水平圆管自然对流的大剪切实时干涉测温

利用具有大剪切量的横向剪切干涉法获得了有限长的水平圆管在自然对流条件下的稳态以及降温过程的实时条纹,提取出条纹相位以及背景条纹相位并将两者求差得到相位差分布,给出了经过端部效应修正后的温度场分布.实验结果表明：利用具有大剪切量的横向剪切干涉法获得的实时干涉条纹类似于利用马赫-曾德干涉仪获得的简单条纹,可以简单而精确地提...     

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.     

应用粒子图像速度场仪测试圆柱绕流涡的结构

利用粒子图像速度场仪（PIV）的2帧互相关技术,在风洞中测量雷诺数为500的圆柱绕流.通过展示一个涡的产生、发展及脱落的连续瞬时速度矢量场、流线图、速度量级等势线图和涡量等势线图,分析圆柱后涡系发展及涡量输运规律.     

Instability of the shear layer in the near wake of a circular cylinder

The instability of the shear layer separated from a circular cylinder is studied with the Reynolds number (Re) of 3000～104 by numerically solving the two-dimensional Navier-Stokes equations. In the wake of the cylinder, primary vortex shedding with natural frequency fs occurs, and the instability of the shear layer with frequency ft develops, which leads to mixing layer eddies and interacts with the primary shedding vortices. However, there remains some uncertainties regarding to the variation of the shear layer characteristic frequency with the Reynolds number. Based on the previous experimental work, several relationships of ft/fs with Re has been proposed including ft/fs～Re0.5 by Bloor, ft/fs～Re0.87 by Wei and Smith and ft/fs～Re0.67 by Prasad and Williamson. The objective of this study is to predict reasonably the relation of the shear layer instability frequency with the Reynolds number based on the present accurate calculation with the high-order schemes and high-resolution spectrum analysis. According to our calculated results, a variation for the normalized shear-layer frequency of the form ft/fs～Re0.69 is predicted numerically, which is in good agreement with a recent experimental measurement of Re0.67 and physical prediction of Re0.7.     

聚焦波浪对直立圆柱作用的试验研究

为研究聚焦波浪对直立圆柱墩的作用情况,根据波的传播原理,采用JONSWAP谱生成不同参数下的聚焦波浪,用波峰波谷聚焦相加减的方法分析出聚焦波浪对直立圆柱墩的二阶绕射作用强于一阶波浪的绕射作用.波浪涌高数据统计分析表明:波浪涌高随波陡及结构物相对尺度的增大而增大;圆柱周围不同受浪角度的涌高也是变化的.     

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.     

相交柱锥表面展开图的计算机绘制

根据曲面到平面的等距变换原理，运用可展曲面及其曲面上的截交线或相贯线变换到平面上的方法，使曲面展开变得更为简捷、精确，且更有利于计算机辅助几何设计中建立曲面展开的数学模型和合理的算法，尤其对开展精度要求高的曲面展开更为有利。通过对轴线相交的圆柱体和圆锥体数学模型的研究，建立了展开曲线方程，用VBA语言结合Atutomation技术编制了通用的计算机程序，将展开图在AutoCAD2000上加以绘制，实现了任意大小的圆柱与圆锥展开图的参数化CAD，从而在理论上开发了面向对象的参数化设计系统，并介绍了具体实现的方法、过程。在实际工程中，对计算机在相贯件下料中的应用，具有快速、准确、修改方便的特点。     

磁致空气自然对流的数学模型

为研究流体磁化率随温度变化的磁致自然对流产生的原因和物理机理,推导了磁浮升力的表达式,并分别对顺磁性流体和逆磁性流体进行了分析。以磁致空气自然对流为对象,对不可压、定常、层流流动提出其数学模型。在对数学模型量纲归一化分析的基础上,得到了磁Rayleigh数Ram公式。对二维封闭方腔内磁致空气自然对流在两种不同Ram工况下的流动和换热特性进行了数值模拟。结果表明,磁致自然对流的行为由流体的性质和Ram决定,对于给定的流体和几何形状,Ram确定了磁致自然对流的流动形态和换热特性。     

波流作用下大尺度圆柱周围局部冲刷深度简化数值模型

利用数模研究了波流共同作用下大尺度孤立圆柱周围的局部冲刷问题．该数模包括波浪场模型、流场模型、剪应力模型和冲淤形态模型．在数值计算中,通过分别求解缓坡方程和浅水环流方程得到波浪场和流场的分布情况,据此计算出水质点的底流速,得到底床剪切应力场的分布情况．可通过底面剪应力与泥沙起动应力的比较来调节底床的地形．计算了不同条件下孤立圆柱附近的局部冲刷情况,据此研究了波高、流速对局部冲刷的影响,发现最大冲刷深度随流速、波高的增大而增长．数模采用有限元方法,结果比较合理．     

用速度-涡量方法解具有表面抽吸的圆柱绕流问题

用有限差分法计算了不可压缩粘性流体绕具有表面抽吸圆柱的流动，控制方程采用涡量－速度形式的N－S方程，并引入对数有坐标变换，以使近壁处的网格加密，其中涡量输运方程采用二步R－K方法求解，速度泊松方程采用LSOR方法求解，并对速度进行了无散修正，计算表明合理选择抽吸的位置与强度，可有效减少阻力和升力，得到较好的流动控制效果。     

低雷诺数下附属棱柱的圆柱绕流减阻

目前圆柱绕流减阻方案的探索一直是绕流研究的热点,有关棱柱作为扰流柱对圆柱减阻效率影响的研究却较少.基于不可压缩黏性流动Navier-Stokes控制方程,利用OpenFOAM对附属棱柱下圆柱绕流问题进行数值模拟.在圆柱上游或下游设置双扰流棱柱,研究了雷诺数为200时不同角度、间距比的棱柱对其升力、阻力系数和涡脱频率的影...     

数值模拟圆柱统流旋涡生成、分离及演化

本文应用有限差分方法求解涡量－流函数形式的Ｎ－Ｓ方程，数值模拟了圆柱瞬时起动后流动分离，旋涡生成、脱落以及随时间推进涡街产生和长期非定常演化过程，包括对称涡的生成，二次涡形成的α结构及卡门涡街等．本文方法效率较高，数值模拟结果与实验结果吻合较好，可推广到模拟其他复杂钝体在中等或高雷诺数下的非定常绕流问题．     

圆柱与圆锥偏斜交相贯线求法的研究

在化工设备制造中 ,首先要准确地放样下料 ,而放样下料的关键是精确地求出相贯线和素线的实长。圆柱与圆锥偏斜交相贯时 ,传统的相贯线求法是过圆柱表面上一条素线与圆锥锥顶作一辅助平面 (一般位置平面 ) ,求出该辅助平面与圆锥面的交线 ,其交线与圆柱面上素线的交点即为相贯线上的点。在分析了传统方法的特点及不足的基础上 ,提出了一种新的求解方法 ,避免了传统方法的不足。     

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。     

圆柱容器内Rayleigh—Benard湍流对流的数值模拟

采用差分方法求解基于Boussinesq假设下三维不可压缩Navier-Stokes方程，直接数值模拟了底部加热、顶部冷却的竖直圆柱容器内Rayleigh-Benard湍流对流问题，探讨了不同形参比下流场中大尺度环流结构、轴对称环状涡结构的变化规律，分析了形参比对于平均流场和湍流脉动统计量以及表征传热特性的Nusselt数的影响．     

内置发热圆的方腔内双扩散混合对流数值模拟研究

利用计算流体动力学CFD技术,对内置发热圆的方腔内双扩散混合对流情况进行了数值模拟.发热圆位于方腔中心,其表面高温高浓度,方腔各壁面绝热,低温低浓度流体从方腔左侧底部流进,从右侧顶部流出.分析了理查德数Ri,路易斯数Le及浮升力比Br对方腔内双扩散混合对流的影响,给出了流线、等浓度线以及等温线的分布情况,得出平均努赛尔数Nuav和平均舍伍德数Shav随着Ri,Le及Br的变化规律.     

近壁圆柱绕流积沙线的形成机理研究

应用粒子图像测速(PIV)系统进行近壁圆柱绕流实验,探讨壁面积沙现象的机理.分别在两个动量损失厚度雷诺数1 092和796下,对两个不同直径的圆柱,取间隙比(圆柱与壁面间的距离与圆柱直径之比)0到1.5中的12个值进行实验,总结了不同情况下积沙线的形成特点.研究结果表明:积沙线形成的可能原因是由于圆柱对平板壁面边界层的影响,使得边界层流动在圆柱下游一到两倍圆柱直径的平板壁面处发生壁面分离,在分离区域流体速度减小,并且产生附着涡,流体运动挟带到此处的粒子速度减小,发生沉积而形成.     

竖直加热平板自然对流边界层中流动稳定性与转捩过程的实验研究

对恒壁温竖直加热平板的自然对流边界层的流动稳定性与转捩过程进行了试验研究,研究结果表明在外层速度剖面拐点处测得的线性不稳定波的特性与Brewster和Gebhart的计算基本一致。在低频成分首先增长后,随着Grashof数的增加高频成分迅速发展,在湍流化过程中逐渐形成浮力子区;与此同时,在内层近壁处的测量发现,在更高频段存在一种具有较强选频特性的不稳定波及其亚谐波,并在转捩后期 Gr≈378.6 时于其频谱的高频一侧逐渐形成惯性子区。     

自然对流对螺旋管内湍流对流换热影响

采用控制容积有限元法对有自然对流影响的螺旋管内三维湍流对流换热问题进行了数值分析研究.螺旋管内湍流对流换热利用RNGκ-ε湍流模型进行模拟,近壁处湍流利用非平衡壁面函数法处理.数值迭代计算过程中,利用SIMPLEC算法求解速度与压力的耦合.数值计算详细揭示了螺旋管进口段内湍流混合对流换热的发展过程以及自然对流对传热努塞尔数的影响.     

水平旋转圆筒表面局部对流换热特性实验

以旋转圆筒型热工设备为研究对象,设计了大直径水平旋转圆筒实验装置.利用微型热电偶,测量了高格拉晓夫数(1×108)下圆筒表面各个方位角处空气热边界层的温度分布.实验结果表明:旋转对圆筒表面0°和180°处的局部对流传热系数的影响有明显差异;旋转使得圆筒表面温度和局部对流传热系数的分布不均匀,尤其当旋转雷诺数大于临界雷诺数时的影响尤为突出.确定了临界雷诺数的准则数关联式.