供热水系统CTAC减阻流体减阻与传热性能研究

对不同工况下不同浓度和配比的CTAC减阻流体在二维流道中的减阻性能和传热性能进行了试验测试。结果表明,在减阻流体流动达到临界雷诺数之前,传热性能下降率随雷诺数的增大逐渐增大,在达到临界雷诺数之后,传热性能急剧增强;传热性能下降率与减阻率变化趋势相同;减阻流体的温度梯度在过渡层比水大,在湍流核心区比水小。     

仿生二级微沟槽表面减阻特性数值模拟

快速游动的鲨鱼,其皮肤表面布满沿流动方向的沟槽,这种沟槽能够减小鲨鱼游动过程中的阻力。通过仿生技术人们设计了一系列具有单一尺度的沟槽结构,如V型、L型、U型等(定义为原始沟槽),并获得了一定的减阻效果。然而通过仔细观察,发现鲨鱼皮肤表面的沟槽并非是单一尺度的。根据这一启发,通过在原始V型沟槽顶部两侧增加小尺度三角形突起,设计了一种二级沟槽表面。利用RNGk-ε湍流模型,对原始V型沟槽和二级沟槽表面进行了流场分析。讨论了在不同雷诺数的情况下,两种沟槽壁面对湍流边界层内速度分布、沟槽壁面切应力及减阻效果的影响。计算结果表明,在一定雷诺数范围,原始V型沟槽最佳减阻4.6%,二级沟槽结构最佳减阻8.07%,二级沟槽减阻效果明显优于原始V型沟槽。二级沟槽表面能够更有效地抑制边界层内湍流流动,减小了流体流动的黏性阻力,具有更好的减阻效果。     

弯管内减阻流体参数沿程变化模拟分析

为了研究减阻流体流动参数在弯管内的变化,利用Fluent软件对90°弯管内不同雷诺数下的黏弹性流体和水进行数值模拟。通过网格无关性验证及流动规律变化情况验证了几何模型和FENE-P黏弹性模型的可靠性。结果表明:黏弹性流体取得了一定的减阻效果,减阻率在弯道部分降低且沿程波动;流体减阻率随雷诺数的变化而变化,在临界雷诺数处减阻率最大;2种流体的壁面压力系数沿程减小,弯道部分的压力系数外侧明显高于内侧,其静水压强由外而内逐渐递减;弯道改变了轴向流速分布,外侧减阻流体流速远小于水,内侧则相反。     

三角形微沟槽壁面湍流减阻的数值研究

针对三角形微沟槽壁面的流动减阻问题,应用RNG k-ε湍流模型对近壁处湍流进行描述,研究不同来流速度与雷诺数对微沟槽减阻效果的影响,分析微沟槽壁面与光滑壁面的速度场、湍动能、壁面切应力的特征。结果表明:所设计微沟槽结构减阻率随来流速度及雷诺数增加先增大后减小,减阻率最大达到10.23%。减阻主要原因为:相对于光滑壁面,微沟槽壁面近壁处形成低流速带,起到缓冲层的作用;微沟槽特殊形状抑制了展向流的发展,且槽谷内部壁面切应力相对较小。     

展向电磁力控制鱼雷模型湍流边界层减阻实验研究

为了减小高速鱼雷在发射过程中所受到的湍流黏性阻力(即摩擦阻力),提高鱼雷的性能,在鱼雷表面包覆电磁激活板,电磁场激励产生的展向电磁力(也称洛伦兹力)作用于鱼雷表面的湍流边界层,通过电磁体积力与湍流拟序结构的相互作用可以减小鱼雷受到的摩擦阻力;针对实验鱼雷模型,在装有盐水的水池(长25m×宽3m×高1.5m)中进行拖曳实验,实验鱼雷模型长1m,直径0.1m,头部结构为半球,尾部结构为锥体。实验结果表明:1m/s拖曳速度下(雷诺数的量级为106,特征长度为鱼雷模型长度),模型表面的流体边界层为湍流边界层,展向周期性电磁力控制作用后,鱼雷所受阻力减少17.47%,有一定的减阻控制效果。     

空调冷水系统添加剂减阻实验研究进展

冷水系统流体输送能耗在空调系统能耗中所占比例很高,合理利用添加剂可以大幅度减小流动阻力,达到节能降耗的目的。鉴于低温情况下添加剂减阻实验研究较缺乏,设计了5~15℃添加剂减阻低温实验台,进行低温条件下减阻添加剂的筛选和减阻效果的研究。通过对十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)及其与二十二烷基三甲基硫酸甲酯铵(BTMS)混合减阻剂的减阻效果进行实验研究,发现混合减阻剂在5~15℃温度范围内的减阻效果显著增加,特别是在管径为15.66mm、流体温度为15℃、添加剂质量分数为400×10-6时减阻百分比最大,可以达到68%。     

基于凹槽管道内流体速度矢量图的减阻特性分析

横向凹槽表面减阻特性广泛的表现在自然界中,文章阐述了目前已有的几种非光滑表面减阻机理,计算分析了十种不同凹槽管道的阻力,并根据计算结果和仿真速度矢量图分析了不同凹槽管道的减阻特性:凹槽管道减阻主要和来流速度,凹槽内漩涡的丰满度和管道径向的湍流区厚度有关。在一定速度范围内,横向凹槽管道较相同管径的直管道有减阻效果,且减阻率出现先增后减,即存在减阻率最佳速度;管道凹槽内漩涡的丰满度越高,湍流区厚度越小,凹槽管道减阻率越大。     

鲨鱼皮盾鳞结构减阻性能数值模拟

海洋中快速游动的鲨鱼因其皮肤表面具有减少摩擦阻力的肋条状盾鳞结构,从而受到研究学者的广泛关注。为了指导减阻表面的设计与制造,选用数值模拟的方法对鲨鱼皮盾鳞结构的减阻机理进行了研究。通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观察,获取鲨鱼盾鳞的微观结构,构建出简化的几何模型单元,并设计了不同分布规则和排布的单元阵列,形成了大面积非光滑仿生结构表面。利用Fluent软件对建立的计算域模型进行流体动力学仿真,同时与传统的矩形沟槽非光滑表面进行比较。数值模拟结果表明:仿生非光滑表面均减少了摩擦阻力,并且相较于矩形沟槽非光滑表面,简化盾鳞结构表面的减阻率明显增加;当入口速度为5 m/s时,对齐排布的简化盾鳞结构表面的减阻率可达到17.86%。最后,从壁面附近区域的流体流速和湍流动能2个方面对非光滑表面的减阻机理进行了分析。研究结果可望对设计和制备具有减阻功能的海洋装备仿生表面起到指导作用。     

不同雷诺数下圆柱绕流多重分形研究

湍流是世界复杂问题之一,目前还没有方法准确的描述湍流。研究通过多重分形去趋势波动分析(MFDFA)流体力学中基本的圆柱绕流问题,通过CFD计算获得四个不同雷诺数速度场,利用MFDFA方法研究了不同雷诺数速度流场的尺度特性。结果在不同雷诺数下,圆柱绕流的速度场数据在变为湍流时呈现出不同的尺度特性,雷诺数越大,湍流的分形测量值越高。本文提供了一种描述自然界湍流的方法。     

透水减阻器及桩周回填土固结有限元分析

基于透水桩技术首次提出透水减阻器概念,并利用有限元法分析桩周回填土的固结过程,结果表明:透水减阻器能加速桩周土体固结,距桩侧越近,作用越明显;固结初期,透水减阻器摩阻力下滑速率为常规减阻器的1.25~3.95倍,其摩阻力分布及中性点位置提前趋于稳定;同时,透水减阻器能提升沉桩效率以及促进桩侧摩阻力发展。试验结果对桩基负摩阻力特性的研究具有有益的借鉴作用。