Stability in channel flow with fiber suspensions

The constitutive equation of fiber suspensions is established on the basis of fiber orientation tensors. The modified Orr-Sommerfeld stability equation is obtained further and numerically solved by aid of spectral method and finite difference method. The computational results of channel flow without fibers agree well with the experimental data with a higher degree of accuracy than previous numerical results. The results of the channel flow with fiber suspensions indicate that the presence of fibers attenuates the instability of flow, increases the critical Reynolds number, reduces the growth rate of perturbations and narrows the range of unstable waves. The extent of the effect of fibers on the flow stability is in direct proportion to the volume fraction and aspect-ratio of the fibers.     

用LBM方法模拟壁面驱动粘性不可压半圆形空腔流

基于格子Boltzmann方法(LBM)数值模拟壁面驱动的粘性不可压半圆形空腔流. 采用具有二阶精度的曲线边界处理方法, 得到了不同雷诺数下的流线图、 涡线图及速度分量沿半圆形中心线的分布. 在小雷诺数的条件下, 流动状态仅由一个涡组成; 随着雷诺数的增加, 出现一个二级涡, 涡的大小与雷诺数有关. 数值结果表明, 格子Boltzmann方法简单有效, 适合处理该问题.     

Heat Transfer Characteristics of Wavy-Wall Channels in Micropolar Fluids

IntroductionRecently micropolar fluids have received muchattention since the traditional Newtonian fluids cannot precisely describe the characteristics of fluidswith suspended particles. The theory formicropolar fluids and its extension tothermomicropolar…     

两种不同通道内周期性充分发展流动换热的模拟研究

周期性直肋通道是从不同型式的高效换热器中抽象出来的通道模型,采用非稳态数学模型,应用周期性充分发展的假设模拟了周期性矩形直肋通道(A)和半圆形直肋通道(B)内的流动换热情况,并对两种通道的换热特性及其所表现出来的非线性特性进行了对比.计算时采用低雷诺数Re、二维、层流强制对流模型.结果表明,当Re较小时,流动与换热处于稳态;当Re大于某一临界值时,流动与换热发生了非稳态振荡,系统均表现出丰富的非线性现象.在计算范围内,A通道随着Re的增大经历了稳态与周期性振荡阶段;B通道则先后经历了稳态、周期性振荡、拟周期振荡以及混沌状态.     

界面活性剂添加物对水湍流阻力抑制的实验研究

针对在水中添加界面活性剂（CTAC＋NaSal)后,湍流流动阻力大幅度下降的现象,用激光多谱勒测速仪在二维水槽中对湍流特性进行了测量,研究并阐述了这种弱阻力湍流存在的条件,以及与雷诺数、温度、浓度的关系,得出了一些重要的结论：添加界面活性剂的水溶液呈现弱阻力湍流的条件是流动雷诺数低于某个临界雷诺数：临界雷诺数随界面活性剂的浓度的增大而增大,随溶液的温度升高而减小;在弱阻力湍流流动中,主流速度曲线分布呈现明显的层流化,湍流强度明显减弱,雷诺应力几乎为零甚至出现亏损,这是湍流流动具有弱阻力的根本原因;在湍流脉动强度并未消失的情况下,雷诺应力却几乎为零,这表明湍流脉动分量之间的相关关系发生了变化。     

Elastic turbulence in a polymer solution flow

Turbulence is a ubiquitous phenomenon that is not fully understood. It is known that the flow of a simple, newtonian fluid is likely to be turbulent when the Reynolds number is large (typically when the velocity is high, the viscosity is low and the size of the tank is large). In contrast, viscoelastic fluids such as solutions of flexible long-chain polymers have nonlinear mechanical properties and therefore may be expected to behave differently. Here we observe experimentally that the flow of a sufficiently elastic polymer solution can become irregular even at low velocity, high viscosity and in a small tank. The fluid motion is excited in a broad range of spatial and temporal scales, and we observe an increase in the flow resistance by a factor of about twenty. Although the Reynolds number may be arbitrarily low, the observed flow has all the main features of developed turbulence. A comparable state of turbulent flow for a newtonian fluid in a pipe would have a Reynolds number as high as 10(5) (refs 1, 2). The low Reynolds number or 'elastic' turbulence that we observe is accompanied by significant stretching of the polymer molecules, resulting in an increase in the elastic stresses of up to two orders of magnitude.     

剪切或拉伸流场中液滴的变形和破裂准则

论述了剪切或拉伸流场中描述液滴形变的两个典型变量即变形度和取向角;介绍了影响液滴形变的粘度比、毛细管数、雷诺数、韦伯数、Peclet number和Elasticity number等无量纲参数以及液滴形变的：表面形状函数;总结了液滴的破裂准则。     

垂直转子轴式微型泵的LBM模拟

为了对垂直转子轴式微型泵内部流动规律进行深入研究,采用格子Bo ltzm ann法(LBM)对该微型泵全流场进行了数值模拟。采用基于插值公式及固壁处动量平衡的弯曲固壁统一边界条件和移动边界条件,对具有圆、椭圆、互垂直双椭圆等3种不同截面形状转轴的微型泵内部流动进行了定常与非定常的计算,得到了微型泵进出口处平均压差、出口处平均量纲一化速度随时间的演化过程。结果表明:随着R eyno lds数的减小,流体的粘性作用不断增大,垂直转子轴结构可对流体进行更加有效的输送;圆形截面转轴比椭圆和互垂直双椭圆截面转轴具有更好的泵送性能。     

狭缝宽度对分离式柱肋冷却通道内传热与流动影响的数值计算

在雷诺数为8 200~52 500内分别针对宽度为1.0,1.5,2.0,2.5mm的分离式柱肋冷却通道和同类型的柱肋冷却通道进行了传热特性和流动性能的三维稳态数值计算研究.数值计算采用结合加强壁面处理的realizable k-ε模型.将计算结果进行网格独立性验证和实验验证以保证数值计算的准确性.在所研究的Re数范围内着重分析了分离式柱肋中间狭缝宽度对冷却通道内流场和局部换热特性的影响.数值计算结果表明:分离式柱肋狭缝宽度对冷却效果有很大的影响,在研究的Re数范围内,分离式柱肋存在一个最优宽度,使得冷却效果最佳.     

Modified expression for the effective viscosity in the semi dilute shear flows of fiber suspension

The available expressions for the effective viscosity can not provide good predictions compared with the experiment data measured in the semi-dilute shear flows of fiber suspension with small aspect ratio. The departure of the theoretical prediction from the measured data increases with the decrease of the fiber aspect ratio. Therefore, by experiment for the fiber with 20 μm diameter, a new expression for the effective viscosity in the semi-dilute shear flows of fiber suspension with small aspect ratio is proposed, the relationship between the shear viscosity of fiber suspensions and the fiber concentration is given. The results show that the effective viscosity is not a linear function of the fiber concentration.     

微小型泵内粘性流动的试验与基础研究

为了对垂直转子微小型泵的内部粘性流动规律进行深入研究,根据偏置于两平板间的转子两端剪切力不平衡的原理,设计了一种偏置式垂直转子微小型泵,并利用粒子成像测速(PIV)技术对泵体内部的粘性流动进行了可视化量测。根据N-S方程对微小型泵的内部粘性流动进行了数值模拟计算。两种方法均得到了泵体内部的流线分布、泵体出口端面的平均速度和体积流量与Reynolds数的关系曲线。比较和分析结果表明:当Reynolds数小于100时,泵体出口端面的平均速度、体积流量与Reynolds数基本成正比关系;随着Reynolds数的减小,流体的粘性作用相对增大,垂直转子微小型泵可对流体进行更加有效的输送。     

偏置式垂直转子微小型泵内的黏性流动

为研究垂直转子微小型泵的内部黏性流动,根据偏置于两平板间的转子两端剪切力不平衡的原理,设计了一种偏置式垂直转子微小型泵,并利用粒子成像测速(PIV)技术对泵体内部的黏性流动进行了可视化量测。根据N-S方程对微小型泵的内部粘性流动进行了数值模拟计算。用这2种方法均得到了泵体内部的流线分布、泵体出口端面的平均速度和体积流量与Reynolds数的关系曲线。比较和分析结果表明:当Reynolds数小于100时,泵体出口端面的平均速度、体积流量与Reynolds数基本成正比关系;随着Reynolds数的减小,流体的黏性作用相对增大,垂直转子微小型泵可对流体进行更加有效的输送。     

成品油管道输送高差混油模型研究

在倾斜管道顺序输送中 ,输送油品的物性差异在重力作用下影响混油的形成。分析了油品物性对混油过程的影响 ,利用与混油区的物质分布相关的轴向有效分散系数 ,建立了管道顺序输送高差混油模型。同时考虑了粘度和密度的变化 ,采用Crank Nicholson型隐式格式构造差分方程 ,并进行了数值求解。利用计算实例对雷诺数、倾角和输送长度等混油影响因素进行了分析。结果表明 ,倾角对混油的影响随着输送距离的增加和雷诺数的提高逐渐减小 ,特别是在大于临界雷诺数的高度湍流和长距离输送时 ,倾角对混油的影响相当小     

原油-水混合体系的黏度特性及预测方法研究进展

在原油开采、集输过程中,原油、水两相发生乳化形成乳状液,会改变油水体系的有效黏度,从而对多相流的流动特性产生显著影响。原油-水混合体系的黏度特性与原油乳状液的形成条件及分散状态直接相关。系统阐述了外部混合条件、原油物性、水相物性、乳状液液滴粒径及分布等因素对原油-水混合体系黏度特性影响的研究进展。准确计算原油-水混合体系的有效黏度是一个重要的工程问题,系统解释了原油-水混合体系黏度预测方法的研究进展,并总结了现有黏度预测模型。此外,对原油-水混合体系黏度特性及预测方法的下一步研究方向进行了分析和展望。     

给水管网非恒定流动数值计算方法

为计算给水管网中非恒定流动运行工况,使系统可以快速平稳地完成工况转换,以非恒定流动理论为基础,分别利用重分阻尼系数法划分时间步长的特征线法和引入摩阻附加项的玻尔兹曼网格法计算给水管网非恒定流动的数学模型,并应用于某小区给水管网的非恒定流动工况分析中.结果表明,在管网非恒定流工况下,当Re≤7 000时利用玻尔兹曼网格法计算,否则利用特征线法计算将提高计算的准确性和计算效率.     

基于DNS的流动稳定性数值分析方法在双柱绕流中的应用

基于非结构谱元法对横向排列双圆柱绕流在固定间距情况下进行了整体线性稳定性分析,首先用Newton方法求得某个Re数的定常解,再以Arnoldi方法处理线化小扰动方程,进一步得到定常解的若干优势特征值及其特征向量.通过计算首次给出了无量纲圆心距T/D=1.2时系统的临界ReC数,并根据超临界情况下优势特征向量重构了周期流动.     

肋角度对矩形带肋通道蒸汽流动和换热特性的影响

在带肋单通道蒸汽强化换热试验研究的基础上,采用SSG雷诺应力湍流模型,求解了三维定常雷诺平均Navier-Stokes方程,对30°、45°、60°和90°4种带肋通道进行了蒸汽流动的数值计算,同时研究了雷诺数对矩形带肋通道中冷却气体的流动和传热特性的影响,并比较分析了不同肋角度下带肋通道的流动和传热特性。结果表明:斜置肋片能有效提高带肋通道的换热效果,同时也将带来很大的流动阻力;与90°带肋通道相比,60°、45°和30°带肋通道的热力系数分别增加了约29.3%、24.6%和20.9%,就综合热力性能来说,60°带肋通道是最好的结构形式。     

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。     

Radial Orientation Mechanism and Experimental Research of Short Fiber in Tread Compound

Combining with Jeffery equation and mechanics model of fixed point of Euler rigid body,the mechanism and method of short fiber radial orientation and characteristics of movement in tread extrusion process were studied.The influences of tension flow field and shear flow field in flow channel on short fiber orientation have been systemically analyzed.The extrusion die,which had a hinder dam by adopting such principle,was designed.The results show that the expansion ratio and expanding angle of cross section a...     

4∶1粘弹性收缩流动中纤维取向研究

利用纤维生成算法,研究了4∶1粘弹性收缩流动中的纤维取向。直接在流场中生成纤维,通过求解Jeffery方程,得到纤维在流场中的取向状态。结果表明在4∶1平板收缩流中,在靠近壁面且远离拐角的区域,流场中主要是剪切作用占主导地位,而纤维呈现周期性旋转状态;在接近中轴线的位置,流场中转变为拉伸作用占主导地位,纤维沿单轴拉伸;在在上游拐角区域和收缩入口处,流动相对复杂,纤维的取向也相对复杂,因为流动以旋转为主,所以纤维取向也随着出现不规则旋转。