圆形微通道内压力驱动流的边界滑移效应及动电效应

采用层流Navier-Stokes方程和离子分布Boltzmann方程建立圆形微通道内压力驱动流的数学模型,分别采用Navier滑移条件和电流密度平衡条件描述微流动边界速度滑移和动电效应,应用有限元法分析边界效应对微流动的影响。结果表明:微流动受边界效应的作用不容忽视,圆形微通道边界滑移效应对流动有促进作用而动电效应有阻滞作用;当微通道内同时存在2种边界效应时,边界滑移效应对流动的影响随着壁面ζ电势的增大而逐渐减弱,在高壁面ζ电势时影响甚微,几乎可以忽略。     

多孔介质电渗泵的数值仿真与性能分析

电渗驱动微泵是一种新型的电动力式微泵,其输出压强高,流量可调范围宽,可用于微通道冷却系统中。建立了多孔介质电渗泵电渗流的数学模型,并对其性能进行了分析。根据双电层模型与电渗泵的控制方程,得出电渗流的近似解析模型,求出最大流率与压力。利用MEMS数值仿真软件CoventorWare对电渗泵模型进行求解分析,得到电渗泵流场和压力场的分布;对其特性进行分析,研究电场强度、溶液浓度和微流道孔径及其流道长度对电渗泵性能的影响。结果表明,在电渗驱动下,微流道中的流体流动速度与电场强度及微流道表面静电势成正比;流体速度与微通道长度成反比,与孔径无关。     

平板微管道内双层流体瞬态电渗流动

为了有效控制和优化设计微流控芯片的驱动系统,考虑平板微管道内借助导电流体电渗流动拖动非导电流体流动的双层瞬态电渗流。首先根据静电学理论和流体力学理论,建立双层瞬态柯西动量方程,利用拉普拉斯变换法首次求解出瞬态解析解;其次,讨论不同电动宽度下双层速度和流量分布随时间的变化,发现壁面附近导电流体先获得速度,再带动整体导电流体以及非导电流体向前流动,液-液界面黏性效应消耗部分导电流体电渗流的动量,从而双层电渗流呈现抛物型速度剖面,速度最高值发生在导电流体区域内。且电动宽度对导电流体流动速度和流量的影响更为显著。另外,当无量纲时间达到O(1)时,瞬态流动基本进入稳态。     

喷射压力恒定条件下柴油喷孔内多相流脉动现象研究

欧拉多相流方法用同一组数值模型同时计算喷孔内、外流场,不需要人为设置喷孔出口流动参数。使用这种方法计算了放大尺寸的喷孔内、外瞬态多相流流场,并与试验结果进行了对比。计算中设定计算入口和计算出口压力不变。计算结果显示,喷孔内空化区长度和空气区长度、空化区下游的涡的位置、喷孔出口壁面附近空气速度矢量方向随时间波动,喷孔出口断面的压力也随时间波动,喷孔内多相流场参数的波动与喷孔出口断面压力波动对应。结果表明,喷孔出口流动边界突变产生的压力波向孔内的传播导致喷孔内流场产生周期性变化。此外,根据计算结果讨论了喷孔出口断面处压力、速度、空气体积分数分布等随时间变化的特点。     

基于CFD的螺旋式旋风分离器数值模拟

借助计算流体力学软件Fluent,采用RSM模型,对螺旋式旋风分离器内的三维强旋流场进行了数值模拟．通过数值模拟,分析分离器内的速度特性、压力特性和湍流特性．结果表明,该型旋风分离器内流场较为稳定,但在螺旋通道的中心区域流动较为复杂,且局部区域存在回流和二次流．分析还发现,回流增大了中心区域的流动阻力,且该型分离器的能量损失主要发生在中心区域及壁面处．     

波纹翅片管换热器空气侧流动换热的三维数值模拟

基于有限容积法建立波纹翅片管换热器流体流动与传热的计算模型,在不同送风速度工况下,分别对6种不同波纹倾角结构换热器内流体的流动及传热进行了数值模拟,分析了流道内的温度场、压力场及速度场的变化规律,得到了换热量、压降以及出口温度随入口风速变化的规律。结果表明,换热量、压降以及出口温度均随波纹倾角的增加而增大;换热量随着送风速度的加快而增加,压降及出口温度随着送风速度的加快而降低;翅片板间流体的流动与传热存在比较明显的不均性,导致换热管背风侧存在明显的传热"死区"。     

粉末注射成形二维充模流动的数学分析

注射成形二维充模流动属于具有自由流动移动世界、非牛顿、非等温的流动问题．将扁平型腔内流动视为Hele-Shaw流，由于模腔的复杂性及控制方程的非线性，采用数值计算得到腔内流体的压力场、温度场、速度场，得到压力和速度2个控制方程；引入2个相应的变换，将压力控制方程及速度控制方程化为拉普拉斯方程，并得到压力流函数可由拉普拉斯解表示的一个解析式，简化了计算过程，提高了计算精度，在此基础上进行计算机模拟，可检验Hele—Shaw近似的精确程度。     

折流板几何结构对换热器性能影响的数值模拟

应用标准k-ε湍流方程模型,使用压力修正的SIMPLE算法进行求解,对弓形折流板不同几何结构下换热器壳程的流动和换热性能进行了数值模拟,并对计算结果进行了分析.结果表明:换热器入口速度的增加会使折流板之间的高温区域减少、流动死区面积减少、换热器的有效换热面积增大;随着折流板间距减小,换热器的换热量随之增大,但是换热器的压降却明显增加,折流板换热器压降均随空气入口速度的增加呈递增趋势且会影响综合换热性能;折流板高度的增加对换热量有明显增大的作用,但是折流板增高会使壳程压降升高,从而造成了换热性能指标的下降.     

流体在矩形通道中作层流流动时的规律

平行壁面是环形通道当内圆半径趋于无限大时的极限情况,流体在矩形通道中流动时所受的内摩擦力或压降是流体在两个平行壁面间流动时产生的内摩擦力或压降的叠加,从以上结果出发推导出矩形通道截面上速度分布公式和摩擦系数式中M的数值。     

水平井井筒和气藏耦合的稳态模型研究

水平井井筒内的流体流动为变质最流动,如何准确捕述水平井壁而流入对水平井生产动态的影响是水平井油藏工程的研究热点.建立了单相、稳态的水平井和气藏的耦合模型,推导出了描述天然气在水平井井筒中流动的压降方程,考虑了摩擦压降、加速度压降和壁面流入的影响,该模型具有压力平方形式.利用该模型对某水平气井进行了计算,研究了水平气井的流量和压力分布规律,讨论了井径等因素对水平气井产能的影响.     

倾斜管内油水两相流数值模拟

倾斜管内的油水两相流流动是油田地面集输管道内最常遇到的流动现象。采用VOF在不同含水率和混合流速条件下对不同角度的倾斜管内的油水两相流进行数值模拟。通过计算可知,管内流型受管道倾斜角度影响。倾斜管内的油水两相流压降与含水率和流体混合流动速度有关,倾斜管内流体压降随含水率的增大而减小,随流体混合流动速度增大而增大。倾斜管压降计算公式对高含水期的油水两相流压降规律预测同样适用。     

幂律流体在部分填充多孔介质平板通道内的流动特性研究

研究了幂律流体在部分填充多孔介质平板通道内的流动特性，通过边界层动量积分法求解了Brinkman-Darcy流动模型的动量方程，得到了幂律流体在部分填充多孔介质平板通道内的无量纲速度分布。计算分析发现，未填充多孔介质区域的无量纲速度和速度峰值随填充厚度的减小先增大后减小，填充厚度较厚时：随达西数与幂律指数的减小而增大；随着填充厚度减小，达西数对速度峰值的影响减弱，速度峰值随幂律指数的减小而减小。     

轴流式止回阀的流动场协同分析与减阻设计

为了分析轴流式止回阀流阻性能,探究阀内结构优化设计方法,引入场协同原理,将该原理从层流推广至湍流.利用Fluent软件对2种不同型号（优化前、后）阀门的内流场进行数值模拟和流动场协同分析,得到压降、流速分布、流动场协同角余弦值分布和有效黏性系数.结果表明：优化后阀内流体的速度场与速度梯度场整体上的协同程度更差,有效黏性系数更小,减阻效果明显,能耗降低;通过对比分析流速分布和流动场协同角余弦值分布,还能从局部流动场协同的角度揭示流阻的变化机理.基于流动场协同原理在流动减阻研究中的优势,提出2种阀结构优化设计的思路.     

幂律流底泥的质量输移和流场

基于欧拉坐标系,在波浪与底泥相互作用的两层系统中,对表面波作用下底泥的质量输移进行理论研究.上层为水;下层为底泥,用幂律流模型描述;波动由施加在在自由水表面上的周期性压力荷载驱动.基于浅水波和小变形假设,采用摄动分析将运动方程和边界条件展开到二阶问题,并采用数值迭代法计算求解非线性微分方程.分析幂律流流动指数和压力荷载的变化对流场分布、质量输移速度以及自由水面和泥-水界面位置变化的影响.结果发现,随着幂律流流动指数的减小,由于受到界面剪切作用,泥-水界面附近流场中出现环流结构和流动间歇性停止现象,同时质量输移速度迅速减小.为验证理论分析的正确性,将质量输移速度计算结果与水槽试验结果进行对比,结果发现两者吻合较好.     

矩形微管道内电势分布的数值模拟

针对矩形微管道横截面上双电层场的控制方程是二维、二阶非线性Poisson-Boltzm ann方程,不易求得其解析解的问题,应用有限控制容积法得到双电层控制方程的完全数值解.对采用不同浓度KC l溶液时矩形微管道内的电势分布进行了数值模拟.仿真结果表明,溶液浓度较高时,电势在靠近管壁的区域内迅速下降到零,这是由于双电层厚度很小,管道中心区的电荷密度为零的缘故;在20μm×30μm的管道中,溶液浓度为10-8mol/L时,管道中心区域的电势不为零.这是因为双电层厚度变大,双电层在管道内发生重叠,管道中心区的电荷密度不为零的缘故.     

高炉风口内多股流喷吹粉煤磨损数值模拟

根据风口内实际情况建立了具有普遍意义的高炉风口磨损量的，遵循质量守恒，动量守恒，混合组分平衡的基本规律，用k-ε方程描述风口内气－粒两相的湍流流动，并基于SIMPLE思想，通过对Euler正交坐标下节点离散化方程的耦登,对喷枪改型前后高炉风口内气－粒两机湍流流动进行了分析求解，然后根据风口壁面附近的速度场与浓度场的计算结果，采用风口磨损模型，预测风口壁面的磨损量，研究结果表明：使用多股流喷吹粉煤，可使风口壁面在单位时间内的磨损量大大减少。     

集输管道弯管内油水两相流压力变化数值模拟

油水两相混合流动是集输管路中经常遇到的现象,研究压力变化规律对集输管道的设计和运行有重要意义。采用VOF模型,在不同含水率和流动速度条件下对油田地面集输管道弯管处的油水两相流进行了数值模拟。对计算结果进行分析的结果可知,两相流的含水率和流动速度对弯管处的压降有很大影响;弯管内两相流的压降随含水率的增大而增大;在弯管内壁压力减小的同时速度增大,在外壁压力增大的同时速度减小;增大流速时,高含水率的油水两相流的压降先减小后增大。     

三维可压缩驻点流层流边界层速度与温度数值解

本文在前人研究成果的基础上用龙格库塔法求解了可压缩驻点流层流边界层内流体无量纲速度和温度数值解,研究了喷注系数和形状系数对定物性流体驻点流流体速度和温度分布的影响,研究了流体物性(密度和粘度)、壁面无量纲温度和形状系数对可压缩驻点流流体速度和温度分布的影响,由于篇幅限制,本文部分计算图表未能列出,仅列出了各研究因素间的影响规律.     

蓄热式加热炉内速度场和压力场的数值模拟

建立了蓄热式加热炉内气体流动的三维、稳态流动数学模型,求得了炉内速度场和压力场;在此基础上,探讨了在不同出口压力工况对炉内速度场和压力场的影响。研究结果表明,增大出口负压一方面可以显著增大出口处烟气的流速,但对炉膛其它部分烟气的流速影响不大,另一方面仅可以影响炉宽方向的压力水平,但不影响该方向的压力分布;此外,当出口负压从-600 Pa增大到-1 000 Pa时,炉门处负压升高并与外界的压差减小,蓄热式加热炉的运行状态得到了改善,但当出口负压继续增大到-1 200 Pa时,炉门处负压显著升高,蓄热式加热炉的运行状态受到了恶化。     

陶瓷过滤管内外流场的数值模拟

将陶瓷过滤管内流场假设为二维、轴对称、可压缩、非稳态的湍流流场 ,采用k -ε模型 ,并将能量方程与流动控制方程联立计算 ,模拟脉冲反吹过程中滤管内速度场和温度场。通过对湍流控制方程无量纲化和坐标变换后 ,用隐式格式求解 ,并对每次的迭代结果进行附加的光滑化处理。数值模拟结果证明了滤管内外存在着严重的回流现象 ,滤管外回流峰值可以达到正常过滤气速的数倍。管外壁面附近的径向速度随着离开壁面距离的增加而逐渐减小 ,所得结论为陶瓷过滤器的优化设计提供了理论依据