潜艇操纵性数值模拟中雷诺数的影响分析

潜艇拘束模型试验中模型与实艇雷诺数的2个量级差异是导致水动力系数出现偏差的主要原因.为了研究模型试验中雷诺数对水动力系数的影响,采用虚流体粘度和基于网格变形的动网格技术方法计算了不同量级雷诺数下潜艇的水动力系数,分析了潜艇操纵性水动力计算中雷诺数的影响.研究结果表明,高雷诺数下的惯性类系数计算精度较高,误差最小为1.17%,而粘性类系数计算误差稍大,均在10%以上;整体来看潜艇水动力系数预报值与试验结果吻合良好,证明了该方法对于消除雷诺数在操纵性计算中影响的有效性.     

花岗岩裂隙中的水-岩换热

为了研究裂隙岩体中的渗流传热问题，研发岩石裂隙水-岩换热试验系统，采用控制变量法对花岗岩裂隙试样开展不同温度、体积流量、水力开度下的对流换热试验.基于Forchheimer方程分析裂隙渗流流态，计算换热系数，定量研究温度、体积流量、水力开度的影响，并进行各影响因素的敏感性分析.结果表明，在体积流量和水力开度不变的情况下，随着裂隙试样温度由70℃升高到100℃，出口水流温度和换热系数均提高；在裂隙试样温度与水力开度不变的情况下，体积流量从10 mL/min增大到80 mL/min，出口水流温度线性降低，换热系数与体积流量增长关系为幂函数关系，且随着体积流量增大其增长速度减缓；裂隙试样温度与体积流量保持不变，裂隙水力开度增大，换热系数线性减小，裂隙粗糙度增大，换热系数增大.利用敏感性函数对换热系数进行影响因素的敏感性分析，换热系数受裂隙试样温度的影响最大，其次是裂隙体积流量，影响最小的是水力开度.     

煤粉气力输送的试验研究——弯管法流量测量研究之一

本文采用弯管法研究了影响煤粉流量系数的几个主要因素。固气比、煤粉粒度及煤粉仓顶压对流量系数影响最为明显。流量系数与固气比呈正比关系。煤粉仓顶压与流量系数的关系近似一根抛物线,雷诺数与流量系数的关系是一根指数曲线。取压孔的水平倾角、弯管的前、后直管长度几乎不影响流量系数。     

喷油嘴喷孔内流动特性数值仿真与试验分析

采用X射线相衬成像技术研究喷嘴喷孔内试验的流动特性,验证数值仿真结果.利用CFD软件模拟得到入口压力下燃油的质量流量、空穴分布、有效喷射速度与无量纲流动系数,结合试验数据对流动特性进行分析.结果表明:X射线相衬成像技术的成像效果良好,仿真结果与试验结果吻合较好;喷射压力越高,更容易进入临界超空穴状态;喷孔出口速度的增幅略大于体积流量的增幅;雷诺数随着喷射压力的上升呈幂函数型上升,空穴数随着雷诺数的增加呈指数下降,流量系数都随着雷诺数的上升缓慢增加直至趋于稳定.     

雷诺数对大跨屋盖结构表面风压的影响

为研究不同雷诺数对大跨度屋盖结构表面风压分布特性的影响,采用大涡模拟计算流体动力学方法,计算二维屋盖表面平均和脉动风压系数;系统分析雷诺数对屋盖表面风压分布、流动分离及再附着现象的影响.数值计算结果表明:随着屋盖表面特征雷诺数的变化,屋盖表面风压分布亦发生明显变化,特征雷诺数较低时屋盖表面风压较平稳,特征雷诺数升高时屋盖前部的风压系数大幅增大,但增幅逐渐降低,最终趋于稳定.结果验证了雷诺数效应在屋盖结构风荷载模拟中的重要影响.     

矩形断面明渠中恒定均匀流的机械能损失

明渠流中机械能损失的确定是水力学乃至工程流体力学中的重要内容.以构建的明渠恒定流新的总流能量方程及矩形断面明渠三维层流运动的理论解为基础,通过理论分析与三维数值计算,就矩形断面明渠中恒定均匀流的机械能损失系数随雷诺数及宽深比的变化进行了深化研究,得到如下成果:1)在层流条件下,机械能损失系数一般均与雷诺数和宽深比有关,只有对宽深比大于6.5的宽浅明渠,其相应流动的机械能损失系数才仅与雷诺数有关,且在雷诺数相同的条件下,一般矩形断面明渠流的机械能损失系数要大于宽浅明渠流的机械能损失系数;2)在紊流条件下,机械能损失系数也一般均随雷诺数与宽深比而变,但对给定的宽深比,存在相应的特征雷诺数,当流动的实际雷诺数大于该特征雷诺数后,机械能损失系数则不再随宽深比而变化,且在宽深比一定的条件下,雷诺数越小,其机械能损失系数的修正值越大.     

岩石粗糙裂隙大范围雷诺数条件下渗流特性

通过试验和理论分析,研究不同几何参数的岩石粗糙裂隙渗流的非达西系数β、临界雷诺数Re_c、非达西效应因子E等变化特性。研制裂隙渗流试验仪器,制作9个不同开度和裂隙粗糙度(joint roughness coefficient, JRC)的单裂隙模型,开展大范围雷诺数Re条件下粗糙裂隙渗流试验。根据渗流试验结果,得到了不同粗糙度(JRC=2~20)单裂隙的渗流特性,显示出粗糙度对裂隙的非线性渗流特性产生显著的影响。结合Forchheimer方程,从理论参数方面,对粗糙度的影响进行量化。研究显示:裂隙粗糙度越大,则越容易引起裂隙渗流的非线性,临界雷诺数越小,非线性作用越强。     

岩石粗糙裂隙大范围雷诺数条件下渗流特性

通过试验和理论分析,研究不同几何参数的岩石粗糙裂隙渗流的非达西系数β、临界雷诺数Re_c、非达西效应因子E等变化特性。研制裂隙渗流试验仪器,制作9个不同开度和裂隙粗糙度(joint roughness coefficient, JRC)的单裂隙模型,开展大范围雷诺数Re条件下粗糙裂隙渗流试验。根据渗流试验结果,得到了不同粗糙度(JRC=2~20)单裂隙的渗流特性,显示出粗糙度对裂隙的非线性渗流特性产生显著的影响。结合Forchheimer方程,从理论参数方面,对粗糙度的影响进行量化。研究显示:裂隙粗糙度越大,则越容易引起裂隙渗流的非线性,临界雷诺数越小,非线性作用越强。     

吹风比对涡轮动叶型面气膜孔流量系数的影响

对涡轮工作叶片表面不同位置气膜孔的流量系数进行了系统的测量，在不同吹风比和雷诺数下测得了流量系数值，并分析了各种因素对流量系数的影响程度。结果表明，在不同位置气膜孔流量系数分布规律有较大区别，孔排位置一定时．流量系数主要由吹风比决定。该实验结果对涡轮工作叶片表面气膜冷却的设计研究有重要意义。     

大跨度双层桁架主梁三分力系数识别

采用风洞试验与计算流体力学（CFD）相结合的方法,对某公铁两用斜拉桥双层桁架主梁在?10°~10°风攻角下的三分力系数进行研究. 利用风洞试验技术测试成桥及施工阶段不同风攻角下主梁的气动力,并识别相应的三分力系数;基于标准k-ε双方程湍流模型建立三维数值计算模型,识别不同风攻角下三分力系数结果,并将其与风洞试验结果对比;结合2种方法研究雷诺数、桥面附属物和公路及铁路交通状况等因素对主梁气动特性的影响. 结果表明低风攻角下雷诺数对主梁气动特性影响较小,可忽略不计,并提出了高风攻角下识别双层桁架三分力系数最低雷诺数的建议值;桥面附属物对主梁阻力系数影响显著,下层桥面附属物有效降低了主梁升力系数;公路车辆对主梁气动系数影响较小,迎风侧列车对主梁阻力系数、升力系数影响显著,背风侧列车对主梁力矩系数影响显著.     

热固耦合下裂隙产状对导热系数影响的模拟分析

为了研究裂隙产状对岩石导热系数的影响,通过模拟立方定律建立了裂隙产状与导热系数间的关系.利用多场耦合分析软件Comsol Multiphysics建立四种不同的裂隙几何模型,施加温度边界条件后,得到了不同裂隙产状下的模型整体导热系数.结果表明:裂隙对热传导有明显的阻碍效果,增大裂隙开度,模型整体导热系数呈幂函数形式减小;增大裂隙倾角,导热系数呈线性增长规律;减小裂隙数量,增大裂隙表面粗糙度,导热系数呈现增大趋势.     

单回路高压电缆金属护套最优分段比

高压单芯电缆护套接地电流过高带来的损耗严重影响电缆使用寿命以及载流量.文中通过建立高压电缆金属护套交叉互联方式下的等效电路模型,分别计算感应电流和容性电流,采用向量叠加得到接地电流,求出三相护套总损耗.分析计算了不同布置方式和段长下护套接地电流引起的损耗值.计算结果表明:单回路高压电缆金属护套采用交叉互联方式时,三分段等长且布置方式相同时损耗远小于混合布置方式;混合布置方式时损耗受布置方式的影响,选择合适的分段比可使护套损耗相比于段长相等时降低35%左右.     

天然气气体粘度和雷诺数计算

为探讨天然气混合气体粘度和雷诺数的计算方法,依据实例,给出了已知组分和平均流量天然气混合气体动力粘度,运动粘度和雷诺数的计算方法.并对粘度计算误差和雷诺数计算中体积流量的取值方法可行性进行了分析,同时给出了用C Builder程序实现的人机界面.程序运行表明,计算结果满足该系统对天然气流动状态及计量误差分析的要求.     

液体黏度对旋流泵性能和流动的影响

采用计算流体力学方法研究比转速为76的定型产品32WB8-12型电机直联旋流泵输送水和不同黏度黏油时的水力性能和内部流动,分析液体黏度对性能曲线、泵水力损失、泵腔内部液体平均旋转角速度的变化,给出3个工况下流量、扬程、效率和叶轮圆盘摩擦损失修正系数与叶轮雷诺数的定量关系式,并与离心泵输送黏油试验数据和现有修正系数换算方法进行详细对比。结果表明:与离心泵相比,旋流泵的叶轮圆盘摩擦损失占轴功率的百分比最多为5%,属低叶轮圆盘摩擦损失泵;液体黏度对流量和效率修正系数影响较小,对扬程修正修正系数影响较大;当叶轮雷诺数不低于1×104时,旋流泵可维持较佳水力性能,适合输送黏度较高的液体;泵腔内存在环流涡,其位置和大小、液体平均角速度大小同黏度有关。     

不同人工植被分布条件下坡面水流动力学特性试验研究

基于一系列坡面流试验研究了人工植被条件下的坡面水流动力特性,即水深、流速、弗劳德数、雷诺数及阻力系数随不同植被分布条件、流量和坡度的变化规律。试验包括11°、13°、15°和18°等4种坡度,单宽流量为0.64-5.5L/s.m。试验结果表明,水动力学参数受植被分布影响显著,植被的阻水减速效果明显,阻力系数f随坡度以及弗劳德数增大而降低,阻力系数与雷诺数基本上呈幂函数负相关,随着坡度的增加,其相关性减弱。通过引入植被分布特征角及坡面水流参数,建立了植被坡面水流阻力达西系数计算方法。     

大跨径悬索桥施工猫道气动力系数数值分析

为了探讨用数值方法研究大跨径悬索桥猫道的气动力系数,并且考虑雷诺数效应的影响,以某大跨径悬索桥为背景,分别利用计算流体力学软件Fluent中的标准k-ε模型、RNG k-ε模型和SST模型,且采用一定的猫道透风率进行二维数值模拟,对猫道的气动力系数在不同风速、不同攻角和不同雷诺数情况下进行CFD识别,并与相应风洞试验的结果进行对比分析.结果表明:雷诺数的变化对阻力系数影响较小,但对升力系数影响较大,因此在进行猫道的数值模拟时,选择合适的雷诺数很有必要;SST湍流模型是猫道断面CFD识别中较合理的模型;模拟的猫道透风率是可行的.     

19.6μm微管内部阻力特征

分别以蒸馏水、四氯化碳为工质,流过内径19.6 μm光滑石英管,分别采用"单管法"和"双管法"测量微管进出口压力、温度和流量,实验得到了雷诺数(Re数)在9.6～530之间的微管内部流动阻力,并与经典理论值进行了对比.实验研究结果表明,粘性耗散效应降低了摩擦系数,降低了约13.7%;进出口压力降、入口效应与双电层效应(electrical double layer,EDL效应)则增加微管内部摩擦系数,在Re数相同时,其中,进出口压力降与入口效应大约增加了16.12%摩擦系数,EDL效应增加了约6.84%摩擦系数.忽略3种微尺度效应,19.6 μm管流动摩擦系数与Hagen Poiseuille理论值几乎一致.     

富氧燃烧锅炉热效率及(火用)效率影响因素研究

为得到对富氧锅炉热效率及火用效率具有影响的各运行因素间的显著性关系,采用流程模拟的方法,在获得了氧气纯度、氧气浓度、排烟中一次循环烟气比例、过量氧气系数等典型运行参数对富氧锅炉热效率及火用效率影响规律的基础上,采用正交法对多因素耦合作用进行了研究,并通过极差、方差分析研究各因素的影响程度,确定各因素间的显著性关系。结果表明:各因素对于热效率的影响关系为:氧气浓度过量氧气系数排烟中一次循环烟气比例氧气纯度;对火用效率的影响关系为:氧气浓度过量氧气系数氧气纯度排烟中一次循环烟气比例。其中,氧气浓度对热效率的影响程度为特别显著,过量氧气系数对热效率的影响程度为显著;氧气浓度、过量氧气系数对火用效率的影响程度均为显著。     

SOR微型混合器的设计及实验研究

为实现微尺度条件下流体的均匀混合，按层流混合原理设计了一种三维结构的新型静态微型混合器.通过在微通道内设置周期交叉排列的导流块，在轴向的压力梯度作用下产生横向的流动，从而在微管道内产生对流体的搅拌作用，达到促进混合的目的.运用计算流体动力学方法分析了静态微型混合器内速度场的分布规律，阐述了发生混合的机理.采用罗丹明染料与去离子水的混合试验检测该微型混合器的混合性能，同时分析了微型混合器的混合效果与结构参数、雷诺数的关系.混合试验表明， 交叉导流式Ⅱ型（SOR Ⅱ）微混合器在低雷诺数和高雷诺数条件下都可以获得好的混合效果，而交叉导流式Ⅰ型（SOR Ⅰ）微混合器只能在高雷诺数条件下获得好的混合效果.     

管内对流换热过程的分析

以损失数作为目标函数来表征该热力学过程的不可逆程度,分析了管道内对流换热过程中的损。考察了管道工质的雷诺数对损失数的影响,并在定热流密度和定壁温两种情况下对损失系数进行了优化,结果表明：在定热流密度下,当流量为定值而管内径为变量时,损失系数有优化值。在定壁温情况下,损失系数无优化值。