圆盘近尾迹中低频不稳定特性研究

利用大涡模拟(LES)和热线实验测量手段,采用小波分析及FFT方法对Re=104的圆盘近尾迹中的特征频率进行了捕捉,着重对低频不稳定性进行了研究.LES和热线实验结果表明,圆盘近尾迹中除对应于剪切层Kelvin-Helmholtz不稳定的高频率StKH≈1.6和大尺度涡旋脱落频率StV≈0.14外,还存在两个低频率:StL1≈0.02和StL2≈0.03.进一步对导致低频不稳定性的物理机制进行了分析,发现低频率StL1≈0.02与涡旋脱落周向旋转有关,而低频率StL2≈0.03与回流区的伸缩运动有关.本研究合理解释了目前钝体绕流低频数值分散的原因.     

自由振动圆柱绕流近尾迹湍流普朗特数

对自由振动圆柱后尾迹中的湍流普朗特数进行了实验研究 ,并与刚性柱体尾迹的结果作了比较 .加热圆柱后的流场温度比环境温度高 1℃左右 ,对流场影响很小 .用自制的X热线和一根冷线相结合的三线探头测量速度和温度的脉动 ,并用激光测振仪测量了该柱体的振动情况 .结果表明 ,在自由振动后的尾迹中 ,湍流脉动引起的能量输运能力比动量输运能力强 ,湍流的梯度输运假设与实验结果符合较好     

鱼游尾迹中射流分布特征的数值模拟研究

本文采用一种通过控制仿生鱼摆频来达到自主推进状态的数值模拟方法,研究了不同雷诺数下二维仿生鱼自主游动时尾迹中射流的分布特征,并通过模拟两条鱼串列和交错排列时的自主游动,分析了上游鱼的尾迹对下游鱼的影响．结果表明：仿生鱼尾迹中射流的强度随着雷诺数的增大而减小,射流的空间影响域随雷诺数增大而增大;鱼游尾迹中的射流虽然可以导致下游鱼的阻力增加,但能耗却会降低,这与前人的假想恰好相反;而且随着两条鱼间距离的增大,尾迹中的射流会逐渐减弱为低速区,从而导致下游鱼的阻力小于单条鱼游动时的阻力,节能效果更加显著．本文的研究结果将有利于深入理解鱼群中的节能机制以及鱼群的最优排列方式．     

圆柱尾迹中颗粒运动的直接数值模拟研究

文中首先对圆柱尾迹拟序结构进行直接数值模拟,得到高精度流场后对圆柱尾迹中的运动颗粒进行研究.通过研究不同颗粒St数,流场Reynolds数对颗粒扩散运动的影响来刻画圆柱尾迹中颗粒运动的物理机理.研究表明,由于圆柱尾流独特的涡结构特征,颗粒在圆柱尾迹中的扩散机理主要是决定于吸力作用.     

圆柱绕流复杂尾迹的实验研究

本实验研究由两个或三个并排圆柱体所产生的复杂尾迹。其中一个圆柱被加热,流体尾迹中最高温度比环境温度高１℃左右,对湍流场影响很小。用Ｘ热线和一根冷线相结合的三线探头分别测量速度和温度的脉动。以一个圆柱尾迹的实验数据为基础,用位置叠加假设来计算复杂尾迹,并与实际测量结果比较,用以检查该假设在圆柱绕流复杂尾迹的适用情况。结果表明,利用位置叠加假设,可以根据该假设的实验结果来对复杂尾迹的平均速度进行描述     

旋转圆盘上液固两相流冲刷磨损数值模拟研究

对旋转圆盘内液固两相流冲刷腐损过程进行了数值模拟研究.数值模拟研究采用欧拉-拉格朗日方法来模拟液固两相流动,即通过在欧拉坐标系下求解流体相的雷诺时均方程组来模拟流体流场,通过拉格朗日坐标系下的随机轨道模型来获得固体颗粒相的运动轨迹.将最终数值模拟结果和实验测量数据进行了比较,结果表明文中构建的综合模型基本上是正确和可行的.     

剪切来流作用下圆柱体结构物的双自由度流致振动

基于四步半隐式特征线分裂算子稳定化流体有限元方法,对二维线性剪切来流作用下弹性支撑圆柱体结构物双自由度流致振动问题进行了数值计算,着重研究雷诺数Re=150时,不同参数(频率比、剪切率与折减速度)对圆柱体结构物振动响应及其流场的影响.计算分析表明,随剪切率的增加,圆柱体结构物2个方向的频率锁定区间扩大,结构发生共振现象的范围亦增大;折减速度对圆柱钝体最大振动幅度的影响较大,在锁定区间内,圆柱振动位移较大,否则较小;在高频率比工况下圆柱运动轨迹呈‘8’字形;当频率较低时,圆柱运动轨迹随剪切率的增大由‘8’字形渐变为‘雨滴’形;在剪切来流作用下圆柱尾流模态为双单涡(2S)与涡对(P)+单涡(S)两种泄涡模式.     

圆盘剪切机电机的选择计算

根据圆盘剪切机的原始数据,圆盘剪上的剪切力可根据作用在刀片上的力矩来确定.通过工作状态计算刀片尺寸计算切线速度,为了保证剪切力及刀片的强度和使用寿命,根据速度微分方程确定圆盘剪电动机功率,从而确定电机的容量.     

钝锥高超声速边界层来流感受性数值研究

应用作者所建立的高精度非定常激波装配法,数值模拟了高超声速条件下,钝锥绕流快声波来流扰动非定常流场,研究了钝锥超声速边界层对来流扰动感受性特征,研究表明,在各种来流扰动的条件下,钝锥边界层感受到的主要是声波扰动;钝锥边界层内扰动模态,在头部附近是第一模态,向下游依次转换为第二模态、第三模态;另外随钝度减小,边界层内扰动模态的振幅增大,但有一临界值,超过临界后反而减小,并且由于曲率间断的影响,模态振幅随钝度的变化不再是单调变化的。     

钝体尾迹流流动与燃烧特性研究

将正三角形钝体后尾迹流近似地分为回流区、射流主流区、尾流恢复区、充分发展区；用半理论半经验的分析方法对尾迹流动力方程进行了求解；讨论了尾迹流中高温烟气回流、煤粉浓度局部富集及低速高湍流度等流动特性对煤粉提前着火及火焰稳定等燃烧特性的影响。     

圆盘水漂运动特性数值模拟研究

为研究近水面的起飞再入式运动对飞行器近海面的高机动突防能力的影响,文中基于CFD数值模拟方法,湍流模型选取SST k-ω模型,利用重叠网格技术,将N~S方程与六自由度弹道方程耦合对三维空间内薄圆盘的水漂运动进行了数值模拟,研究了不同工况下水漂的入水特性和运动规律.结果表明:数值模拟计算得到的圆盘从接触水面到离开水面的时间与实验值吻合较好,圆盘的运动轨迹与实验结果相吻合;圆盘在打水漂向前运动的同时由于自身的旋转产生了马格努斯效应,从而使圆盘的运动轨迹产生了一定的侧向偏移以及圆盘自身的姿态发生了侧向偏转.      

绕圆盘钝体空化绕流现象的试验与数值模拟

通过试验研究与计算流体力学(CFD)数值分析相结合的方式深入研究了在不同空化阶段,绕圆盘钝体的非定常空化流动现象。试验和计算中,保持雷诺数不变,通过改变环境压强获得了不同空化数。试验在高速空化水洞中完成,采用高速摄像技术观测了各个空化阶段绕圆盘钝体的空穴形态,数值计算采用了汽-液两相的均相流模型,湍流模型和空化模型均分别采用基于密度函数分域的闭合方式,数值计算结果与试验结果吻合较好。研究结果表明,在不同空化阶段,绕圆盘钝体非定常空化流场呈现不同的阶段性特征,空化流场结构与形态存在很大的差异,随着空化数的减小,空化流场经历了小尺度空泡团的脉动—不稳定团状空化—稳定超空化等阶段,在空化的发展过程中,存在强烈的汽、液相间的质量和动量交换。     

均匀剪切流中粒子无规行走的分子动力学模拟研究

应用分子动力学模拟方法模拟了均匀剪切流,计算出不同均匀剪切流无规行走位移曲线,计算无规行走拟合曲线斜率。计算结果表明,在相同时间条件下,速度梯度越大,x轴方向无规行走曲线斜率增大,y轴z轴两个方向的无规行走曲线斜率越小。而同一剪切率下的y轴无规行走曲线与z轴无规行走曲线斜率的差别不大。在x轴方向分子无规行走位移的方均值与时间t的三次方成正比;在y轴、z轴方向分子无规行走的方均值与时间t成正比,分子扩散系数随着速度梯度增加而呈线性减小。     

基于改进SPH方法的圆柱绕流尾迹特性研究

针对传统光滑粒子动力学(SPH)计算成本过高问题,运用自适应粒子细化技术将精细空间分辨率集中在局部区域,通过优化缓冲区域粒子参数的查找方法、修正缓冲区域边界粒子的核梯度等方法提出了一种改进的SPH方法.采用该方法对不同雷诺数下的圆柱绕流进行数值模拟,系统分析了圆柱尾流流态和水动力系数并与试验值进行了对比.计算所得的水动力系数与实验数据较为相符,且模拟出来的圆柱尾流能够清晰捕捉到实验中观测的现象.结果表明:改进的SPH方法算法有效可靠,适用于绕流场尾迹特性研究,对钻井平台张力腿和海洋立管等工程领域的研究具有一定的参考价值.     

载流磁化等离子体中剪切阿尔芬涡旋

研究低β_■(0<β_■《m_c/m_i)载流磁化等离子体中非线性剪切阿尔芬波,导出了描述非线性剪切阿尔芬波的方程组,求出该方程组的阿尔芬涡旋(Vortex)解。该解属于本性电磁涡旋,扰动势在远离涡旋中心处按1/r衰减。对结果的分析表明,载流等离子体中涡旋具有新的特点。它除了具有与无电流时涡旋所允许的传播速度区外(u<—αV_A,u>αV_A),还有一个新的传播速度区(0相似文献   

均匀剪切稳定分层流动中湍流特性的数值研究

采用大涡模拟的方法,研究了均匀剪切稳定分层流动.主要对不同梯度Richardson数下湍流动量和标量输运特性进行分析研究.结果表明:随着梯度Richardson数的增大,湍流动能减小,湍流势能增大；垂向热通量和雷诺应力减弱,流向热通量增强；并且在强分层情况下,存在动量和热量的逆梯度输运现象.     

影响圆盘剪带材剪切质量的因素分析

介绍了圆盘剪在设计、制造以及使用中影响圆盘剪精度的关键技术要点和主要技术参数：刀盘、侧隙、重叠量等,结合工作中的经验对圆盘剪关键点进行了分析和探讨,通过合理的设计、制造及使用方法使圆盘剪剪切出的带材质量合格、稳定,对相关设计、制造和使用具有积极的参考价值.     

高雷诺数圆盘绕流尾迹特性的大涡模拟研究

采用大涡模拟方法对垂直于来流的圆盘(直径为40 mm,厚度为8 mm)后尾迹中的湍流特性进行了研究.流动雷诺数分别是1×10~4、1×10~5和2.5×10~5.发现当Re1×10~4时流场的平均速度、雷诺应力和阻力系数等的分布受雷诺数影响较小,圆盘绕流产生的阻力主要取决于圆盘前后的压力差.通过分析流场的频谱特性,研究高雷诺数条件下圆盘尾迹中的湍流结构及不稳定机制,发现3个无量纲特征频率St≈0.028,St≈0.138～0.146和St≈1.437,分别对应于近尾迹中的回流区沿轴向脉动、驻定涡旋脱落和Kelvin-Helmholtz不稳定这3种不稳定性机制.     

剪切流作用下三维液滴变形的相场法数值模拟

液滴动力学在工业和自然科学领域有着广泛的应用和科研价值,其中最为典型的代表便是剪切流作用下的液滴变形特性。针对剪切流作用下三维液滴变形的动力学特性,利用相场方法进行了数值模拟。为了准确地描述表面张力作用下的两相不可压缩流动,采用了改进的Navier-Stokes-Cahn-Hilliard方程组,表面张力项和浓度对流项被添加于方程中来实现Navier-Stokes方程与Cahn-Hilliard方程的耦合;在数值求解方面,Chorin的投影方法被用于求解Navier-Stokes方程,并且Eyre的非条件稳定方法被用于求解CahnHilliard方程。数值模拟结果表明小Weber数条件下液滴更快达到稳定形态并且会随流动产生回转运动,更大的Weber数使得液滴呈现持续拉长变形。相同Weber数条件下,较大的Reynolds数会使液滴产生明显回转运动趋势。此外,液滴的变形程度也受到计算域上下边界的位置和速度的影响,边界距离液滴越近或者边界速度越大,液滴的变形程度越大。