The effect of surface tension on flow condensation in vertical small-diameter tube

The effect of surface tension on flow condensation in vertical small tube with inside diameter of 1 — 5 mm is compared with that of gravity and shear stress in different gravity environments at low Reynolds number, which is less concerned in former studies. The present study indicates that surface tension is the most important factor affecting flow condensation, but it is weakened by shear stress as decreasing tube diameter in a microgravity environment. In a normal gravity environment, body force is the dominant effect that is weakened by shear stress as decreasing tube diameter , while the effect of capillary pressure drop due to surface tension is enhanced. The work will be helpful in understanding the characteristics of heat pipe or capillary pumped loop (CPL) at low Reynolds number.     

过渡流搅拌槽内单颗粒悬浮特性的实验研究

利用高速摄像技术对过渡流搅拌槽内单颗粒的运动特性进行捕捉,分析了搅拌雷诺数及桨叶离底高度对颗粒悬浮运动的影响规律,并使用二维粒子图像测速技术得到搅拌槽内的流场信息。研究结果表明：颗粒的临界悬浮转速随桨叶离底高度的降低而降低;桨叶离底高度对颗粒在槽底的运动影响较大;颗粒在垂直离底悬浮后,于桨盘下方附近螺旋上升或作持续的螺旋状圆周运动;搅拌雷诺数升高对颗粒垂直上升的最大高度和最大速度影响较小,但会减小垂直上升过程中桨盘的转动圈数;颗粒螺旋上升是由于轴向流场在颗粒停滞位置向两侧产生了分叉;颗粒的悬浮主要是由流体的主体流动引起的。     

类车体尾迹流动非定常特性

通过与已发表的数据相比对,对大涡模拟方法的有效性进行验证.采用该数值方法对高雷诺数下25°后倾角Ahmed类车体背部斜面及尾部垂直面处尾迹区的流动进行解算.通过对背部斜面处分离泡、背部斜面侧边"C柱"处卷起的拖曳涡对及尾部垂直面处回流区流场信息的采用及相关频谱特性分析,研究并明确了尾迹区起主导作用的大尺度相干结构及运动的非定常特性.在流动的不同区域,类车体尾迹区流动的非定常特性不尽相同,主要体现为背部斜面分离泡的拍击振动具有绝对不稳定性特征,由KelvinHelmholtz(KH)不稳定性诱发的大尺度相干结构具有对流不稳定性特征;两侧"C柱"拖曳涡对在背部斜面上与展向涡相互耦合,具有较好的对称性;拖曳涡对在垂直面处回流区内与该区展向涡相互混掺,但无耦合作用且不具有对称性;垂直面处回流区内上、下侧剪切层卷起的展向涡以类似卡门涡街形式交替产生并脱落;高雷诺数时,整个尾迹区流动的特征频率趋于一致.     

具有截面自然对流通道内湍流换热的直接数值模拟

对矩形管道内具有稳定自然对流的充分发展湍流换热进行了直接数值模拟，湍流雷诺数如和普朗特数Pr分别为400和0．71，格拉晓夫数Gr为10^4、10^5、10^6和10^7．分析了管道截面上雷诺应力对主流平均速度、截面流速以及截面平均温度的影响．结果表明：在Gr较小时，湍流雷诺应力的作用使截面的平均换热系数增大；在Gr为10^7时，浮升力的作用增强，但湍流产生的雷诺应力使自然对流的作用减弱．因此，与层流相比，在Gr相同时，湍流的管道截面平均换热系数反而减小．     

Sedimentation of a single particle between two parallel walls

The sedimentation of a single circular particle between two parallel walls was studied by means of direct numerical simulation (DNS) and experiment. The improved implementation of distributed Lagrange multiplier/fictitious domain method used in our DNS is a promising new way for simulation of particulate flows. The settling behaviors of the particle are presented ranging in Reynolds number from 0 to about 700, which showed that our results for low Reynolds numbers agreed well with that reported before. Nevertheless, for higher Reynolds numbers our results were different from theirs. The long-term mean equilibrium positions in our results were all on the centerline, but not at off-center position as reported before. In order to validate our simulation, experiments were also conducted. The results showed that the sedimenting behavior simulated in this paper agreed well with our experiment result.     

Fluid particle accelerations in fully developed turbulence

The motion of fluid particles as they are pushed along erratic trajectories by fluctuating pressure gradients is fundamental to transport and mixing in turbulence. It is essential in cloud formation and atmospheric transport, processes in stirred chemical reactors and combustion systems, and in the industrial production of nanoparticles. The concept of particle trajectories has been used successfully to describe mixing and transport in turbulence, but issues of fundamental importance remain unresolved. One such issue is the Heisenberg-Yaglom prediction of fluid particle accelerations, based on the 1941 scaling theory of Kolmogorov. Here we report acceleration measurements using a detector adapted from high-energy physics to track particles in a laboratory water flow at Reynolds numbers up to 63,000. We find that, within experimental errors, Kolmogorov scaling of the acceleration variance is attained at high Reynolds numbers. Our data indicate that the acceleration is an extremely intermittent variable--particles are observed with accelerations of up to 1,500 times the acceleration of gravity (equivalent to 40 times the root mean square acceleration). We find that the acceleration data reflect the anisotropy of the large-scale flow at all Reynolds numbers studied.     

烧结矿余热回收竖罐内气体流态的实验研究

采用对Ergun型方程无量纲化的方法对气体通过烧结矿床层的流态进行了研究,考察气体表观流速、烧结矿颗粒直径和床层空隙率对床层内气体压力降的影响,进而探讨床层内临界颗粒雷诺数随颗粒直径的变化规律.研究结果表明:当颗粒直径一定时,床层内单位料层高压力降随气体表观流速的增大呈二次方关系增大.当气体表观流速一定时,单位料层高压力降随颗粒直径和空隙率的增大呈指数关系衰减.床层内临界颗粒雷诺数随床层几何因子的增大呈指数关系减小,且临界颗粒雷诺数实验预测公式的平均计算误差在5%以内,显示了良好的预测性能.     

高雷诺数下绕钝体分离流动的一种新数值算法

本文提出一种新的高雷诺数下统钝体分离流动的数值计算方法.文中将流场分成邻近物面的内区和稍远离物面的外区两部分.内区用有限差分法求解,外区用涡法求解,并对内区向外区输运涡量的计算和内外区交界面边界条件的确定作了特殊的处理.计算结果表明本方法是正确有效的.     

地沟油生物柴油碳烟微粒排放及肺沉积表面积研究

在柴油机上分别燃烧纯地沟油生物柴油和纯石化柴油在每一负荷工况下运用颗粒物测试系统NanoMet3研究碳烟微粒的排放及肺沉积表面积。结果表明:各工况下,地沟油生物柴油碳烟微粒数量浓度及质量浓度均小于石化柴油。小负荷时两种燃料的差距不大;大负荷时,地沟油生物柴油碳烟微粒数量浓度及质量浓度远小于石化柴油;但增幅高于石化柴油。地沟油生物柴油碳烟微粒的平均粒径比石化柴油小,其肺沉积表面积小于石化柴油,对人体的危害值低于石化柴油。碳烟微粒肺沉积表面积受到平均粒径和数量浓度的共同作用,其增幅与数量浓度的增幅呈现出相同的变化趋势。     

颗粒绕流问题中几何形体效应的数值模拟

运用计算流体力学(CFD)模拟方法,针对球体、正六棱柱、正四面体、圆柱体和环轮体等不同几何形体颗粒,在雷诺数为10～400条件下研究了颗粒绕流问题中的几何形体效应。基于模拟结果,考察了传统非球形颗粒几何表征方法的不足;据此定义一个新的表征形体效应的参数,并在大量模拟计算结果的基础上,关联出以上四种非球形颗粒曳力因数计算公式,改进后的曳力因数计算精度大大提高。     

渣浆泵内固相颗粒冲蚀特性的数值模拟

应用雷诺涡粘模型(液相)、离散相流动模型(固相)和压力耦合流场计算法,对渣浆泵全流道内固液两相湍流场的固相颗粒的冲蚀行为进行数值模拟.研究泵转速、固相粒径和叶片参数对颗粒冲蚀特性的影响.研究结果表明:随着泵转速的提高或者粒径的增大,颗粒冲击叶片表面的位置逐步移向叶片的头部,颗粒的冲击速度和冲击角度随之增大;不同叶片参数的叶轮对固相颗粒的冲蚀行为影响明显;数值模拟的研究成果可应用于抗冲蚀磨损叶轮的设计.     

风沙流/沙尘暴与高雷诺数壁湍流野外观测

 风沙流与沙尘暴是发生在高雷诺数大气边界层中的气固两相流,对风沙流与沙尘暴的深入认识、准确预报和科学防治都要基于对风沙运动规律的认知和把握,因而需要借鉴高雷诺数湍流的研究成果。本文综述了高雷诺数壁湍流和风沙流/沙尘暴研究的现状,着重介绍了在中国民勤地区建立的沙尘暴与高雷诺数壁湍流野外观测站,以及基于观测站的观测列阵所获得的初步成果,展望了进一步的发展方向。     

输煤巷道煤尘扩散的数值模拟

研究了井下皮带输煤巷道中煤尘的扩散规律。提出煤尘扩散的数学模型,对空气流运动采用雷诺平均数值模拟,再与澳博利恩公式耦合模拟出巷道中煤尘的浓度分布。选取三种不同大小的煤尘分别进行模拟。选定五个观测点,分别绘出浓度在y向的变化曲线,揭示了煤尘的起尘规律以及煤尘的颗粒直径对起尘浓度的影响。研究表明颗粒的起尘浓度与颗粒直径成反比。巷道中的气粒两相流从非均质流向均质流演化,演化的速度与颗粒的直径成正比。呼吸性煤尘起尘浓度大,煤尘颗粒主要集中在输送带到其上方1 m处。     

球形气泡在匀速粘性液体中引起的伪湍动

为改进在势流假设下获得的伪湍动表达式,该文在考虑液体粘性的基础上,简化匀速粘性液体绕球体的速度场,运用单元系综平均方法对流场进行处理,得到球形气泡在匀速粘性液体中引起的伪湍动关系式。该关系式表明伪湍动与空泡率成正比,并随颗粒R eyno lds数的增大而趋近势流结果。数据对比结果表明:在低空泡率、中等颗粒R eyno lds数的条件下,该表达式能比势流模型更准确地描述球型气泡在匀速粘性液体中引起的伪湍动。     

小浪底河段浑水流动的三维数值模拟

基于湍流随机理论,针对黄河中游小浪底工程建成前的河段水沙流动特点,建立了河流的三维水沙流数学模型。在此模型中,采用了各向异性湍流的Reynolds应力数值格式和自由面位置的Poisson方程,并将精细壁函数应用于边壁处理。建立了床面附近含沙量表达式,将传统的床沙级配控制方程推广到三维模型。在贴体坐标系下,用此数学模型计算了此河段的含沙量和流速沿河宽和垂线分布,计算结果与原型实测成果基本吻合,从而证明了此模型的可行性,以及计算方法和程序的可靠性。     

气固两相圆柱绕流背风区颗粒的运动特性

为了考察颗粒在圆柱绕流背风区中的运动特性,采用欧拉双流体模型结合雷诺应力模型对气固两相微细颗粒圆柱绕流进行了数值模拟。比较了不同粒径固体颗粒在圆柱背风区中的速度和浓度分布,模拟结果表明:气流在绕圆柱流动后形成漩涡,漩涡湍流强度影响到微细颗粒在圆柱背风区的浓度分布与速度变化;气流对颗粒的漩涡卷吸作用及其自身惯性作用决定微细颗粒绕圆柱流动的形式,同时影响到颗粒在壁面附近的浓度分布;微细颗粒在圆柱背风区浓度随粒径的增加先增大后减小。     

颗粒在离心风机内运动轨迹可视化预测的实现

讨论了几种对颗粒运动轨迹可视化预测的实现方法,运用数值模拟技术,基于雷诺应力湍流模型和颗粒轨道模型计算了离心风机内气固两相流场。准确、直观地显示了不同粒径粉尘在离心风机内的运动轨迹,在此基础上分析了粒径对颗粒轨迹的影响,为研究风机叶片的磨损问题提供了依据。     

偏置式垂直转子微小型泵内的黏性流动

为研究垂直转子微小型泵的内部黏性流动,根据偏置于两平板间的转子两端剪切力不平衡的原理,设计了一种偏置式垂直转子微小型泵,并利用粒子成像测速(PIV)技术对泵体内部的黏性流动进行了可视化量测。根据N-S方程对微小型泵的内部粘性流动进行了数值模拟计算。用这2种方法均得到了泵体内部的流线分布、泵体出口端面的平均速度和体积流量与Reynolds数的关系曲线。比较和分析结果表明:当Reynolds数小于100时,泵体出口端面的平均速度、体积流量与Reynolds数基本成正比关系;随着Reynolds数的减小,流体的黏性作用相对增大,垂直转子微小型泵可对流体进行更加有效的输送。     

微小型泵内粘性流动的试验与基础研究

为了对垂直转子微小型泵的内部粘性流动规律进行深入研究,根据偏置于两平板间的转子两端剪切力不平衡的原理,设计了一种偏置式垂直转子微小型泵,并利用粒子成像测速(PIV)技术对泵体内部的粘性流动进行了可视化量测。根据N-S方程对微小型泵的内部粘性流动进行了数值模拟计算。两种方法均得到了泵体内部的流线分布、泵体出口端面的平均速度和体积流量与Reynolds数的关系曲线。比较和分析结果表明:当Reynolds数小于100时,泵体出口端面的平均速度、体积流量与Reynolds数基本成正比关系;随着Reynolds数的减小,流体的粘性作用相对增大,垂直转子微小型泵可对流体进行更加有效的输送。     

串列方形钝体构筑物绕流的数值分析

采用二阶CBS有限元法对雷诺数Re=100时不同间距的串列方形钝体构筑物的绕流进行数值研究,分析了间距比s（构筑物中心距离与构筑物宽度d之比）对流场的影响,以及平均阻力系数、阻力系数均方根、升力系数均方根、斯特劳哈尔数和压力系数随间距比变化的情况. 结果表明：间距比对串列方形钝体构筑物的流场影响显著;当2个方形构筑物为串列情形时,可有效降低流体阻力;当临界间距比在4.50~4.75时,其各项力学性能指标将发生跳跃;由于上游构筑物尾流的影响,下游构筑物的升力系数均方根总大于上游构筑物而表现出更强的脉动性,且2个构筑物表面压力分布的差异显著.