冬季引水明渠冰盖生长的数值模拟

冬季寒区引水明渠的结冰问题会影响河道的运行和管理,文章利用热力和水力耦合的数学模型对不同条件下二维渠道内的冰盖生长进行数值模拟,通过改变水流速度、气温、水深以及风速的大小分析形成的冰盖厚度;根据数值模拟结果,得出了寒区引水明渠冰盖厚度的增长规律与冰盖形成后水流速度场和温度场的分布规律,以及不同因素对渠道结冰的影响程度.     

河流冰盖热力增长的数值模拟

文章基于多相流理论,建立了河流的热力与水力条件耦合的二维河道模型.模型把河流当作大气-冰体-水体的一个耦合系统,考虑了系统中界面的热量交换,并考虑了冰花在冰盖下堆积对冰盖热量交换的影响.在不同的入口冰花浓度、冰盖上表面温度、入口水流速度的工况下,对冰盖的增长进行了模拟分析,获得了冰盖厚度的增长特征与冰盖形成后水体速度场和温度场的分布特征.模拟结果表明:入口冰花浓度越大、冰盖上表面温度越低、入口流速越小,则形成的冰盖厚度越大;断面上的流速越大,水温越低.     

射流纵向涡强化换热的数值模拟

为研究射流引起的纵向涡对流动和换热性能的影响,采用数值方法模拟了三维矩形通道内有射流从底面进入时的定常、不可压层流对流换热,得到了纵向涡影响下的速度场和温度场以及沿流动方向局部Nusselt数的分布.以场协同原理为指导,分析了射流纵向涡强化换热的原因,并进一步研究了射流角对纵向涡的换热强化效果的影响.结果表明 纵向涡改善了通道内速度场和温度场的协同关系,强化了对流换热; 射流垂直底面入射时,纵向涡的换热强化效果较好.     

流体的粘弹性对周期性圆管层流流动规律的影响

将粘弹性Maxwell流体本构方程和圆管层流运动基本方程相结合,利用数学解析方法研究了周期性压力梯度推动下脉动层流的流动规律,并得到粘弹性液体在圆管内万籁 流动的速度表达式,按两种情形分析了粘弹性Maxwell流体脉动层流速度振分布状况。研究结果表明,Maxwell流体在0－2π的周期内呈振荡流动。当wt=0时,其速度振幅频率和松弛时间的增大而减小。     

流体的粘弹性对周期性圆管层流流动规律的影响

将粘弹性Maxwell流体本构方程和圆管层流运动基本方程相结合 ,利用数学解析方法研究了周期性压力梯度推动下脉动层流的流动规律 ,并得到粘弹性流体在圆管内周期性流动的速度表达式 ,按两种情形分析了粘弹性Maxwell流体脉动层流速度振幅分布状况。研究结果表明 ,Maxwell流体在 0～ 2π的周期内呈振荡流动。当ωt =0时 ,其速度振幅随频率和松弛时间的增大而减小。     

滑移流区平行平板微通道内单侧加热流动与换热

对一侧等热流、一侧绝热热边界条件下,流动与热充分发展的平行平板微通道在滑移流区内层流流动与换热进行了理论分析,研究了槽道内速度场与温度场的分布、换热特性,以及Kn、动量协调系数、热协调系数的影响.     

冰盖下水流垂向流速分布的试验研究

冰盖形成后将显著改变水流的流动结构,根据实验室模型试验,对冰盖下的水流垂向流速分布进行了试验研究。研究结果表明,相比明流情况,冰盖下水流的垂向流速分布发生变化,最大流速向水深中部偏移,以最大流速线将水流沿水深方向分成两层,每层大致呈对数分布。     

冰盖下组合桥墩的局部冲刷特性及水力特性

为研究冰盖对组合桥墩局部冲刷及其周围流场分布的影响,基于动床冲刷试验,在不同覆盖条件下,分析了不同水流条件和桥墩尺寸对组合桥墩局部冲刷的影响,建立了预测明渠水流与冰盖流条件下组合桥墩最大冲刷深度的经验方程,并通过ADV测量了墩前的流场。结果表明:组合桥墩的冲刷模式与串列桥墩相似,最大冲刷深度始终出现在墩正前方;经验方程中来流水深、来流流速、桥墩尺寸、冰盖糙率均与最大冲刷深度呈正相关关系;在粗糙冰冰盖流条件下,墩前的垂向流速最大,导致其最大冲刷深度总是大于同等条件下的明渠水流和光滑冰盖流。     

滑动轴承油膜从层流到紊流过渡区域的研究

作为对滑动轴承油膜从层流到紊流过渡区域的研究,本文采用原始变量,应用解决三维抛物型流动的思想方法,分别求解Navier-Stokes方程组中周向(主流方向)动量方程和径向、轴向(横截面流动)动量方程,计算了同心圆柱轴承油膜在超层流工况下Taylor涡旋的速度场、压力场,较全面地计算分析了不同间隙比、不同泰勒数、不同波长比对涡旋的影响,并计算了内、外圆柱上的摩擦阻力矩,为进一步解决偏心圆柱轴承的问题准备了条件。     

低速下空气横掠翅片管换热规律的数值研究

用三维适体坐标的网格生成技术对翅片管散热器进行了低速下流动和换热的数值模拟，得到了流速与换热系数的关系，以及不同流速下翅片管流动与换热的温度场、速度场和速度与温度梯度的夹角场，并首次利用场协同原理进行了分析。结果表明：当流速很低时，速度与换热系数几乎成线性变化，场的协同性很好；随着速度的增加，场的协同性变差，换热系数随速度增加的程度减弱。     

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.     

200MW核供热堆主换热器温度场和流量场计算

主换热器是核供热堆一、二回路之间进行热交换的关键设备。其温度分布和流速分布对主换热器的设计有重要意义。该文采用数值分析的办法进行计算时把主换热器在二维网络中划分成 4个区 ,将整个计算简化成在一定流量场下计算温度场和在一定温度场下计算流量场两部分。计算温度场时要列出热平衡方程组 ,计算流量场时要涉及到压降平衡方程组 ,由于方程组是非线性的 ,采用了 Newton迭代法进行计算。在计算温度场和流量场的同时也得到了传热系数和线性热功率的分布。     

大加速度场中燃烧过程的计算机仿真

提出了大加速度场中燃烧过程的计算机仿真 ,建立了大加速度场中二维层流燃烧的数学模型 ,对控制方程组进行离散 ,采用SIMPLE算法和交错网格设计并调试程序。在调试成功的程序上进行了丙烷和空气混合气在大加速度场中燃烧的模拟实验。对比了大加速度场中燃烧与非大加速度场情况下的不同 ,当离心力与流速方向相反时 ,流场上流的回流方向为顺时针 ,下游有一顺时针方向的回流区 ,随着加速度的加大 ,两个回流区之间又出现一个逆时针方向的回流区 ,并逐渐加大 ,直到流场紊乱     

Fluid flow field synergy principle and its application to drag reduction

The concept of field synergy for fluid flow is introduced, which refers to the synergy of the velocity field and the velocity gradient field in an entire flow domain. Analyses show that the flow drag depends not only on the velocity and the velocity gradient fields but also on their synergy. The principle of minimum dissipation of mechanical energy is developed, which may be stated as follows： the worse the synergy between the velocity and velocity gradient fields is, the smaller the resistance becomes. Furthermore, based on the principle of minimum dissipation of mechanical energy together with conservation equations, a field synergy equation with a set of specified constraints has been established for optimizing flow processes. The optimal flow field can be obtained by solving the field synergy equation, which leads to the minimum resistance to fluid flow in the fixed flow domain. Finally, as an example, the field synergy analysis for duct flow with two parallel branches is presented. The optimized velocity distributor nearby the fork, which was designed based on the principle of minimum dissipation of mechanical energy, may reduce the drag of duct flow with two parallel branches.     

采煤机对回采工作面风流温度场影响

从质量和能量守恒定律出发，研究矿内风流流场和风流温度场的分布规律及其耦合作用机理，导出了矿井风流紊流流动和温度分布的微分方程。采用紊流模型的K-ε方程封闭方程组，采用SIMPLE方法，利用PHOENICS程序进行数值求解。通过数值模拟，初步得出了矿井回采工作面风流流场、温度场与采煤机在工作面的位置和采煤机割煤方向的变化规律，采煤机是回采工作面的主要高温热源之一。     

钝体后回流流场传热特性的实验研究

在测量钝体后回流流场的速度、脉动速度相关量和温度的基础上，求出回流流场的热通量分布。结果表明了热通量分布与脉动相关量间的密切相关性，以及回流区及其边界区域相对强烈的热交换强度，这些结果有助于理解钝体后回流区在燃料燃烧火焰稳定中的显著作用。     

聚合物熔体流变特性及其对纺丝组件内流场的影响

测定了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、常压阳离子染料可染聚合物(ECDP)熔体的流变特性;通过计算流体力学方法对纺丝组件内的流场进行模拟,并利用粒子图像测速(PIV)实验验证了数值模拟的准确性;通过建立的数值模拟方法研究了聚合物熔体的流变特性对纺丝组件内流场的影响。结果表明：在270～290℃的温度范围内,PET和ECDP的流变指数n均随着温度的升高而增大并接近1,聚合物熔体的黏度随着剪切速率的增大而减小;流体的稠度系数K对纺丝组件内的速度场几乎无影响,但对压力分布影响较大,入口压力随着K的增大而增大;流变指数n对纺丝组件内的压力与速度分布有影响,入口压力和入口流速随着流变指数的增大而增大;流体在砂腔内的流速较小但分布较为均匀,在砂腔上游,流变指数越大,流体流速越大;聚合物熔体在喷丝板外圈的喷丝孔之间形成滞留区,并且流变指数越大,滞留区越小,喷丝孔内外圈的流量分配越均匀。