不同直径串列双圆柱的可视化实验研究（英文）

主要研究了不同直径串列双圆柱的流动特性.在已有的开式循环水槽实验台的基础上,通过PIV实验对雷诺数(Re)为200时不同间距比(P_s/D)下不同直径串列双圆柱的流动特性进行了研究.实验结果表明:1)随着圆心距的增加,不同直径串列双圆柱流场型态出现了两种流动机制.2)随着圆心距的增加,上游小圆柱后出现了不同尺度的雷诺应力等值线.当圆心距较小时,上游小圆柱后面没有雷诺应力等值线的出现,当增大到4D以上时,上游圆柱后有雷诺应力等值线出现.3)当圆心距较小时,上游小圆柱与下游大圆柱间的流场相对稳定,随着圆心距的增大两圆柱间的流场开始出现扰动,但扰动强度没有下游圆柱强,当圆心距进一步增大时两圆柱间与下游大圆柱后的都出现了较大的扰动.上述流动特性的研究将为不同直径串列双圆柱的传热研究提供理论基础.     

过渡流下近壁插入双圆柱对壁面传热特性的影响（英文）

为了研究过渡流下间隙比对传热特性的影响,通过Fortran程序建立了近壁插入串列双圆柱的模拟模型.控制方程包括连续方程、不稳定Navier-stokes方程和能量方程,通过有限体积的方法进行求解.结果表明,Nusselt数有两个峰值.第一个峰值出现是由于下壁面和上游圆柱之间流体的加速.随着间隙比的增加,流体的加速效应减小,峰值的大小降低.第二个峰值是由于流体的加速和上游圆柱尾流的洗刷效应.随着间隙比的增加,存在一个最佳插入位置,使得洗刷效应和加速效应达到峰值.当Re=200,P_s=4D,近壁插入串列双圆柱存在一个最佳插入位置,使得壁面的传热特性最佳.     

错列双圆柱下游圆柱的升力机理

采用大涡模拟(LES)的方法,在雷诺数Re=1.4×10~5时,研究了间距P/D=4(P为圆心间距,D为圆柱直径)、风向角0°～90°的错列双圆柱的气动力特性和干扰流态,从流场角度分析了下游圆柱受到平均升力和脉动升力作用的流场机理.结果表明:随着风向角的增大,两个圆柱的干扰流态依次为旋涡撞击流态、旋涡撞击和剪切层干扰流态、剪切层干扰流态、尾流干扰流态;在旋涡撞击流态、旋涡撞击和剪切层干扰流态下,上游圆柱的旋涡与下游圆柱发生强烈的撞击,导致下游圆柱的脉动升力远大于单圆柱;在剪切层干扰流态下,下游圆柱受到显著的平均升力作用,下游圆柱风压停滞点的偏移以及上游圆柱的旋涡与下游圆柱间隙侧剪切层(或旋涡)的相互作用,是下游圆柱受到平均升力作用的两个原因.     

近壁圆柱绕流中直径对壁面强化传热的影响

为了研究过渡流下在壁面附近插入不同直径圆柱对壁面强化传热的影响,采用基于复合网格系统的数值计算方法,在雷诺数Re=200时,对圆柱直径D为5～14 mm的近壁圆柱绕流进行了数值计算.利用低速循环水槽试验台进行可视化流动试验,以验证数值计算方法的可靠性.结果表明:近壁插入圆柱可以使流动提前进入利于传热的过渡流状态;当间隙...     

串列圆柱在高雷诺数时动态响应的实验研究

本文在雷诺数Re为4.19×10~4～5.21×10~5范围中实验测定了串列双圆柱在均匀流场中的动态响应,两柱中心距与圆柱直径的比值L/D=2.5,3.0,4.0,4.56和5.02.实验结果表明,在Re数的临界区中圆柱流向和横向振动谐同变化,横向振幅比Re的亚临界区中的对应值几乎小一个量级,另外下游柱振动明显受上游柱层流科振的干扰,而且其横向振幅比上游柱大.     

尾流干扰下下游圆柱气动性能的流场机理

采用大涡模拟方法,在高雷诺数(Re=1.4×10~5)下,以间距比P/D=1.5～4的静止双圆柱为对象,研究了下游圆柱的气动力系数、风压系数以及流场特性随风向角的变化规律,分析了下游圆柱气动力与流场结构的内在关系,基于圆柱壁面摩擦系数和干扰流态探讨了下游圆柱气动性能的流场机理.研究表明:对于小间距双圆柱(P/D3),下游圆柱会受到明显的平均负阻力作用,两个圆柱间隙中方向相反的一对回流(串列)以及高速间隙流(错列)是出现负阻力的流场机理;对于小间距错列双圆柱(P/D=1.5～3),下游圆柱还会受到很大的平均升力作用(内侧升力),下游圆柱的风压停滞点偏移、高速间隙流和间隙侧壁面的分离泡是出现这一升力的主要原因;对于间距较大的错列双圆柱(P/D=3～4),下游圆柱也会受到明显的平均升力作用(外侧升力),但其机理与小间距时不同,是由下游圆柱的风压停滞点偏移及其间隙侧气流分离点后移造成的.     

单圆柱微通道内流动特性实验研究

采用Micro-PIV实验系统和压差测试系统,研究了含有单个微圆柱的通道内去离子水在10相似文献   

基于大涡模拟的圆柱绕流剪切层不稳定性

圆柱绕流是一种常见的流体力学研究对象,随着雷诺数(Re)增加,其下游尾迹剪切层中会产生开尔文-亥姆霍兹不稳定性现象.利用大涡模拟方法,数值求解中等Re(Re=2 000, 3 900, 5 000)的圆柱绕流问题,可得圆柱下游的精细化流场,继而开展对剪切层不稳定性的深入研究.为获得剪切层不稳定性的特征频率,分别采用传统的监测点分析与局部流场的动态模态分解方法进行计算.结果显示,两种方法得到的频率基本一致.不过,相比传统方法,动态模态分解方法一方面能克服人为选择监测点带来的随机误差,较便捷地给出剪切层不稳定性特征频率,另一方面还能进一步通过不同流场模态分析出不同Re对剪切层不稳定性特性的影响.     

单圆柱微通道内流动特性实验研究

采用Micro-PIV实验系统和压差测试系统，研究了含有单个微圆柱的通道内去离子水在10相似文献   

涡轮叶栅非定常流动的PIV实验

利用激光粒子图像测速仪(PIV)测量沿叶高平面和叶栅出口速度场的整场信息.实验中,将模拟动叶的圆柱列沿周向依次移动1/4节距,进行叶高平面速度场的测量,查看圆柱尾迹对下游叶栅影响的整场情况;同时研究在不同的相对叶高下,叶片顶部和根部的二次涡会合、脱离情况.研究发现:在较小的相对叶高下叶栅出口二次涡汇合,强度较大;而在较大的相对叶高下二次涡分离.同时,当上游圆柱的相对位置变化时,叶栅流动最高效率对应着圆柱尾迹被输运到下游静叶的前缘附近,最低效率对应着圆柱尾迹被输运到下游静叶的流道中央.     

壁面加热对微圆柱漩涡脱落的影响

建立二维数学模型,对比研究了低雷诺数下（0~100）壁面加热对直径分别为2 cm、20 μm及2 μm的微圆柱漩涡脱落的影响规律。深入探讨了直径、壁面与流体温差对圆柱绕流中漩涡生长和脱落规律、尾流区速度、温度场及涡街参数分布等的影响规律及其原因,并基于计算结果拟合出了低雷诺数下斯特劳哈尔数（Sr)与雷诺数（Re)的定量关系式。研究发现当圆柱直径降至2 μm时,与常规尺度圆柱相比微圆柱尾流区涡街的出现明显提前;而壁面加热减小了三者的差距,使三种不同直径圆柱背风区涡街出现的最低Re均降至40以下。微圆柱涡街的漩涡列距和间距之比h/l的值随着温差的增加而逐渐增大;相同温差下不同直径圆柱尾流区涡街h/l均随Re增加而减小,在相同Re下h/l值随圆柱直径的减小而明显增大。存在壁面加热时微圆柱绕流的Sr要高于无加热工况,两者之差最高可达20%左右。     

旋转圆柱层流绕流出现二次不稳定现象的数值模拟

采用数值模拟方法,计算了旋转圆柱在层流状态下流场随雷诺数和转速的变化.针对旋转圆柱在均匀流中引起的涡脱落以及二次不稳定现象,进行了分析.选取雷诺数为Re=60,80,100,130,160,240时,将圆柱的转速一直增大,直到流场第二次达到稳定状态.比较了圆柱的旋转在流场达到第一次及第二次不稳定状态时对其表面的气动力、涡量以及周围流场影响的不同.计算结果表明,低转速下,流场出现初次不稳定状态时,雷诺数为Re=60,80,100,130,160,240,所对应的临界转速比分别为α=1.40,1.70,1.80,1.85,1.90,1.95;随着转速的升高,流场再次出现不稳定状态,所对应的转速比区间分别为5.1< α < 5.6,4.9< α < 5.4,4.6< α < 5.2,4.4< α < 5.0,4.3< α < 4.9,4.2< α < 4.7.      

低雷诺数下圆杆正方形塔架的阻力系数研究

通过节段模型风洞试验，研究雷诺数Re=307~906时圆杆正方形塔架的阻力系数，分析密实比、湍流度及风速等因素的影响. 在试验研究的基础上，对比3种雷诺平均模型在圆杆正方形塔架气动力CFD数值模拟中的适用性，分析Re=300~2.5×104时阻力系数变化规律及影响因素. 试验结果表明：圆杆正方形塔架的平均阻力系数在45°风向角时最大，0°和90°最小，并随密实比和风速的增大而减小，随湍流度的增大而增大；脉动阻力系数受密实比和风向角的影响不大，但随风速和湍流度的增大而增大. CFD数值结果显示：SST k-ω湍流模型在Re≤2.5×104时更适用于计算圆杆正方形塔架的平均阻力系数；随雷诺数的增大，塔架平均阻力系数在Re=300~585时急剧减小，Re=585~1 090时减小趋势少许放缓，Re=1 090~2.5×104时基本保持不变；完全处于上游杆件尾流区的下游杆件阻力系数相比于上游杆件减小50%左右.     

垂直性R＆D合作的成本分配研究

R&D的垂直溢出提高了厂商的R&D水平,垂直的R&D合作促进了整个产业的研发投资。以各厂商从R&D投资中所获得的利润增量占总利润增量的比例作为各厂商成本分担比例,考察了上下游厂商成本分担比例和R&D合作后上下游厂商净收益与垂直R&D合作体规模之间的关系。结果表明,尽管上游厂商R&D成本分担比例随着参与合作的下游厂商数目k的增大而增大,下游成员厂商R&D成本分担比例随k的增大而减小,但是上游厂商净收益随着k的增大而增大,下游成员厂商净收益随着k的增大而减少,因此,上游厂商所确定的R&D最佳合作规模大于下游成员厂商的R&D最佳规模。     

叉排玻璃球(20mm)多孔介质内流态特征的实验研究

利用叉排20 mm玻璃球床、折射率匹配技术、PIV技术截取流场中心图进行实验。用Tecplot软件得出Re=4.7至Re=857.8的流场、流线和等涡量线图。根据流场、流线及等涡量线的密集程度判断:流场在Re=4.7时,流动缓慢,从Re=23.3至Re=128.4,流动强度递增,形成四边形涡波区域,Re=128.4至Re=285.9流动逐渐增强;Re=285.9至Re=857.8,流动稳定;流线在Re=4.7至Re=81.7时,流线流动缓慢递增,在Re=128.4至Re=245.1,流线流动逐渐增强,形成海螺状图形,Re=326.8以后流动稳定;本实验结果对一般流动流态和多孔介质内流态演变研究都有促进作用,为流动区域划分研究起了重要参考作用。     

二维后向台阶层流传热特性的数值模拟

建立了二维不可压缩后向台阶流动的数值模型,在Re=100~400内研究了雷诺数、台阶高度(S)、平板间高度(H)变化对台阶下游底面努塞尔数Nu分布的影响.结果表明:台阶扩张比ER一定,台阶下游上壁面出现次回流区后,Nu分布曲线下降段的曲折点位置固定,增大Re能提高曲折点上游的Nu,但对曲折点下游Nu影响不大;保持S不变,减小H,ER由1.33增加到3.00,Nu的变化范围增大,峰值向上游移动;保持H不变,增大S,NuH变化分成2部分,ER由1.33增加到2.00,NuH峰值基本不变,位置向下游移动,ER由2.00增加到3.00,NuH峰值快速增加,位置基本不变.     

串列双方柱气动干扰机理的数模模拟研究

采用非定常雷诺平均法和SST k-ω湍流模型,在雷诺数Re=2.2×104时对五种间距串列双方柱的绕流场进行了数值模拟。结果表明:随着间距比的增大,串列方柱的气动性能会发生剧烈变化;其绕流场会经历三种不同流态:间距比为S/B=1.2时,下游方柱完全被上游方柱的分离剪切层包裹,流场呈现单一钝体流态;S/B=1.5,2时,在上游方柱上分离的剪切层会再附在下游方柱侧面,流场呈现剪切层再附流态;并在两个方柱之间形成强烈的回流区;S/B=3,4时,两个方柱的尾流中都会形成规则的涡街,流场呈现双涡脱流态。此时上游方柱的旋涡会与下游方柱发生复杂的相互作用,造成下游方柱受到很大的脉动风压作用。     

串列双方柱气动性能的流场机理研究

采用非定常雷诺平均法和SST k-ω湍流模型,在雷诺数Re=2.2×104时对五种间距串列双方柱的绕流场进行了数值模拟。结果表明：随着间距比的增大,串列方柱的气动性能会发生剧烈变化,其绕流场会经历三种不同流态：间距比为S/B=1.2时,下游方柱完全被上游方柱的分离剪切层包裹,流场呈现单一钝体流态;S/B=1.5和2时,在上游方柱上分离的剪切层会再附在下游方柱侧面,流场呈现剪切层再附流态,并在两个方柱之间形成强烈的回流区;S/B=3和4时,两个方柱的尾流中都会形成规则的涡街,流场呈现双涡脱流态,此时上游方柱的旋涡会与下游方柱发生复杂的相互作用,造成下游方柱受到很大的脉动风压作用。     

基于2维叉排管束模型的刷式密封介质流动计算

为了计算刷式密封的介质流动,建立了刷丝束截面的2维紧凑叉排管束模型,并利用计算流体动力学(CFD)方法求解。研究了刷丝束截面泄漏流的压力和流速分布及压差、刷丝轴向排数和管距对泄漏特性的影响。结果表明:基于周向1排与周向6排刷丝的模型所计算的压力和流速基本吻合,各数据点的误差均小于3%,所计算的压力梯度结果与转子表面压力测量结果基本吻合。0.2MPa下,最下游刷丝的压降和最高流速增量分别大约是上游刷丝的6倍和8倍。压差增加会加剧最下游刷丝间隙处的压降和流速增量。出口平均轴向流速随着压差的增大而呈线性增长,随着刷丝轴向排数的增大而呈自然对数下降。减小刷丝管距可以在常见的压差和刷丝排数范围内显著提高密封效果。     

流体绕流微柱群的Micro-PIV实验研究

微柱群通道内的流动特性是设计与优化其散热结构的基础。采用显微粒子测速技术（Micro-PIV）对绕流微柱群流动进行研究,测定了不同Re下的绕流流场,分析了绕流微柱群的速度场以及Re对涡结构及回流长度的影响。结果表明,随着Re的增大,微圆柱尾流区出现涡结构,回流长度逐渐增大,微尺度下柱体绕流过程中边界层分离现象相对于宏观尺度具有一定的滞后性。