热非平衡效应与切应力耦合作用下波状液膜流的稳定性

当液体薄膜流界面同时存在切应力和相变时,切应力和相变引起的非热平衡效应将改变液膜的流动状态和界面力平衡状态,二者的相互耦合将使流体动力学特性和稳定性更为复杂。基于完整边界条件,采用参数摄动法,建立了沿倾斜壁面下降的热非平衡效应与切应力耦合作用下的二维液膜流动的Orr-Sommerfeld方程,得到波速和扰动增长率的表达式,着重分析了相变和切应力的影响。结果表明：冷凝状态及其相变强度的增加使得液膜的稳定性得到加强;而蒸发状态及其相变强度的增加导致液膜稳定性减弱;反向切应力有利于流动稳定,正向切应力不利于流动稳定;热非平衡效应不仅影响扰动增长率,而且对临界波数和临界雷诺数也有影响。     

剪切波状液膜流动稳定性研究

剪切波状液膜作为一种重要的液膜流动形式，因受界面剪切力的影响，其水动力学特性和流动稳定特征与自由降膜流动明显不同。基于边界层模型，在考虑完整的边界条件下，采用积分法和线性化理论，推导了沿倾斜壁面下降的二维剪切液膜表面波线性稳定性方程，方程中包含界面剪切力、雷诺数、波数和倾角的影响。研究表明，剪切液膜流动存在3种状态，由界面剪切力和重力分量gsinq 决定；正向剪切力促使流动稳定性减弱；反向剪切力在小雷诺数时使稳定性减弱，大雷诺数时使稳定性增强；随倾角增加，重力稳定分量的作用减弱，不稳定分量的作用增强，液膜流动趋于不稳定。     

气液界面剪切力对液膜流动稳定性的影响

沿倾斜壁面下降的薄液膜表面受气流剪切力的影响将产生波动,液膜表面的波动特性和力平衡关系决定液膜流动特性和稳定性。基于边界层理论和积分法建立的二维剪切液膜表面波线性稳定性方程,分析了不同情况下剪切力对液膜稳定性的影响。研究表明,正向剪切力为不稳定性因素,反向剪切力为稳定性因素;正向剪切力使临界波数、扰动增长率和波速增大,使临界雷诺数减小;反向剪切力则起相反的作用;与反向剪切力相比,正向剪切力对液膜稳定性的影响相对显著;长波的传播速度受剪切力的影响比短波更大。     

蒸发、等温或冷凝薄液膜二维表面波的通用时空稳定性方程

处于蒸发或冷凝状态下的液膜，由于界面热不平衡效应的影响，导致其汽液界面条件与等温情形明显不同，这在一定程度上将影响液膜流动的稳定性。该文以边界层理论为基础，考虑完整的边界条件，推导沿倾斜壁面下降的、处于蒸发、等温和冷凝状态下普遍适用的二维表面波通用时空稳定性方程。方程中包含了雷诺数、热毛细力、倾角、流体物性以及蒸发、等温和冷凝条件的影响。通过中性稳定性特征曲线进一步分析了上述因素在不同雷诺数下的作用，从理论上揭示了液膜表面波流动的稳定性特征。     

蒸发或冷凝薄液膜的空间稳定性分析

该文以边界层理论为基础，考虑完整的边界条件，研究了液膜在蒸发，等温和冷凝状态下的线性二维表面波扰动的空间稳定性，对两种不同类型扰动的稳定性进行了理论研究，给出了波数，空间增长率以及波速的变化趋势，分析了雷诺数，倾角，热毛细力以及在蒸发，等温和冷凝三种状态对液膜稳定性的影响。     

切应力下液膜线性稳定性分析

沿倾斜壁面下降的薄液膜表面受气流剪切力的影响产生波动,液膜表面的波动特性和力平衡关系基于液膜表面的力平衡方程和边界条件,建立了在切应力作用下表征沿倾斜壁面下降液膜流动特性的O-S方程。结合切应力作用下液膜的流动状态,分析了表面波扰动在初发时刻的不稳定性,并着重描述引发不稳定性的各种物理原因。研究表明：表面张力和重力的横向分量为稳定性因素,重力的纵向分量为不稳定性因素。切应力对表面波的稳定性作用与气流方向和液膜的流动状态相关。     

竖直热壁冷却下降液膜瞬变传热及相界面波动

采用数值方法对恒热流密度竖直热壁表面自由下降液膜冷却流动过程进行瞬态研究,建立了简化为二维问题的物理模型和数学模型,选用RNG k-ε模型求解汽液两相湍流流动,基于VOF多相流模型结合自编程用户定义函数求解相变过程中的传热传质。得到了不同因素影响下,冷却降膜厚度在热壁不同位置的分布规律。结果显示,冷却降膜的流动过程中,其表面存在不同程度及类型的波动。热扰动会降低液膜相界面流动稳定性,提高液膜流量能够抑制液膜表面波动,两种影响因素对于液膜的流动稳定性是相互抑制的。核态沸腾发生时,液膜内汽泡的运动、变化会对液膜相界面波动产生显著影响。瞬态计算结果显示,不同工况下,降膜冷却传热过程中表面传热系数具有相同的变化趋势。液膜的热稳定性受到入口液流量及壁面热流密度的耦合影响。根据汽液两相流动及传热传质特性,分析了发生以上现象的原因。     

切应力作用下层流饱和蒸发降膜的传热特性

处于切应力作用下的层流饱和蒸发降膜，作为一种重要的气液流动形式，其热质传递过程与目前多数文献研究的冷凝液膜明显不同。基于力平衡和能量平衡分析，从理论上建立了在同向或反向切应力作用下层流饱和蒸发液膜传热特性的物理模型，推导出液膜厚度和传热系数与流动长度、界面切应力、界面对流换热强度、雷诺数间的非线性关系式。研究表明：随初始雷诺数的增大，液膜厚度增加，传热系数减小；同向切应力具有减薄液膜厚度和增大传热系数的作用；反向切应力则起相反的作用，而且切应力的影响在反向情形下相对显著；界面对流换热强度的增强使得液膜厚度增加，传热系数减小，但与切应力相比，其影响相对较弱。     

切应力作用下的液膜稳定性分析

气液界面存在同向或反向切应力时，在一定程度上影响到液膜的水动力学特性和流动稳定性，并改变其热质传递特性。基于完整的边界条件，建立了切应力作用下沿倾斜壁面下降的液膜表面波的Orr-Sommerfeld方程。采用摄动方法求解出波速表达式，分析了切应力、雷诺数、波数、表面张力、倾角和温度等参数对液膜稳定性影响。研究表明：同向切应力为不稳定性因素，反向切应力的稳定性影响与第一和第二临界切应力有关；反向切应力使临界雷诺数增大，同向切应力使其减小；波数和流体温度对稳定性的影响与切应力的方向也密切相关。     

壁面结构参数对液膜厚度分布及其波动特性的影响EI北大核心CSCD

受热应力分布不均的影响,降液管壁面会产生变形,其对湍流降膜的影响十分显著。利用超声波多普勒测速仪和高速摄像机研究了高雷诺数下(Rel≈1.72×104)波纹板结构参数(振幅和波长)对液膜厚度分布及其波动特性的影响。研究结果表明:波纹板上的平均液膜厚度随轴向距离的增加呈“波动减小”的趋势。波谷至波峰处的“加速”作用促进了液膜波动的增强,而波峰至波谷处的“减速”作用则使液膜波动减弱。波纹板波长的减小会导致共振效应的产生。液膜波动的加剧促进了液膜瞬时厚度概率密度函数趋于正态分布,并导致液膜因Plateau–Rayleigh不稳定性而产生拉丝破裂。修正后的平均液膜厚度预测模型可以很好地估算不同波纹壁面下的平均液膜厚度,相对误差在±15%以内。     

Investigation of hydrodynamics and heat transfer at liquid metal downflow in a rectangular duct in a coplanar magnetic field

Hydrodynamics and heat transfer in a liquid metal downflow in a rectangular duct with an aspect ratio of approximately 3/1 in a coplanar magnetic field (MF) are studied upon inhomogeneous (one-sided) heating of the duct. The flow in the heat-transfer duct of the cooling system of a liquid-metal blanket module of the tokamak-type thermonuclear reactor is modeled. Experiments were carried out at the mercury magnetohydrodynamic (MHD) test facility, which is a part of the MHD-complex of Moscow Power Engineering Institute–Joint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of Sciences. A probe technique is used for measurements in the flow. The studies are performed within the following ranges of regime parameters: Reynolds numbers Re = 10000–55000, Hartmann numbers Ha = 0–800, and Grashof numbers Gr_q = 0–6 × 10⁸. Averaged profiles of velocity, temperature, temperature fluctuations of the flow, and duct wall temperature are presented for two typical flow regimes. Detailed measurements are performed in the duct cross-section distant from the heating beginning in the region of homogeneous MF. MF leads to the turbulent transport suppression, owing to which the temperature on the heated wall increases. A considerable influence of the heat-gravitational counter-convection, the interaction of which with the external MF leads in some regimes to the appearance and development of instabilities in the laminarized flow, is revealed under the downflow conditions. Generation of large-scale secondary vortices with the axis parallel to the MF induction causes temperature fluctuations of the abnormal intensity that considerably exceeds the level of turbulent fluctuations. Such temperature fluctuations easily penetrate into the duct wall and can lead to the fatigue breakdown of thermonuclear reactor cooling paths. Ranges of unallowable regime parameters are determined and the boundary in coordinates Gr-Re is presented, where this effect is revealed or vanishes. The numerical simulation of studied parameters is performed under the conditions corresponding to the experiment. Computational results coincide satisfactorily with the experimental data in the flow regimes with large Reynolds numbers, where the effect associated with the development of instabilities caused by the heat-gravitational convection is absent or is relatively small.     

高压燃烧室进气雷诺数对旋流预混燃烧特性的影响

采用数值模拟的方法对干式低排放高压燃烧室的燃烧特性进行研究,通过与文献中实验数据对比,验证了模型的正确性。分析了不同进气雷诺数下燃烧室的速度场、压力场及燃烧室出口截面温度的分布情况。结果表明,雷诺数对燃烧室内的流场影响较大。随着雷诺数的增加,燃烧室的回流区范围增大,燃气流速增加。燃烧室出口温度上升,燃烧室出口截面中心区域温度由外向内呈升高趋势。