向相反的涡,其等温线分布也为上下两部分.随瑞利数Ra增加,上下两个涡的中心逐渐向腔体右侧偏移,而等温线在左侧近壁面处,由半圆弧形逐渐变为垂直,方腔中部上下两部分等温线水平向右凸起;当腔体宽度增加时,上下两个涡变为左右分布,且在腔体左下角出现一个二级涡.随腔体宽度的继续增加,二级涡越来越小,上下温度分布的基本对称发生了变化,上部温度分布占据大部分;当腔体高度增加时,其流线分布大致类似,近壁侧等温线变为垂直,方腔中心处向右凸起.     

叉排玻璃球(20mm)多孔介质内流态特征的实验研究

利用叉排20 mm玻璃球床、折射率匹配技术、PIV技术截取流场中心图进行实验。用Tecplot软件得出Re=4.7至Re=857.8的流场、流线和等涡量线图。根据流场、流线及等涡量线的密集程度判断:流场在Re=4.7时,流动缓慢,从Re=23.3至Re=128.4,流动强度递增,形成四边形涡波区域,Re=128.4至Re=285.9流动逐渐增强;Re=285.9至Re=857.8,流动稳定;流线在Re=4.7至Re=81.7时,流线流动缓慢递增,在Re=128.4至Re=245.1,流线流动逐渐增强,形成海螺状图形,Re=326.8以后流动稳定;本实验结果对一般流动流态和多孔介质内流态演变研究都有促进作用,为流动区域划分研究起了重要参考作用。     

反应器内Taylor涡胞结构的数值研究

采用计算流体力学方法对化学反应器内的Taylor涡胞结构进行了数值模拟,研究了在不同雷诺数Re条件下Taylor涡胞的结构特点及其生长方式受Re的影响规律.研究结果表明,随着Re的增加,Taylor涡胞先从上下两端部产生,并且底部固壁端Taylor涡胞的生成总要先于顶部自由面端部,随后Taylor涡胞由两端逐步向中心生长,直至系统的Re大于临界Re后,整个轴向间隙内均充满Taylor涡胞;轴向Taylor涡胞的强度并不一致,下端部固壁附近Taylor涡胞强于顶部自由面附近的Taylor涡胞,而中心位置的涡胞强度最弱.     

不同雷诺数下90°弯管内流动特性的数值研究

运用FLUENT软件中的RNGk-ε模型对不同Re下圆形截面90°弯管内空气流动进行了模拟,分析了管内压力分布、二次流动和壁面上压力系数的变化,研究了Re不同时对壁面压力系数的影响.发现在气流进入弯管段后,流场由于流体惯性和分子黏性的相互作用,各个截面上出现了对称的二次流涡对.随Re增大,流体对于管道壁面的压力增大,管内压力损失也在增大.管道壁面上的压力系数随Re的不同差别不大,Re越大,压力系数越小,并且管道外壁面变化比内壁面更加明显.湍流时压力系数沿程变化比层流明显很多,曲率的影响也要强于层流.     

NACA埋入式进气口气动特性试验设计优化

为了优化(美国)国家航空咨询委员会(National Advisory Committee for Aeronautics,NACA)埋入式进气口气动特性,基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)数值方法,以阻力、总压恢复系数、出口质量流量和出口马赫数为性能指标,对3个关键几何参数进行了试验设计(design of experiments,DoE).基准工况结果表明,在进气口斜坡侧边靠近主流处有轴向涡产生.DoE结果表明,斜坡角度对性能指标影响大,斜坡扩张角角影响小,出口转折半径对阻力和出口质量流量影响大,且斜坡角度一定时折转半径越小越好.斜坡角度越小,前缘位置马赫数越小,涡管越长,同一截面速度分布越均匀,因此总压恢复系数和出口质量流量越大,且出口气流不均匀度小,气动性能佳.     

翼型低Re数小攻角非线性非定常层流分离现象研究

层流分离泡是低速低Re数流动的典型特征,存在强的非定常和非线性效应.其对翼型气动力特性带来的影响突出表现在三个方面:(1)升力系数下降,阻力系数增加,升阻比快速下降;(2)小攻角气动力系数非线性效应;(3)中等到大攻角气动力非线性静态滞回效应.本文在针对E387和SD8020翼型层流分离效应开展数值模拟,并提出不同于经典层流分离泡的后缘层流分离泡的研究基础上,进一步采用非定常数值模拟和水洞PIV流动显示试验结合的方法,以SD8020翼型为对象,更深入细致的研究了翼型低Re数小攻角时均化及非定常的层流分离流动结构和压力系数分布的非线性流动特性和演化规律.数值模拟和水洞PIV试验所获得的时均化和非定常流动结构吻合一致,验证了本文结果的正确性.主要结论简述如下:(1)PIV试验验证了所谓低Re数长层流分离泡是一系列大尺度周期性脱落的层流分离涡的时均化结果,并不存在稳定的长层流分离泡;(2)试验证明了低Re数对称翼型小攻角范围,确实存在不同于经典长层流分离泡的时均化后缘层流分离泡,两种层流分离泡的外部形态、内部结构和演化规律存在显著差异.本文详细刻画对比分析了两种层流分离泡的流动结构及其差异;(3)数值模拟和水洞试验表明两种时均化层流分离泡所对应的非定常分离涡结构和压力系数分布也存在显著差异.正是由于这两类层流分离涡结构之间的演化造成了对称翼型低Re数小攻角升力系数非线性;(4)初步分析表明,后缘层流分离泡对应的非定常分离涡结构在分离点附近基本保持稳定,类似死水区,直至后缘点附近出现类似于卡门涡街的非定常分离.长层流分离泡对应的非定常分离流动则在分离点附近就表现出显著的非定常特征,生成一系列独立,并不断向下游发展、移动、对并、脱落的非定常层流分离涡.由此,造成这两种流动结构之间突变的机理和根源可能在于分离点附近分离区流场的失稳.     

反应器内温度梯度对Taylor涡胞结构的影响

采用CFD技术,数值模拟了化学反应器中温度梯度对Taylor涡胞结构的影响特征,研究了径向温度梯度对轴向Taylor涡胞结构、强度及其临界雷诺数Re的影响特点.研究结果表明,径向温度梯度能抑制中部Taylor涡胞形成,致使系统的临界Re增加;随着径向温度梯度的增加,涡量向温度降低的方向迁移,涡量分布的径向梯度也随之增加;端部的Taylor涡胞强度最大,其集中涡量主要分布于内壁面,且有助于促进流体的热传递效果,中部的Taylor涡胞强度较弱,其对促进流体热传递的效果并不明显.     

三维方管中柱体可压绕流的大涡模拟

该文利用大涡模拟,对可压缩流体绕经安装在方管底部的长方体和矩形体的绕流现象进行了三维数值模拟.模拟结果显示了流体绕经障碍物后各涡的形成和耗散过程. 分析了不同Re时柱体绕流流场的结构.发现长方体壁面上的各个涡在小雷诺数时基本稳定,在大雷诺数时涡容易脱落,流场呈现复杂的湍流结构.通过改变柱体障碍物的高度,得到了绕流流场在不同阻塞比下的结构变化,发现湍流现象随着阻塞比的增大而增强.     

固体表面性质与流体摩阻

从微观角度对管壁与流体问相互作用的性质、大小作了深入的理论探讨.将四氟乙烯一六氙丙烯共聚物、聚乙烯和聚氯乙烯三种有机高分子材料的管材作为试验管路,并与一般钢管的水力性质进行了对比.水力摩阻试验结果表明,当管壁对流体而言为可润湿型表面时,流体的沿程阻力损失主要由流体的内部摩阻特性所决定,它服从于目前公认的一般流体力学规律;当管壁对流体而言是不润湿型表面时,流体的流动固有其独特的规律.在管径较大时,不润湿型表面的管路有明显的减阻效果;当管径减小到一定程度后,其水力摩阻反而增大.在各种属于低能表面的有机高分子材料中,含氟塑料管的表面较难润湿,这对于防粘附、防腐蚀和减小水力摩阻.有着独特的优越性.     

方形截面弯管内的二次流动及其分叉

[摘要]基于曲线坐标系内的流动模型及其数学描述,采用Galerkin方法对方形截面弯曲管道内充分发展的稳态不可压层流流动进行数值模拟,分析管道曲率参数,c及流动条件Re数对管内二次流动特性的影响;给出管内二次流动的分叉状态图,并精确地求得出现四涡解的分叉点．     

扫吸式吸入口流场仿真分析研究

针对扫吸式吸入口流场仿真分析中模型建立和分析方法选择的难题,选取Fluent中的多参考系模型(MRF)作为建模方法,确定了扫滚相对于吸入口罩壳之间的速度换算公式。通过改变扫滚转速和输料管与扫滚之间的中心距,研究了影响扫吸式吸入口空气流量和入口速度变化的因素,并绘制出扫滚壁面和入口速度云图。最后根据分析结果,优化了扫吸式结构尺寸和运行参数。结果表明,采用多参考系模型可以实现扫吸式吸入口内部流场的仿真分析研究;对于作业宽度为400mm的扫吸式吸入口,当扫滚转速为300rad/min,输料管与扫滚之间的中心距为350mm时,吸入口内部空气流量和入口速度最大。     

直管阻力测定中Re－λ关系曲线测定方法探究

针对Ｒｅ－λ关系曲线绘制得很短而不理想的问题，笔者提出设计流量测压降的方法，并重新设计了直管阻力－分支管路综合实验装置。利用分支管路上的转子流量计测量小流量，对小流下压差测量另外配置了四氯化碳为指示液的压差计。使Ｒｅ值由原来的８６１００～１３７０００变为４０００～１２８０００，测实验点９个。实验结果显示，曲线大大延长，并符合教学要求。     

直管阻力实验设计

设计直管阻力实验时,为获得比较完整的Ｒｅ－λ曲线,且尽量减少测量误差,本文提出设计较宽的Ｒｅ值变化范围,如从４×１０３到１×１０５;设计足够长的测压段长度;选取流量范围宽的流量计,如文丘里或喷嘴等;选取适宜的压差计指示液,如ＣＣｌ４等。     

圆管内上随体Maxwell流体流动的谱方法逼近

给出了[0,1]区间上的广义Chebyshev多项式及其相关性质。应用Chebyshev Tau方法高精度地模拟了上随体Maxwell流在水平圆管内的流动。通过管中心和其它管线的速度变化趋势,以及圆管径向的速度分布,描述了流场的整体流动特性,揭示了非牛顿流体管道流的速度过冲和振荡现象。计算结果表明：流体弹性对管中心流体的影响最大;且流体弹性越大,流动的不稳定性越强,松弛时间越长。     

气体在螺旋槽管内强制湍流传热时N_u与R_e的关联

本文通过单头螺旋槽纹管进行蒸汽加热空气的实验研究,对实验结果进行了线性回归处理,确立了N_u与R_e的关联式。通过作图和误差分析表明:本关联式可应用于气体在螺旋槽纹管内强制湍流时的传热计算。     

Boundary velocity slip of pressure driven liquid flow in a micron pipe

The velocity slip of gas flow in a micron channel has been widely recognized.For pressure driven liquid flow in a macro pipe,theminute velocity slip at the wall boundary is usually neglected.With a decreasing scale in the cross section of the flow passage,the effect of velocity slip on flow and heat transfer behaviors becomes progressively more noticeable.Based on the three Hamaker homogeneous material hypotheses,the method for calculating the acting force between the solid and liquid molecular groups is established.By analyzing the forces exerted on the liquid group near the pipe wall,it is found that the active force arising from the rough solid wall can provide the component force to resist the shearing force and keep the liquid group immobile.Based on this a velocity slip criterion is proposed.Considering the force balance of a slipping liquid group,the frictional force caused by the solid wall can be obtained and then the velocity of the liquid group can be calculated using the derived coefficient of friction.The investigation reveals that,in a micron pipe,a small velocity slip may occur when the flow pressure gradient is relatively large,and will cause errors in the pipe flow estimates.     

垂直气液两相管流中的空隙率波测量

在直径为112.5mm, 长度12m的垂直管中,利用阻抗式空隙率计对垂直气液两相管流空隙率波进行了测量。结果表明连续相表观流速和管径对流态的演化和空隙率波的传播特性有较大的影响。连续相表观流速大,泡状流失稳的临界含气率低;管径大,空隙率波的传播速度高。分析结果表明流动湍流度对流态的演化起非常重要的作用。对空隙率波的分析表明不同流态的空隙率波的PDF和频谱曲线具有不同的特征;含气量越高,空隙率波的频率越趋于单一。