幂律流体在矩形通道中充分发展流动的数值模拟及阻力计算

针对假塑性幂律流体在矩形通道中充分发展流动问题,用帕坦卡方法作数值分析,文中讨论了不等距网格的划分方法和粘度系数的插值方法。数值解给出了流变指数n=0.1,0.2,…,1.0及矩形边长比s=0.1,0.2,…,1.0范围内的全部fRe,发现圆管阻力计算公式只在一定范围内适用。本文作者给出了上述广阔范围内以当量水力直径为定性尺寸的阻力系数计算公式,其最大误差为3.57％,平均误差为1.9％。     

不同截面微通道中流动阻力特性

实验研究了微通道内去离子水的流动阻力特性,微通道当量直径范围De=0.210～1.069mm,雷诺数范围Re=102～104,截面形状分为矩形、半圆形及三角形.通过测量微通道沿程压降及出、入口局部压降随流量变化关系,获得了沿程阻力系数及局部阻力系数.结果表明:当截面形状相同时,摩擦阻力系数随着当量直径的减小而降低;当量...     

蒸汽冷却带肋矩形通道流动和换热特性数值研究

为了阐明蒸汽冷却带肋矩形通道的换热增强机理,基于三维RANS方程和标准k-ω湍流模型,数值模拟了带肋矩形通道的流场和换热特性,研究了雷诺数、入口宽高比和肋间距对流动和换热特性的影响,进一步分析了努塞尔数与雷诺数、入口宽高比、肋间距之间的关系,由此得出带肋矩形通道的传热关联式。结果表明:肋片的存在破坏了较厚的换热边界层,增强了换热性能。雷诺数增大,平均努塞尔数、综合换热因子均增大,阻力系数小幅上升;宽高比增大,平均努塞尔数、综合换热因子均增大,阻力系数大幅上升;肋间距增大,平均努塞尔数增加,阻力系数先增后减,综合换热因子先减后增。所得传热关联式可为先进燃机蒸汽冷却叶片的设计提供参考。     

螺旋管换热器同轴环形通道流动特性实验

对S/d0=2.0,S/d0=2.5和S/d0=3.0的同轴环形通道螺旋管换热器分别进行了流动特性及阻力特性的实验研究,并和圆形管道的理论值进行比较。得出流体流速、压力、流量及同轴环形通道的几何参数等对同轴环形通道流动特性的影响。结果表明:在环隙宽度S和螺旋管外径d0相同的条件下,随着雷诺数Re的增加,环形通道的进口阻力系数ξin、出口阻力系数ξout和总阻力系数ξz逐渐减小并逐渐趋于一定值;外圈环形通道的ξin、ξout、ξz均比中圈和内圈环形通道的大,但中圈和内圈环形通道的ξin、ξout、ξz相等;相同雷诺数条件下,S越小,流体在环形通道流动时,流体的进出口压力降ΔP就越大。     

纵向涡发生器对矩形窄通道内对流换热的影响

针对反应堆堆芯板状燃料元件冷却通道内的强化传热问题,对带有周期性分布纵向涡发生器(LVGs)的水平矩形窄通道内的流动与换热进行了实验研究,得出了雷诺数在3×103~2×104的范围内LVGs安装形式(一侧带LVGs或两侧带LVGs)对水的流动与换热特性的影响规律.结果表明:带有周期性分布LVGs通道的平均努谢尔数比光通道的高25%~35%,但阻力系数也比光通道的高.在3种不同比较准则(相同质量流量、相同压降及相同泵功)下,两侧带同向LVGs通道的综合性能好于单侧带有LVGs通道的综合性能.LVGs能够破坏热边界层,带走更多的热量,从而降低板状燃料元件的温度和堆芯的烧毁率.     

空气在三角形波纹通道内湍流流动与换热的数值研究

采用数值模拟的方法,对流动与换热进入周期性充分发展段等壁温边界条件下三角形波纹通道内流体的流动与换热进行二维数值模拟分析,计算考察了雷诺数Re、间距比ε及波纹纵横比γ对流动与换热性能的影响。结果表明:Re数及波纹纵横比γ较小时,不会出现回流;在计算的Re范围内,随着Re的增加,平均努塞尔数Nu呈递增趋势,摩擦阻力系数f呈下降趋势;并拟合出通道不同几何因子下阻力系数f及表面换热特性数Nu随Re变化的关联式。通过对性能参数j/f的分析得出,采用小间距比ε或者小波纹纵横比γ均可以提高换热性能。     

非对称波纹通道内流动与传热的数值计算

以空气为介质,在雷诺数Re=50~1 100的范围内对非对称的三角形、正弦形和椭圆形波纹通道内稳态层流流动与换热进行数值模拟,分析了恒壁温条件下,Re、波纹板形状对流动与换热特性的影响,并拟合出了各通道内阻力系数f及表面换热特性数Nu随Re变化的关联式,同时对3种波纹通道的综合性能G进行了分析评价。结果表明,椭圆形通道的f最大;Re<500时三角形通道的f最小;在Re>300后椭圆形通道表面的Nu值最大;各通道的综合性能,以Re=900为界,在小Re时以正弦形通道性能最佳,椭圆通道的最差,大Re时椭圆通道的性能最佳。     

流体在矩形通道中作层流流动时的规律

平行壁面是环形通道当内圆半径趋于无限大时的极限情况 ,流体在矩形通道中流动时所受的内摩擦力或压降是流体在两个平行壁面间流动时产生的内摩擦力或压降的叠加 ,从以上结果出发推导出矩形通道截面上速度分布公式和摩擦系数式中Μ的数值     

三角形并联微通道换热特性研究

基于Navier-Stokes方程的传统理论,把整个实验硅晶片上的所有并联微通道纳入计算区域,通过FLUENT商业软件对其进行数值模拟.计算得到的温度场和实验结果的红外成像数据对比,吻合得很好,从而验证了数值计算的正确性.对并联通道中的不同通道计算结果表明,不同微通道中流量几乎没有差异,但是不能完全忽略热流密度的差异.此外,通过三角形微通道在壁面上的热流密度分布很不均匀,与矩形通道截然相反;轴向导热对热流密度的分布有很大影响.在进出口温差较大时,用进出口平均温度作定性温度计算的结果与变物性计算的结果相比,误差很小.     

微通道内流流场的数值模拟及Micro-PIV测量

采用数值模拟与实验研究方法对直管微通道内流流场进行了详细研究.实验测量借助Micro-PIV技术,采用3μm荧光示踪粒子、10倍显微物镜和14位灰阶CCD相机获取微尺度流场速度分布.利用Fluent数值计算软件,将微尺度通道壁面粗糙元抽象为多孔介质模型,采用realizable k-ε两方程模型,对边长为600μm和800μm的方形断面微尺度直通道分别在Re=100和Re=300条件下进行数值模拟,模拟结果与同工况下Micro-PIV实验测量结果进行对比,结果表明基于多孔介质模拟壁面粗糙元的realizable k-ε两方程模型能够良好地模拟微尺度管流流动,并且获得了多孔介质厚度采用微尺度通道的相对粗糙度折算,多孔介质的粘性阻力系数和惯性阻力系数由多孔介质区域内的流态及阻力计算的方法.     

组合管中气粉流的临界管长

根据气粉流运动的基本定律，考虑收缩喷管的等熵流动以及等截面管中的摩擦流动，建立了描述组合管中气粉流的数学模型．考虑气粉流摩擦壅塞现象，用马赫数检验法确定了组合管的临界管长．计算结果表明，组合管的临界管长随粉气比的增大而减小；在不同粉气比下，组合管中气体速度和粉粒速度均沿程逐渐增大，而粉粒终速随粉气比的增大而减小；组合管的临界管长比等截面管的临界管长小得多，且组合管中的压降比等截面管中的压降明显减小     

弯管内气动防磨方法的数值检验及其应用

概述了气动防磨的定义,发展了一种检验弯管内气动防磨方法有效性的数值手段,该检验手段的关键是应用双双流体模型在巾体坐标系下计算弯管内的气固两相流场,提出了两种气动防磨措施并进行了数值检验,结果表明改变弯管进口处颗粒相浓度分布的措施比改变弯管弧度对减少这外壁面磨损更有效。     

等截面垂直管道中气粉流的临界管长

考虑重力和摩擦力的影响，建立了描述垂直管道中气粉流行为的数学模型，采用马赫数检验法，确定了产生摩擦壅塞时的临界管长，计算表明，当气粉流以不同方式喷入相同的冶金熔池时，底吹垂直管道比顶吹垂直管道需要更大的临界管长。     

偶极子噪声在均匀流管道中传播的声学模型

通过建立对流FW-H方程与薄壁边界元法相结合的混合声学模型,研究偶极子噪声在均匀流管道中的传播与散射问题.计算均匀流中的声源及其在管道中的传播,采用对流FW-H方程确定均匀流中的声波传输,采用计算流体力学方法所得流场数据确定气动噪声源,采用薄壁边界元法计算声波在管壁上产生的散射声压,并将数值计算结果与Tyler-Sofrin管道声学理论方法及声学实验所得结果进行对比.结果表明,对流FW-H方程与薄壁边界元法相结合的声学模型可用于偶极子噪声在均匀流管道中传播特性的预测,并可准确预测风扇偶极子噪声在机匣内的传播.     

中介机匣可调放气活门数值研究

为研究中介机匣可调放气活门在不同进口工况下的放气特性及其对内涵出口总压畸变的影响,采用数值方法对不同活门开度和进口工况下的中介机匣流场进行了研究。结果表明：可调活门开度不变时,活门相对放气量基本恒定,与进口工况无关;进口工况和外涵道的流量变数在确定的活门开度下可近似看作线性关系;进口工况一定时,随着可调活门逐渐打开,由活门产生的附加涡系结构使得内涵出口近机匣处低压区范围变大,近轮毂处低压区范围基本不变,内涵总压损失加剧。     

隧道通风管道布置参数对瓦斯运移特性的影响

为了研究通风风管在瓦斯隧道施工通风中对瓦斯扩散的影响,通过CFD数值仿真,建立瓦斯在隧道内的运移模型,详细探究了不同风管直径、风管口距工作面的距离、风管悬挂位置以及风管贴壁间隙四个风管布设参数对隧道风流场及瓦斯分布规律的影响。结果表明,风管直径对于工作面上瓦斯体积分数场具有显著的影响,风管直径减小会导致隧道空间瓦斯体积分数增加,且瓦斯体积分数增加的程度远大于风管直径减小的程度。风管布置在拱肩处更有利于瓦斯的排出和保障隧道安全施工。随着风管出风口距离工作面距离的不断减小,隧道内瓦斯体积分数越低,并且隧道内部空间瓦斯分布越均匀,越不易发生瓦斯的局部积聚现象。风管顶端离隧道拱顶的距离越远,隧道内瓦斯体积分数越高,断面瓦斯分布均匀性也越差。在单因素试验情况下,可以看出风管的最佳组合方式为风管直径为1.8m,风管位置为拱肩,风管出口距工作面的距离为5m,贴壁程度为0.5m。     

流动管道内噪声源辐射声场数值预估

流动管道内噪声源辐射声场问题难度很大。该文给出了经实验考核的流动管道内声源辐射声场数值预估方法,并给出了圆管外声压级指向性系数图。利用这些图和简单公式,通过测量管外一点的声压级就可确定管内声源声功率。该文数值方法采用线化Euler方程,四阶MacCormack差分格式和Tam与Webb的无反射边界条件数值预估有流动的圆管出口辐射声场,并用声强扫描仪和声级计在半消声室中测量了管内声功率及管外声压分布,数值计算和实验所得声压指向性系数符合良好,最大误差小于1dB。     

船用压缩风管排烟效率衰减的实验研究

通过风管内气体的连续性方程和能量守恒方程,对影响风管流量的因素进行了理论分析,证明船用压缩风管单位时间流量与风机特性曲线和风管阻力曲线有关。通过实验的方法对影响压缩风管排烟效率的多个因素进行了研究,证明风管的排烟效率随风管直径的增大而增大;随风管长度的增大而减小;随风管转角角度的增大而减小;随风管高差的增大而减小,但其影响因素更多的是由于高差的产生同时产生了两个风管转角。对排烟效率与风管长度和转角角度的关系进行了多项式拟合,证明排烟效率降低速率均随风管长度和转角角度的增大而减小。     

宽缝结构超宽带天线的研究

设计了3种微带线馈电的宽缝结构的超宽带天线：矩形微带馈电的阶梯状宽缝天线,矩形微带馈电的半圆形宽缝天线和圆形微带馈电的半圆形宽缝天线。实测结果表明这3种天线都具有超宽带性能。其中具有圆形微带馈电的半圆形宽缝天线具有更宽的阻抗带宽和良好的辐射性能。