螺旋槽管脉冲流强化对流换热数值及场协同分析

通过数值模拟计算研究了在螺旋槽管内通入脉冲流后的强化换热机理.数值计算结果表明,脉冲流动能引起出口压力呈周期波动,波动幅度随脉冲流频率的增大而增大;脉冲流动能够使流体在螺旋槽管管壁附近产生漩涡,并出现周期性的生成、漂移和脱落;由于漩涡的作用,增强了流体的径向扰动和相对扰动;脉冲流动能够改善速度场与温度梯度场之间的协同程度,从而起到强化传热的效果.     

液膜表面波在切应力作用下的线性稳定性

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。利用摄动方法,求得了液膜表面波扰动的无量纲流函数扰动和波速表达式,分析了切应力、雷诺数和波数对稳定性的影响。研究表明:切应力是影响液膜稳定性的重要因素之一,同向切应力起不稳定性作用,反向切应力起稳定性用;液膜表面波的稳定性随雷诺数增大逐渐减弱;反向切应力使临界雷诺数增大、扰动增长率减小,同向切应力则起相反作用;表面波扰动的传播速度与波数有关,长波的传播速度低于短波,同向切应力使其传播速度增大,反向切应力使其减小。     

二维剪切液膜流表面波的线性稳定性特征

当气液界面存在气流剪切作用时,将在不同程度上影响液膜流动的水动力学特征和流动稳定性。基于层流剪切液膜流动的稳态解,分析了切应力对液膜流动状态的影响。采用积分法,建立了沿倾斜壁面下降的二维剪切液膜流表面波扰动演化方程,模型中包含界面切应力、雷诺数、波数和倾角等参数的影响。研究表明:行波和惯性波的波速受均雷诺数和切应力的影响;同向切应力为不稳定性因素,逆向切应力的稳定性影响与雷诺数有关;同向切应力使临界雷诺数减小,逆向切应力使其增大,切应力对临界雷诺数的影响在不同倾角下也有所不同。     

热非平衡和切应力作用下液膜流的扰动传播特性

基于完整边界条件,采用参数摄动法,推导并求解了沿倾斜壁面下降的蒸发或冷凝状态下适用的二维剪切液膜流动的Orr-Sommerfeld方程,得到扰动传播速度的表达式,分析了相变和切应力的影响。研究表明:扰动传播速度受蒸发状态影响而增大,受冷凝影响而减小;正向切应力促使扰动传播速度增大,反向切应力使其减小;在小雷诺数下内,雷诺数对扰动传播速度影响较大,随雷诺数增长,其影响逐渐减弱。     

波壁管中脉动流动的数值模拟

利用数值模拟的方法,文中对脉动流动下波壁管内流体的流动和换热特性进行研究,分析了脉动参数雷诺数Re、斯德鲁哈尔数St以及振动分率P对波壁管中流体的传热和阻力特性的影响.结果表明:Re、St与P对流体的换热特性均有影响,在脉动流场下,波壁管内流体的传热强化幅度随雷诺数Re的增大而先增大后减小;与斯德鲁哈尔数St以及振动分率P均成正比关系.随着St的增加,摩擦阻力系数在较低St时几乎不发生变化,而在较大St时明显发生变化,但随着St的增加,平均摩擦系数f_(m)几乎不发生变化;平均摩擦系数f_(m)随振动分率P的增加而逐渐增大,随雷诺数Re的增大而逐渐减小.     

圆管层流脉动流动的数值模拟

为研究圆管层流脉动流动特性,建立了二维非稳态轴对称模型,对壁温恒定、入口速度周期性变化的流体进行数值模拟.分析了速度振幅和频率对层流流动的影响,得到了频率和振幅对压力、温度、壁面摩擦系数影响的规律.研究表明:脉动流动时,压力、温度、壁面摩擦系数围绕相同Re下稳态流动时的数值波动;压力与速度之间存在相位差;压力、壁面摩擦系数的波动与速度振幅和频率成正比;温度的波动与速度振幅成正比,与频率呈反比;当流体脉动的频率和振幅足够大时,会在近壁面处出现回流,并且出现回流的时间会随着频率和振幅的增大而增长.     

不同雷诺数下弹性薄板流激振动实验

为了揭示流体-薄壁结构之间相互作用的机理,在4种不同的进口流动雷诺数下,采用3D-PIV流场测试系统和DH-5935N动态信号测试分析系统同步测试,分别得到方柱绕流后弹性薄板周围流场的时空演化特性和受激振动薄板的运动规律.实验结果表明,弹性薄板振动对流动雷诺数极其敏感,当周期性扰动流场与结构形成强烈的非线性耦合作用时,近壁区流动进一步受板扰动的影响,流动的边界条件发生改变,流场结构的对称性遭到破坏,受激振动板最终表现出非周期、非对称的耦合振动行为.     

扇形流道内Stokes流动特性的数值模拟

针对低雷诺数下外壁旋转的扇形截面流道内的流动特性进行数值模拟,得到不同扇形角度下的速度、涡量及流函数的分布规律.研究结果表明:在低雷诺数下扇形流道内的三维Stokes流可以分解为两个二维流动,即压力降推动的轴向流及圆弧外壁旋转诱发的扇形腔内截面流;流道内的轴向速度和周向速度与扇形角平分线成对称分布关系,而径向速度成反对称关系;随着扇形角度的减小,流道内会出现多个涡流区域,各涡流区域内的速度场、涡量场及流函数均具有自相似性,说明外壁旋转的扇形流道内的流体具有混沌运动特征;雷诺数相同的情况下,流道内的涡量随着扇形角度的减小而增大,表明小角度扇形截面流道有利于流体的混合.     

波节管脉冲流强化对流换热数值分析

通过数值模拟计算,探讨脉冲流对波节管对流换热的强化机理.研究表明:脉冲流强化效果与速度和频率有关,与稳流相比脉冲流可使波节管换热效果提高90%.脉冲流强化换热因为是脉冲流使得波节管波节处产生漩涡,增强扰动,减少热边界层厚度.     

风雨场中舰船桅杆动力学特性研究

当舰船在风雨天气中航行时,桅杆的流场环境发生变化,为了确定此时桅杆所受流体载荷,应采用气液两相流的分析方法.利用计算流体力学软件进行数值模拟,研究了风雨场中桅杆受到的定常和脉动载荷以及流体绕流后漩涡的脱落形式,分析了在不同雷诺数和不同攻角的条件下,定常压力、脉动压力和斯特劳哈尔数的变化趋势,并与单相流的分析结果进行对比.通过分析发现,由于雨滴的加入增强了水流的扰动,风雨场条件下桅杆动力学特性发生了变化.     

射流主动流动控制对舰船甲板流场的影响

随着舰船的发展和大量应用,舰船甲板流场的分析与控制的重要性进一步凸显出来。为改善舰船甲板流场,提出了一种新型的基于射流装置的主动流动控制方法,并以直升机桨盘位置为例分析了不同射流装置参数对于直升机桨盘流场优化的效果。首先基于Navier-Stokes方程建立了舰载直升机甲板流场的数值模型,以研究基于射流主动流动控制对舰船甲板流场的影响。然后该方法选取k-ε湍流模型,并通过算例验证了方法的有效性。最后模拟得到添加射流装置的舰船甲板流场流线与速度分布,结合流场信息对旋翼受力的影响对比分析了加装射流装置对舰船甲板流场的流动控制作用。结果表明：上射流的添加可以使得甲板流场中回流区的影响范围减小,从而使得桨盘流场速度梯度减小;桨盘流场速度梯度的减小可以有效降低旋翼气动力变化和响应水平;不同的来流角下添加上射流装置均能通过控制甲板流场从而减小响应,提高直升机的安全性。射流速度对流场控制效果影响显著,应结合射流装置安装位置选取最优射流速度从而达到较好的控制效果。     

真假流水施工辨析

文章指出了不少文献资料中关于流水施工描述与应用的不足,将之界定为"假流水施工"。同时,通过分析提出了什么是"真流水施工"以及应用关键。     

圆柱绕流的流动分离控制

流动分离现象在穿透自由液面的圆柱绕流过程中非常明显,也是造成各种海洋结构物阻力性能恶化的重要原因.针对此问题,开展了应用生涡器装置控制流动分离的试验研究和CFD模拟.通过生涡器可以在流动分离以前向边界层内触发小尺度涡,从而增加边界层底部的动量,抵抗流动分离的发生.圆柱绕流的拖曳试验结果表明,生涡器可有效抑制圆柱后体的流...     

气液两相流流型的ECT软测量技术

提出一种基于ECT技术的气液两相流流型判别软测量模型．以ECT传感器输出中提取的特征参数作为软测量模型中的辅助变量，气液两相流的流型作为模型中的主导变量，利用人工神经网络建立了主导变量和辅助变量之间的数学关系，进而实现对气液两相流流型的在线判别，仿真结果表明，此方法判别精度高、判别速度快，为两相流流型的在线辨识提供了一种有效的手段。     

漩流中间包流场的数值模拟

采用CFD软件Fluent对漩流中间包内的流场进行了数值模拟,分析了漩流中间包内的流场特征,以及漩流室的加入,中间包内的流动形态.模拟结果表明,由于漩流室的加入使湍动能耗散主要集中在漩流室内部,有利于夹杂物的聚合长大;漩流室的加入可改善钢液的流动状态,利于夹杂物的上浮。由于入口位置的非对称布置,造成了漩流中间包内的流场在入口区呈明显的非对称分布,这些结果为进一步优化漩流中间包内漩流室的位置和中间包挡墙参数提供了理论依据.     

旋流排气管的一维非定常流动研究

在不考虑摩擦,且管道通流面不变时,针对旋流排气管的一维非定常流动数理模型中旋流动量矩方程的特殊性,采用一种新型含有可导函数的变形加法分离变量法,导出满足该方程新的代数显式解析解。该解含有任意可导函数,即有无限多个解。由此提出了求解一阶线性齐次偏微分方程的新算法,即含有可导函数的加法分离变量法。理论研究表明,由加法分离变量法所得的解为自变量的任意可导函数都可满足该类方程。     

分叉隧道分流局部损失特性及流动特征

搭建同步满足阻力和压力相似的1/20分叉隧道通风比尺模型试验平台,并构建分叉隧道分离流动的三维CFD模型.研究分叉隧道流动特征和分流局部损失特性.结果表明：流速梯度变化和流动分离是产生主线分流局部损失的主因,而匝道分流局部损失还进一步受到流速转向的影响;主线隧道分流局部损失系数基本不受夹角的影响,而匝道分流局部损失系数在分流比小于0.5时,随着夹角的增大而增大,在分流比大于0.5时,随着夹角的增大而减小.利用试验数据修正Bassett公式,建立可准确预测夹角为5°~15°分叉隧道的分流局部损失系数计算公式,从而为分叉隧道的通风计算提供理论参考依据.     

基于三维流动理论的液力变矩器设计流程

介绍了W 305型液力变矩器开发的过程。在基本几何参数一致的基础上,设计了5种液力变矩器叶栅系统方案,并且对包括W 305型液力变矩器比较基型在内的6种方案进行了稳态试验比较分析。对内流场进行了仿真分析,探讨了液力变矩器性能提高的本质原因。试验和仿真的结果充分证明了本设计方法的科学性和准确性。     

活塞内冷油腔两相流振荡可视化模拟

设计并搭建一个活塞振荡两相流可视化模拟试验台,利用3D打印技术还原某型号柴油机的活塞内冷油腔,针对甘油水溶液以及大豆油2种不同的冷却介质,在可视化拍摄流场图像的同时,收集出油数据并计算通过率. 研究发现,所采用的试验方法可摒弃喷油飞溅干扰,准确采集出油量数据,获得了清晰可辨的可视化图像. 将拍摄结果进行对比分析,并对两相流振荡的流型进行辨识和分类,发现当雷诺数达到20 000以上时,两相流振荡的流动状态会发生明显变化,流动进入强湍流状态.     

复合流化的烟气脱硫循环流化床气固相研究

针对常规循环流化床烟气脱硫技术中仍存在的问题,提出了复合流化的烟气脱硫循环流化床.在文丘里管内安装轴向叶片,形成了直流和旋流组合的流化方式,并采用试验和数值模拟相结合的方法研究了气固相冷态流动规律,与文丘里管直流流化的规律进行了比较.结果表明,这种非均匀布风的复合流化方式比直流流化方式提高了切向速度,增加了塔内颗粒的停留时间,提高了颗粒浓度,增强了湍流脉动,加强了横向的扩散与混合,有效改善了流场均匀性,而且流动更快地达到均匀分布,改善了脱硫塔内的流动.复合流化的烟气脱硫循环流化床技术是一项有应用前景的技术.