椭圆柱绕流的相关问题研究

研究无粘性不可压缩流体绕过椭圆柱时在椭圆柱附近的流动情况.利用儒可夫斯基变换根据复变方法得到45°冲角下椭圆柱绕流的复势函数;给出45°冲角下椭圆柱绕流的速度势函数和流函数并画出45°冲角下的流线图和压强系数图.根据流线图、压强系数图分析了椭圆柱表面的速度和压强分布情况.当椭圆的尺度参数取极限值时,所得结果可以退化为平...     

数值模拟电磁力作用下的椭圆柱绕流

利用格子Boltzmann方法(LBM),对电磁力作用下的椭圆柱绕流进行数值模拟,研究了电磁力椭圆柱绕流的影响,并且分析了曲线边界处理方法和曲线边界受力的计算方法,计算得到了不同强度的电磁力作用下椭圆柱绕流的流线,揭示了它的变化机理。结果表明:格子 Boltzmann method方法计算过程简单合理,而且电磁力能够改变椭圆柱绕流的边界层结构,抑制椭圆柱表面的流动分离,消除旋涡脱落。     

绕流椭圆柱管束的流动与传热特性

椭圆柱管束换热器在工业领域中得到广泛的应用。本文采用一种简单合理的自由表面模型深入研究了流体绕流椭圆柱管束的流动与传热问题。通过适体坐标转换方法在非规则流道截面上求解出动量与热量传递控制方程,获得了等壁温条件下的流道内的阻力系数和努塞尔数等准则数,并且和文献值进行了对比。文献值和模拟值之间的最大绝对误差小于3.5%,表明所建立的数学模型是正确的。利用所建立的数学模型分析了流动方向、椭圆柱横截面形状、管束结构参数以及壁面边界条件 对绕流椭圆柱管束的流动与传热特性的影响。获得了等壁温和等热流密度条件下的阻力系数和平均努塞尔数。这些准则数为椭圆柱管束的设计和优化提供理论指导。     

点涡对圆柱绕流流场的影响研究

研究点涡对无粘性不可压缩流体的圆柱绕流流场的影响。利用复变方法得到冲角为0时点涡存在于不同位置的圆柱绕流流场的复势函数,进而求得速度势函数和流函数。首次画出了存在点涡的圆柱绕流流场的流线图和压强系数图。根据流线图和压强系数图分析了圆柱表面和点涡附近的流体速度和压强分布情况。点涡对圆柱绕流流场的影响与点涡和圆柱之间的距离有关。压强系数图和流线图所反映的结果与实际流动情况完全吻合。     

空间Stokes流的三维复变函数法

本文利用三维复变函数,从基本方程组出发,导出空间Stokes流速度和压力的复值函数表达式。作为它的应用,直接求出球缓慢绕流问题的精确解。     

带两对对称平板的圆柱绕流问题研究

通过一个非有理函数型的保角变换,研究了带有两对对称平板的圆柱体绕流问题.利用复变方法首次得到带有两对对称平板的圆柱体绕流问题的复势函数,并得到其速度势函数和流函数.绘制流体流动的流线图、等势线图和压力系数图,分析了流场中特定点处的压力和速度分布特点,流动情况与实际流动吻合较好.     

绕椭圆柱管束的流动与传热特性

椭圆柱管束换热器在工业领域中得到广泛的应用。采用一种简单合理的自由表面模型深入研究了流体绕流椭圆柱管束的流动与传热问题。通过适体坐标转换方法在非规则流道截面上求解出动量与热量传递控制方程,获得了等壁温条件下的流道内的阻力系数和努塞尔数等准则数,并且和文献值进行了对比。文献值和模拟值之间的最大绝对误差小于3.5%,表明所建立的数学模型是正确的。利用所建立的数学模型分析了流动方向、椭圆柱横截面形状、管束结构参数以及壁面边界条件对绕流椭圆柱管束的流动与传热特性的影响。获得了等壁温和等热流密度条件下的阻力系数和平均努塞尔数。这些准则数为椭圆柱管束的设计和优化提供理论指导。     

电磁力控制下的翼型绕流和升力

对电磁力控制下的翼型绕流和升力的初始响应过程和变化规律进行了实验和数值研究．实验和计算中,均采用示踪粒子方法,使流场可视化．引进边界涡通量的概念,推导了电磁力与边界涡通量以及升力的定量关系,根据边界涡通量的分布,对绕流流场对升力的影响进行了分析,初步揭示了翼型绕流电磁控制的机理．结果表明,未加电磁力时,翼型绕流和升力呈周期性变化．在流向电磁力作用下,翼面上的旋涡消失点以一定的规律向后缘移动,最终以涡对的形式脱离翼面,流场也因此趋于定常．电磁力可以改变流场,提高流场的负边界涡通量的强度,有利于升力的提高．但同时电磁力也使翼面压力增加,使升力下降．由于使升力提高的因素起主要作用,故上翼面的流向电磁力可提高升力,且电磁力愈大,升力提高愈多．覆盖在上翼面局部位置的电磁力也能抑制流动分离和提高升力,电磁力作用于后部效果更好．     

可压流体圆柱绕流的密度模拟

可压流体绕流模拟是一个典型问题,在实际应用中具有较大的价值,如烟囱、桥墩、机翼绕流、一些飞行器的外观设计等常用以此为基础进行研究和计算．文章在二维空间中模拟可压流体圆柱绕流的密度变化情况,先把研究区域离散化为结点,进而研究各个结点处的密度变化情况,再把相应的微分方程离散化为线性方程组,最后用迭代法对方程组进行求解,并用程序实现求解过程,得出各结点处密度的变化情况．     

用Lattice Boltzmann方法模拟方柱绕流

用Lattice Boltzmann方法模拟了两种情况下的方柱绕流：方柱位于流场的边壁和方柱位于流场的中央。在第1情况中，分析了流场的流线、速度矢量分布以及方柱后面绕流形成的回流区长度随Reynolds数的变化曲线；在第2种情况中，除了给出稳定时流场的流线、速度矢量分布和压力分布以外，还模拟了Re＝150时方柱后面形成的周期旋涡现象。两种情况下的计算结果与其他文献中的计算数值和试验数据是一致的。     

Analysis of contact melting around a horizontal elliptical cylinder heat source

The process of △T-driven contact melting of the solid phase change material (PCM) around an horizontal elliptical cylinder heat source is analyzed. Aiming at the problem existed in the published literature, namely the thickness of boundary layer tends to be infinite at = 90o, and considering the difference of normal angle between the horizontal elliptical cylinder surface and the solid-liquid interface of PCM, a new mathematic model is proposed, and the fundamental equations for the melting process are derived with the film theory. The new pressure distribution inside the boundary layer, the variation law of normal angle of the solid-liquid interface, the thickness of the boundary layer and the relationship between the melting velocity and resultant force are obtained. The solutions of the fundamental equations under different elliptical compression coefficients are analyzed and discussed. It is found that the thickness of the boundary layer obtained by the new model is a finite value and accords with the experimental result at = 90o.     

圆柱桥墩绕流特性理论研究

对圆柱桥墩绕流特性理行了理论研究。为了防止桥墩发生过大冲刷应在理想液体绕流动量守恒影响范围 S1=1 .6a,即距桥墩 0 .6a范围内防护 ,考虑由于实际圆柱桥墩后一对复合涡体可能的影响 ,最大流流速按 2 V并乘适当安全系数进行设计。至少必须在理想液体绕流比动能守恒影响范围 S2 =1 .1 9,即距桥墩 0 .1 9a范围内防护。为防止可能发生的桥墩绕流对行船的影响 ,避免水流的影响防止轮船对桥墩的冲撞 ,其防撞栏设置应在 r=1 0 a处。     

水下圆柱体带空泡轴向绕流研究

研究了水下圆柱体带空泡轴向绕流问题.用数值方法研究了不同长细比圆柱体水下运动产生空泡的形态及圆柱体水下带空泡绕流的阻力特性,圆柱体绕流空泡形态以及阻力系数数值计算结果与试验对比,符合较好.圆柱体长细比对空泡形态影响可以忽略.随长细比增大:空化数较高时,阻力系数先减小后增大;空化数较小时,其阻力系数基本保持不变.小空化数条件下,给定长细比,空化数越小,阻力系数越小.     

带随机微缺陷椭圆孔口的应力分析

利用复变函数方法,构造了保角变换函数,求解了带随机半圆形微缺陷的椭圆孔口应力场.通过分离保角变换函数,得到了微缺陷与宏观椭圆孔口应力场解析解的分离形式.研究结果表明,微缺陷主要对椭圆孔局部应力场产生影响,而对于远离微缺陷区域的应力场则影响较小.当椭圆形状固定时,微缺陷端部的应力集中系数仅与缺陷半径及微缺陷的位置有关;缺陷越小,应力集中系数越大,且此数值远大于无缺陷时椭圆孔口的应力集中系数,说明当孔边带有微缺陷时,尽管缺陷尺度远小于椭圆孔的尺度,但微缺陷对椭圆孔边缘应力集中的影响仍不容忽视.     

圆柱绕流水动力学特性的数值模拟

应用计算流体动力学软件FLUENT对低雷诺数(Re)(Re≤300)下圆柱绕流问题进行数值模拟。采用分区结构化网格及层流模型求解不可压缩Navier-Stokes方程,在未施加任何扰动的条件下获得了圆柱绕流2种特殊的绕流场,系统分析了壁面压力系数、平均阻力系数、脉动阻力、升力系数及旋涡脱落频率等水动力学特性参数随Re数变化的规律,结果与实验研究吻合较好。     

有限流道内低雷诺数二维圆柱绕流数值模拟

为揭示尾迹流场特性及其演化规律,采用多块辐射型网格,以计算流体力学软件FLUENT为平台,对有限流道内低雷诺数二维圆柱绕流进行数值模拟,讨论压力速度耦合算法、压力离散格式和动量方程离散格式对模拟结果的影响。研究结果表明:动量方程离散格式对数值模拟误差的形成起主要作用,较佳数值模拟算法为SIMPLEC压力速度耦合、二阶压力离散和QUICK动量方程离散的组合。尾迹流场中静压在沿轴向2.6～12倍流道宽度范围内波动较显著;并且随着流速增大,轴向压降最大点越靠近圆柱,径向静压幅度变化越大。     

稀薄气体中高超速圆柱绕流仿真研究

高速尤其是高超音速飞行是航空航天发展的主流方向.目前,70 km以上高超音速飞行器的需求越来越大.当飞行高度达到或超过70 km时,稀薄效应明显,此时连续介质假设失效,传统的连续流体运动方程(NS方程)和相应的CFD方法已经失效.利用连续流体运动方程(NS方程)和直接模拟蒙特卡洛方法(DSMC),对四个典型Kn(Kn分别为0.001、0.01、0.1和1)下的圆柱绕流进行了计算.分析比较发现,随着Kn的增大,流场中的激波间断结构变弱变粗,甚至消失,圆柱后方的分离区也逐渐变小直到消失.     

Effect of Mach number on transonic flow past a circular cylinder

The effect of Mach number on transonic flow past a circular cylinder is investigated numerically for the free-stream Mach number M∞ from 0.85 to 0.98 and the Reynolds number 2×10^5 based on the diameter of the cylinder. The work provides an insight into several salient features, including unsteady and quasi-steady flow state, formation of local supersonic zone, and evolution of turbulent shear layer. Results show that there exist two flow states dependent of a critical Mach number Mcr around 0.9. One is an unsteady flow state characterized by moving shock waves interacting with the turbulent flow in the near region of the cylinder for M∞〈Mcr, and the other is a quasi-steady flow state with nearly stationary shock waves formed in the near wake for M∞〉Mcrs, suppressing vortex shedding from the cylin- der. Some flow behaviors in the unsteady and quasi-steady flow states are revealed. From time evolu- tion of flow structures, local supersonic zones are identified in the wake and generated by two typical processes, i.e. reverse flow behind the cylinder and shed vortices in the near wake. The convective Mach number Mc of turbulent shear layers shed from the cylinder is identified nearly as Mc〈I in the unsteady flow regime and Mc〉I in the quasi-steady flow regime, resulting in different evolutions of the shear layers.     

Direct numerical simulation on the particle flow in the wake of circular cylinder

The spectral-element approach is used to simulate the gas-solid two-phase flow behind of the circular cylinder. Based on the method of a high accuracy calculation for the gas phase flow, the particle dynamic field is put into practice. Two key influence factors, Stokes number and Reynolds number, are investigated. The simulation results give a clear pattern of the physical characteristics of gas-particle flow. Due to the construction properties of the eddies in the wake of the circular cylinder, the suction is the main dispersion mechanism of particles near to the centric axis. This effect can make the small particle sucted to the near wake of the circular cylinder. The particle dispersion is also induced by the pressure gradient which is caused by the strong velocity gradient of gas phase.