湍流换热的场物理量协同与传热强化分析

在层流换热场物理量协同原理的基础上, 针对湍流零方程模型和k-ε 两方程模型, 建立了湍流换热的能量和动量协同方程, 揭示了湍流换热流场中热流、质量流与流体流动驱动力之间的协同关系及其所反映的强化传热机理, 将强化传热的场物理量协同原理由层流延展到湍流. 通过圆管内置旋扭式螺旋片的强化传热计算分析, 证明了湍流换热场物理量协同原理具有普遍性. 因此, 根据湍流换热流场的物理量协同关系, 可对各种不同的管内强化传热元件和表面的换热性能和流动阻力进行分析比较, 从而为提高传热单元或换热器的综合性能提供理论和设计依据.     

湍流——流体力学的一个难题

湍流是自然界中存在的一种复杂的流体运动状态。最早,人们在圆管中作液体运动试验时发现了它。什么是湍流呢?按照德国流体力学家普朗特(Prandtl)的说法,湍流就是“不规则的涡旋运动”。有的流体力学书上还这样定义:无论对时间或对空间而言,都随     

计算槽湍流高阶脉动关联量的一个近似方法

脉动速度及其关联是湍流场的重要特征,因此,周培源在30年代末就提出,应当用雷诺平均运动方程和湍流脉动速度方程为出发点来求解湍流场,并且导出了二阶和三阶脉动速度关联方程.N-S方程的非线性,使以上方程组不封闭,于是文献[2]首先提出了在关联方程中略去高阶关联项的截断方法;后来又提出了奇阶截断和逐级逼近的迭代方法.     

能否发展关于湍流动力学和颗粒材料运动学的综合理论?

自然界和工程应用中遇到的流动绝大部分是湍流问题.湍流流动中包含了不同尺度的旋涡,如何准确地定义湍流仍十分困难,湍流动力学的理论体系仍尚未完成.颗粒流是固相颗粒以气相或液相为载体的流动,缺乏普适的本构方程,处理颗粒运动时无法将微观的颗粒尺度与宏观的流场尺度分开.本文介绍了湍流和颗粒流的基本特性、研究的理论和方法,分析了湍流和颗粒流研究所面临的挑战.     

湍流的间歇性和多分维

本文利用湍流间歇性的图象介绍单分维(各向同性湍流)和多分维(非各向同性湍流)的概念。使我们将分维概念从自相似和点集的几何性质,扩展到物理场的强弱区域有不同的标度,并将物理场的功率谱和分维、标度律联系起来。将分维和物理图象联系起来,必将丰富其概念,扩大其应用价值。     

一种标量-电磁-引力的统一场论

本文的目的是建立一种关于标量场、电磁场和引力场的统一场论。用5维Rieman流形的4+1分解的方法确定拉格朗日密度,从而建立新的场方程,然后讨论统一场的一些性质。 设5维空间存在Killing矢量(空间表示为M~5)。在M~5中定义一矢量场a~μ,它满足     

激光在大气传输中方向起伏规律的探讨

激光在湍流大气传输中,直接影响激光方向起伏的因素,主要是由于大气温度场的起伏而引起的大气折射率随机场的效应。 大气折射率起伏场的存在,使激光在大气中传输方向发生随机的变化,因而产生光束漂移、像点抖动等现象。     

湍流中的多态现象

湍流是自然界最普遍的流动现象之一,被称为是经典力学中最后的难题之一.经典的湍流理论都假设湍流是各态遍历的,也就是说虽然瞬时流场的性质可能受初始流场影响很大,但是其统计平均量却是不依赖于初始流场的.各态遍历理论是湍流理论与建模的基础.然而,近些年一些实验和数值模拟的结果表明:部分湍流问题里存在多湍流态现象,即在同一组参数下可能存在不唯一的统计结果和流动结构.本文回顾已经报道过多态现象的Rayleigh-Bénard对流(Rayleigh-Bénardconvection,RBC)、 vonKármán流动(vonKármánflow,VKF)、Taylor-Couette流动(Taylor-Couette flow, TCF)、球形Couette流动(spherical Couette flow, SCF)、Taylor-Green驱动下的旋转湍流(rotating homogeneous turbulence with Taylor-Green forcing, TGF)以及作者研究的展向旋转平板Couette流动(rotating plane Couette flows, RPCF).在每个问题上,都将一一介绍流动问题的定义、多态现象出现的条件、形态等.在这些多湍流态问题里,有一些流动是由于不同的初始流场引起的不同流态(例如VKF,TCF,SCF,TGF和RPCF);而另一些流动则是在同一种初始条件下,随着时间的推移,流动会在不同流态之间自发切换(例如RBC).最后,还对湍流中的多态问题展开一些讨论和展望.     

湍流—力学中的最后难题

无所不在的湍流现象湍流现象普遍存在：上至茫茫宇宙，下至滚滚熔岩；远至波涛汹涌的海洋，奔腾不息的河流，近到日常可见的锅炉、反应器、涡轮和水泵中的流动等，到处可见湍流。而像湍流这样，虽经包括许多伟大科学家在内长达100多年的顽强努力，而其基本机理仍未弄清的问题，在整个科学史上也是不多见的。因此，可以说湍流是力学中没有解决的最困难的难题之一。由于湍流现象广泛存在于自然界和工程技术的各个领域，因此湍流基础理论研究取得的进展就可能为经济建设和国防建设的广泛领域带来难以估量的效益。例如，提高各种运输工具的速度…     

多场协同原理在管内对流强化传热性能评价中的应用

针对管内层流和湍流换热,分析了流体质点矢量物理量的协同性,揭示了对流换热多场协同规律与强化传热机理之间的关系,提出了评价强化传热综合性能的效能评价系数EEC,同时,基于协同角α,β,θ,γ,η,初建了判断层流和湍流强化传热性能的统一评价体系以及相应的评价指标.此外,针对内插三角杆强化传热管建立了数学模型,通过数值模拟对所建立的评价体系及其指标进行了验证.计算结果表明,基于多场协同原理的协同角与强化传热效果的评价准则之间相互对应,在Re数为300~1800的范围内,性能评价系数EEC值在1.3~2.3之间,而效能评价系数EEC值则在0.33~0.45之间.     

丙烷/空气预混火焰层流向湍流转变中微观结构的研究

为揭示丙烷-空气层流火焰向湍流燃烧转变过程中的基本结构和燃烧反应区的反应特性, 运用高速摄影和纹影摄像技术实时记录了丙烷-空气预混火焰由层流向湍流的转变过程, 得到了火焰结构形状的变化规律. 结合离子探针和微细热电偶测试技术, 根据实测结果分析了丙烷-空气爆炸过程中传播火焰的基本结构, 揭示了燃烧反应区的反应特性、反应强度及温度分布规律, 研究发现层流预混火焰中也存在小尺度湍流燃烧.     

激光双焦点技术在高湍流度和稠密粒子环境中的应用原理和实验方法

激光双焦点技术是近年内继多普勒技术之后发展起来的另一类测速技术。由于相关和非相关脉冲同时存在,通常又都忽略非相关脉冲的影响脚,因而仅适用于低湍流度和低粒子密度环境。本文对整个脉冲信号序列进行了分析,提出了普适的实验方法。此外,粒子通过焦点的统计后效应作用是由湍流扩散决定的,脉冲信号序列的表达式直接与湍流特性有关。     

关于地表湍流热通量计算中函数φ_p(x)的一个实验研究

一、问题的提出地表湍流热通量对于物理气象和应用气象都是重要的。实际工作中一般都根据贴地气层的温度及风速梯度资料简接计算。以热量湍流系数K_T和动量湍流系数K相等为条件的“扩散法”曾被广泛应用。随着贴地层物理概念的发展和实验资料的积累,人们发现这两个湍流系     

局部积流形的不变子流形

黎曼流形N称为殆积黎曼流形,如果在N上存在(1,1)型张量场F和黎曼度量g满足F~2＝I(F≠土I),g(FX,FY)＝g(X,y)这里I为单位变换,X,Y为N上的向量场.我们记(?)为N上关于g的黎曼连络,如果(?)F=0,则称N为局部积流形,(F,g)称为局部积结构.定义1 设M为局部积流形N的子流形,如果在M上存在两个正交补分布D和D┴满足     

中性大气边界层中风力机的湍流演化及叶根载荷分析

针对一台外场试验风电机组,采用大涡模拟(large eddy simulation, LES)耦合致动线模型的方法,构建了中性大气边界层和风力机风轮的气动耦合求解模型,模拟风力机在中性大气边界层中的流场.通过连续小波分析、频谱分析和相关性分析,研究了中性大气边界层中风力机前、后的湍流演化过程及其与叶根载荷的相关性.研究发现,自然来流从风轮前1D(D为风轮直径)处运动到后1D处时,大气中的湍流强度逐渐增大;在风轮平面处出现了较强的小尺度湍流结构,这些小尺度的湍流结构在向下游运动过程中不断耗散,并在风轮后1D处能量基本耗散殆尽;叶尖位置处的高频湍流出现频率约为1.82 Hz,此频率正好与叶片通过频率相对应.风力机的叶根挥舞载荷对大气中的湍流结构响应明显,低频湍流结构对叶根挥舞载荷的低频段影响显著,高频湍流结构对叶根挥舞载荷的高频段影响明显;叶尖高频湍流结构相对于叶根高频湍流结构,频率更高,能量更大,其对叶根挥舞载荷高频段的影响更为明显;同时,叶尖高频湍流与叶根挥舞载荷的高频部分表现出了一致的周期性变化规律.     

湍流之谜

湍流经常发生,它是一种颠簸气流。当飞机划破寂静的天空,一缕香烟急剧旋转上升时即会产生。巨大的猎户座星云(Orion nebula)就是湍流在宇宙中的旋转。在大气层内,湍流使得气侯变幻莫测。人们都熟悉湍流的一种或多种形式,但直至最近才发现湍流的原因。湍流变化无常,自行其事。清彻的溪流撞击岩石时,水急剧旋转,飞沫四溅,毫无规律可循。     

湍流大气中相干光照明传象系统的信息量

大气湍流对光学传象系统成象质量的影响是人们当前十分感兴趣的课题。本文综合考虑大气湍流对传象系统所传图象的的信息自由度N_(dof)和图象信噪比(SNR)的影响,用象的光学信息量N=N_(dof)log_2(1+SNR)全面分析了湍流大气对系统成象质量的影响。处于湍流大气中的透镜系统的瞬时物0(ρ_1)与象1(ρ_2)的关系为     

微波信号散射功率谱和振幅起伏谱之间的关系

微波信号在通过对流层时,如果路径上有大气湍流存在,就会产生散射效应,天线接收的信号也会有振幅和相位起伏。现在的有关资料对散射和振幅起伏介绍得很多,但对它们之间的定量谱分布关系谈得很少,因此有必要对这个问题进行讨论。在文[1]中已给出由大气湍流引起的电波     

湍流新涡粘模式的研究

1 涡粘系数应为四阶张量Boussinesq 1877年提出将湍流应力类似于与速度梯度成正比的粘性应力,引进了涡粘系数的概念,将湍流应力表示为     

2006年春季天气背景下腾格里沙漠近地面气象要素与输沙通量的变化趋势

目前在研究沙漠地区的沙尘暴时, 缺乏长期的、实时观测的数据资料. 中国科学院风沙科学观测场是一个建立在沙漠地区流动沙丘上的长期风沙科学观测站, 2006年春季的沙尘暴无论是沙尘暴发生的频率还是危害程度都是近几年较为严重的. 利用中国科学院风沙科学观测场2006年春季采集的6次沙尘暴发生过程中的实测资料, 对沙尘暴发生过程中近地层风沙活动特征和气象要素的变化进行统计分析, 旨在说明沙尘暴发生时, 近地层风沙活动特征和沙尘暴对近地层气象要素的影响以及近地层对沙尘暴事件的响应. 沙尘暴发生时, 近地层的湍流度比晴天明显增大, 其值随高度的变化表现为先增加后减小, 同时, 在沙尘暴发生时, 湍流度在近地层的最大值的高度要比未发生沙尘暴时高出10 m左右. 在沙尘暴发生时, 虽然风沙活动的时间比较短, 但风对沙粒的搬运能力大大增强, 由实测的资料计算的输沙势占整个月份输沙势的29.94%. 在沙尘暴发生时, 由于风速风向及地形等因素的影响, 近地层的风沙流和风蚀过程存在空间变异性, 风沙流随高度变化可以表示为指数函数; 同一点的风沙流运动方向并不是单一的, 而是在一定范围内摆动; 同时, 在沙尘暴期间, 风蚀和风积交替进行.