管内非Newton流体分数阶流动的精确解

研究了管内广义Oldroyd-B型流体轴向不稳态流动, 将分数阶导数引入Oldroyd-B型流体的本构关系中, 建立了带分数阶导数的广义Jeffreys模型. 利用Hankel变换和离散逆Laplace变换技巧求得了常压力梯度的Poiseuille流动、环空管内轴向Couette流动、常轴向剪切应力的环空域轴向Couette流动和具有常 压力梯度和常剪切应力的Poiseuille流动4种模型的精确解, Navier-Stokes流体的著名解, 像Maxwell流体和二阶流体都是解的特殊情况.     

广义二阶流体的脉冲泊肃叶流动分析

讨论了广义二阶流体的脉冲泊肃叶流动,引入黎曼-刘维尔分数阶微分建立本构方程,结合不可压缩流体时间分数阶动量方程,得到控制方程。利用傅里叶正弦变换和分数阶拉普拉斯变换,获得流体速度解析解。利用Stehfest算法对结果进行数值模拟,通过图像讨论了分数阶参数以及延迟时间对流动的影响。结果表明速度过冲现象主要取决于动量方程的时间分数阶参数。     

分数微分粘弹性流体振荡管道流的求解与分析

研究了分数微分Maxwell粘弹性流体在圆管中的振荡流动,导出了对时间具有分数阶导数的特殊运动方程,求解了振荡流的解析解.将解析解进行级数近似展开,分析了粘弹性流体在管道中的流动特性.研究发现:当速度表达式中自变量的系数较小时,速度呈抛物线分布;系数较大时,速度与半径无关;相位角滞后于压力梯度90°;中心线速度小于定常Poiseuille流动中心线上的速度;在管壁附近具有Richardson环形效应.     

牛顿流体在充满多孔介质圆管内的结构流特征

引入研究多孔介质流体流动的体积平均方法和体均原理,采用Darcy阻力经验公式和Forch-heimer修正,得到了多孔介质内流体流动的Brinkman-Forchheimer广义Darcy定律.提出了牛顿流体在充满多孔介质管道内的结构流概念,并通过边界层动量积分计算证实了流核的存在,获得了流核流速和流核半径的计算结果;分析了Darcy数和惯性参数对速度剖面的影响程度.     

多孔介质孔隙尺度下不可压缩流体流动特性SPH模拟

基于孔隙尺度下的多孔介质模型,使用光滑粒子动力学(SPH)数值模拟方法研究多孔介质中不可压缩流体流动现象,分析流体在孔隙尺度下的流动特性.首先通过模拟经典的Poiseuille流和Couette流验证方法的正确性.随后,针对流体在分别由圆柱和方柱为骨架构造的规则多孔介质内的流动情况,同时使用SPH方法和有限元法(FEM)进行模拟,所得的结果十分吻合.最后利用SPH方法对流体在基于贝雷岩心获得的多孔介质模型和以同尺度的圆柱为基元构造的一种人工随机多孔介质模型内的流动进行模拟,证明平均流体速度和单位质量体积力具有很好的线性关系.     

基于POLYFLOW的管道黏弹性流体流动数值模拟

借助POLYFLOW软件分析了方型截面管道内黏弹性流体的流动参数,研究表明:管道内流体不仅存在着轴向流动,还存在着回流运动,即在流体流动方向存在着二次流动和流层颗粒分散混合现象.     

水平管道内冰浆流体阻力特性CFD模拟

以水平管道内冰浆流体无相变流动过程为研究对象,运用计算流体力学（CFD）为工具,采用两相流双流体模型,研究了管道内冰浆流体阻力特性.结果表明,沿管道流动方向冰粒子浓度场滞后于其流场的充分发展.当存在湍动时,颗粒动力学理论模型可以很好地描述冰粒子间的剪切作用.当流动为层流时,基于Thomas方程的反推黏度模型的模拟效果优于前者.若浆体输送速度进一步降低,需对冰粒子间的剪切效应进行分段考虑.     

截面形状对螺旋通道湍流流动及场协同的影响

为探明截面形状对螺旋通道湍流流动的影响,采用有限体积法和RNG k-ε湍流模型数值研究了圆形、半圆形、矩形、正方形、梯形和三角形共6种截面面积相等而形状不同的螺旋通道内流体湍流流动特性。在螺旋半径、螺距、螺旋线长度相同的条件下,以常温水为工质,研究截面形状和进口速度对螺旋通道的流动阻力、速度场及涡量的影响,并根据多场协同原理分析速度场和压力场的协同关系。结果表明:圆形截面螺旋通道流动阻力损失最小,而三角形截面螺旋通道流动阻力损失最大;流体在螺旋通道内湍流流动会产生垂直于主流方向的二次流,矩形截面螺旋通道发现四涡结构的二次流,其余截面螺旋通道为二涡结构的二次流;三角形截面螺旋通道涡量值最大,协同角θ也最大,而圆形截面螺旋通道涡量值最小,协同角θ也最小。     

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。     

超声行波微流体驱动的流动特性分析

研究了超声行波驱动圆环模型的流动特性与影响因素.通过模态分析确定了模型的最佳驱动方式;通过谐响应分析和瞬态分析得到圆环形微管道内壁的振动位移分布以及行波运行情况;通过流固耦合分析得到微管道内流体的瞬时流动速度、时间平均速度以及各种参数对流动特性的影响.结果表明,圆环模型能在管道壁面产生较规则的行波从而推动管内流体流动.微管道内瞬时速度为正弦脉动量,时间平均速度为非对称的抛物线结构.该抛物线结构的形状受驱动频率的影响较大而受驱动电压影响较小,形状发生改变的频率范围在2kHz—2.5kHz之间.流体平均速度随粘度的增加而降低,首次发现流体粘度在0.07Pa.s时近壁开始出现反向流.此外,分析还发现耦合面结构对流体平均速度有较大影响.     

广义Oldroyd-B流体的非定常Couette流的精确解

讨论了带分数阶导数的广义Oldroyd-B流体的非定常Couette流,应用Laplace变换和Weber变换及广义Mittag-Leffler函数,得到了该问题的精确解。     

基于广义Oldroyd-B流体问题的高维多项时间分数阶偏微分方程的解析解

提出两类高维多项时间分数阶偏微分方程的模型,此模型可用来描述广义黏弹性Oldroyd-B流体的剪应力和剪切速率之间的非线性关系.采用分离变量法将此分数阶偏微分方程转化成分数阶常微分方程,从而得到此高维多项时间分数阶偏微分方程的解析解,解的形式以多重Mittag-Leffler函数的形式给出.     

广义二阶流体平板不定常流动的解析解

研究了分数阶广义二阶流体在无穷平板上方的不定常流动. 将分数阶微积分的方法引入黏弹性流体本构关系模型. 借助Fourier正余弦变换的方法及分数阶微积分的Laplace变换理论, 研究了三种不同条件下的平板流, 得到了问题的精确解析解.     

管道充水工况下气液两相流瞬态数值模拟研究

结合k - ε湍流模型,对三维管道充水过程的气液两相流进行了瞬态数值模拟.建立了管道充水过程液相体积分数与时间的数学模型,并对两相流在管道中的流动特性、能量损耗进行分析.模拟结果表明:充水过程中存在分层、段塞、气团、气泡流;气体在管道中以气团、气泡流流型向下游管网流动;气液两相流造成的能量损耗大于单相流,两相流能量消耗增大的原因是存在气液相间相互作用以及流体与管壁摩擦系数的增大;倾斜下降管道剖面水平方向轴向流速对称分布;垂直方向靠近管道顶部与底部分别出现气、液相轴向流速峰值,气液交界处轴向流速最低.     

电磁流动成像测井识别气-水层流的信号处理方法

针对大斜度或水平气井中最常见的气-水分层流动,研究利用电磁流动成像测井判别分层流和波状流的方法.首先,分析水平或微倾圆形管道内较常见的气-水两相流型在管道截面上的特征,建立流体分布模型;其次,模拟流体分布模型的电磁流动成像测井响应,分析仿真数据特点;再次,提取仿真数据中与流体分布相关的特征参数,该参数不仅用于判定流体分布模型,而且用于计算分层流模型中的水层高度,从而求取持水率;最后,研究水平气-水两相流型在流动截面上流体分布模型的变化规律,实现气-水层流判别.仿真数据研究结果表明,用这种方法可以实现气-水层流判别和持水率求取,避免了图像重建的过程,计算简单速度较快.     

管道充水工况下气液两相流瞬态数值模拟

结合k-ε湍流模型,对三维管道充水过程的气液两相流进行了瞬态数值模拟.建立了管道充水过程液相体积分数与时间的数学模型,并对两相流在管道中的流动特性、能量损耗进行分析.模拟结果表明:充水过程中存在分层、段塞、气团、气泡流;气体在管道中以气团、气泡流流型向下游管网流动;气液两相流造成的能量损耗大于单相流,两相流能量消耗增大的原因是存在气液相间相互作用以及流体与管壁摩擦系数的增大;倾斜下降管道剖面水平方向轴向流速对称分布;垂直方向靠近管道顶部与底部分别出现气、液相轴向流速峰值,气液交界处轴向流速最低.     

旋转环形截面螺旋管道内二次流动的摄动分析

采用摄动方法研究了环形截面旋转螺旋管道内二次流动.结果表明由于内圆壁面的存在,旋转环形截面螺旋管道内的二次流动、轴向速度分布与圆截面情况相比存在明显的差别,截面可以出现1到8个二次涡,轴向速度最大值位置取决于F(F为科心力与离氏力之比),随着F的变化,二次流强度和流量比在F=-1左右取得最小值.     

粘弹性流体偏心环空螺旋流的速度分布

聚驱螺杆泵采油井产出液是含有聚合物水溶液的油水混合物,这种产出液在螺杆泵采油井的抽油杆和油管所形成的环空中的流动可视为粘弹性流体偏心环空螺旋流。本文在利用变系数二阶流体描述粘弹性流体流变性的基础上,建立了粘弹性流体偏心环空螺旋流的控制方程。利用有限差分法对上述控制方程进行数值求解,得到了该流动的轴向速度、切向速度分布,并分析了环空内管自转速度、偏心度及压力梯度对轴向速度和切向速度的影响。     

非均质流管内流动机理的研究

从水平管道内非均质流中固体粒子处于悬移流动圈套证的浓度分布与速度分布之间的关系分析出发提出了预计水平管道内固体粒子处于悬移流动状态下非均质流速度断面的新模型和方法.     

基于Internet格子Boltzmann法研究多组分渗流问题

基于Internet平台的格子Boltzmann方法研究了微孔隙多孔介质管道中两种流体的流动,计算以多孔介质内细长微孔隙流为例,在速度或压力非常小的情况,流体表现出层流状态。计算结果表明:模型是可行的。基于Internet平台的二元流的LBM模型灵活地控制了不同粘性的流体,可以利用扩散系数的大小来控制流体间的扩散强弱。结果还鲜明地体现了流体粒子的自碰撞和相互碰撞特征。