正弦波脉动流对微通道内流体流动与传热特性的影响

采用数值计算方法研究了两种结构微通道内由于入口速度的正弦变化而发展的非稳态层流流动与换热特性.分别研究了脉动频率、振幅以及雷诺数对流体在微通道内流动与传热的影响.研究结果表明,在雷诺数为100～400时,脉动流动对矩形通道底面温度与换热性能影响较小,但对三角凹穴结构通道有着显著影响.随着脉动频率的增加,通道底面温度先增加后减小.证明存在一极限频率使得小于该频率时通道底面温度升高,大于该频率时则降低.随着振幅的增加,通道底面温度在减小,换热不断增强.但是,随着雷诺数的增加,脉动流动的作用逐渐减小.脉动频率与振幅的增加都会使得通道的压降增加.     

横纹管脉冲流流动与换热数值分析

通过数值模拟计算,研究低振动雷诺数下横纹管内脉冲流流动和换热.数值计算结果表明:脉冲流动引起出口压力正(余)弦波动,波动幅度随脉冲流振幅、频率的增大而增大;脉冲流动能够使流体在低速和低振动雷诺数下产生漩涡,并周期性生成、迁移和脱落;由于漩涡的作用,增强了流体的径向扰动和相对扰动,增大了横纹管内壁切应力,引起壁面切应力的周期性变化,减薄边界层,增强流体质量、能量输运;随着脉冲流振幅的增加,强化传热系数最高可以达到1.97.     

层流脉动流动对流换热数值分析

为了改进换热器设计方法及提高设备换热效率,通过建立恒定热流密度加热的圆管内层流脉动流动数学模型,对流量脉动条件下的流动与传热特性进行了数值分析.研究结果表明,脉动流动时速度与压降发生同周期的变化,但两者之间存在相位差,随着脉动频率增加,相位差逐步趋近于π/2;脉动速度的径向分布在一定频率范围内出现环状效应,频率越大速度脉动幅值越小,但环状效应越明显;温度脉动幅度随脉动频率、普朗特数增加而减小,随速度脉动幅度增加而增加.     

展向周期振动平板的近壁面流场特性实验

为了研究壁面展向振动对壁面摩擦阻力及近壁面流场湍流强度的影响,本文开展了在水槽中利用粒子图像测速方法(PIV)分析薄板表面流场信息的实验研究。将一薄板放置于低速水槽中,通过激振器使薄板展向振动,调节激振器的振幅和频率实现不同工况,薄板前缘安置激流丝用以激发壁面湍流。利用粒子图像测速方法连续采集一段时间内的近壁面法向速度剖面,观察近壁面漩涡分布情况,并利用将平均速度剖面与经典湍流对数律拟合的方法估测壁面摩擦应力,为了研究湍流强度影响,对结果进行处理,得到流向速度与法向速度脉动均方根。结果发现:振动后近壁面的漩涡分布明显较少,速度波动明显减弱,流场速度特性趋于层流特性;在振动工况下估测的壁面摩擦阻力均小于非振动工况下,并且在实验工况内振幅和频率增大,减阻效果增强,说明了振动的强度对减阻特性有影响;同时,振动均减小了脉动速度均方根,削弱了近壁面湍流强度,也说明了减阻的机理是降低了近壁面湍流强度,使近壁面流动趋于层流。     

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.     

波纹管内层流脉动传热和阻力特性的数值研究

为探讨波纹管和脉动流同时使用能否实现复合强化传热的效果,利用计算流体力学软件Fluent数值模拟了波纹管在管内流体发生周期性速度变化条件下的传热和阻力特性．模拟的边界条件为：管壁温度293K;管内工质为水,入口温度333K,平均流速0．02m／s,脉动频率厂分别取2、4、5、8、10Hz,振幅A分别取0．2、0．4、0．6、0．8、1;出口压力为0．通过分析传热强化系数、沿程阻力增强系数、效应评价准则数,结果显示：管内脉动流既能强化波纹管的传热也会弱化传热;相比稳态流条件,传热最大能被强化约5．9％;脉动流会增大波纹管的沿程阻力;综合考虑传热的强化作用和流动阻力的增加,在A≥O．8且,≥4Hz条件下,管内脉动与波纹管能起到复合强化传热效果;脉动流条件下波节附近漩涡周期性的产生和消失是传热被强化和沿程阻力增加的主要原因．     

管内冰浆在振动工况下的流动及传热特性

针对船舶在北极航道航行时管道内流体流动受到船舶机械振动的影响,本文采用计算流体力学(CFD)中的欧拉-欧拉模型、壁面函数模型,并通过UFD加载相间传质模型对水平管道中的冰晶进行数值模拟。研究振幅、频率、入口含冰率和速度对冰晶流动和传热特性的影响。结果显示:在振动工况下在流速改变时其压降增长趋势为二次函数增长趋势。振动频率及振幅增强管内扰动促进温度及相间传质率的升高。振动和振动频率的提高使最大体积的冰晶颗粒浓度减少,并且在40 Hz与50 Hz时出现冰晶在两侧聚集趋势。     

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。     

耗散粒子动力学的一种新的固体壁面边界条件

由于耗散粒子动力学（DPD）粒子间是软势作用,很难施加无滑移的固体壁面边界,为此提出一种新的固体壁面边界条件,该方法是通过给壁面粒子赋予相对流体粒子的虚拟速度,但壁面粒子不能移动,虚拟速度用于计算壁面粒子对流体粒子的耗散力,进而增大流体粒子的耗散阻力,实现壁面无滑移条件.利用新的边界模型模拟了微通道内的Poiseuille流动,得到的微通道内的速度分布曲线表明,该模型实现了壁面无滑移条件;得到的密度和温度分布曲线显示,壁面附近密度波动很小,但当壁面粒子密度大于8.0时,壁面附近流体粒子密度波动较大.模拟结果与Navier-Stokes方程理论解吻合很好,进一步验证了新边界的可行性和DPD程序的正确性.     

不同分流叶片起始直径对离心泵压力脉动的影响

为分析低比转速复合叶轮分流叶片起始直径对蜗壳流道内压力脉动的影响,采用雷诺时均方法,通过标准k-ε湍流模型和滑移网格技术,对具有不同起始直径的两台离心泵进行三维非定常的数值计算.通过对蜗壳不同监测点处的压力进行时域和频域分析,得到蜗壳壁面沿周向及断面上沿径向压力脉动特性.计算结果表明:分流叶片起始直径大的离心泵蜗壳内压力脉动较大;两台离心泵内蜗壳内各监测点的压力脉动幅值波动具有明显的周期性且波动趋势基本一致;在周向监测点处,随着圆周角(逆时针方向)逐渐增大,蜗壳动静干涉效应的影响逐渐减弱,监测点处压力脉动逐渐减小;在相同断面处,位于蜗壳进口与壁面的监测点呈现较大的压力波动;两台离心泵的各监测点压力脉动的一阶主频均为叶片通过频率.     

定热流下振荡流动对对流换热的影响

对定热流下平行板间振荡层流的对流换热过程进行了解析分析。流动的振荡过程是通过压力梯度上的振荡分量来完成的。对流动过程作了一些简化假设，并着重讨论振荡频率、雷诺数、振幅等参数对对流换热的影响。结果表明，振荡使对流换热系数增加。     

Heat transfer and flow characteristics in a channel with one corrugated wall

The present study numerically investigates the characteristics of three-dimensional turbulent flow and heat transfer in the channel with one corrugated wall heated with constant temperature by means of large eddy simulation.The corrugated wall is sinusoidal in the streamwise and spanwise directions.The Reynolds number in terms of bulk velocity and channel half-height is fixed at 2800 and the wave amplitude to wavelength ratio is varied in the rangeα/λ=0.01,0.02,0.04 in the streamwise direction andα/λ=0.01,0.02,0.04 in the spanwise direction.The results show that flow separation bubbles appear and near-wall streamwise vortices are generated with larger population in the upslope region of the bottom wall as wave amplitude increases.Compared with flat wall,the corrugated geometry increases the pressure coefficient and decreases the friction coefficient on the corrugated wall,and consequently increases the total drag coefficient owing to the increase of pressure coefficient,as expected,the heat transfer is higher.The waves in the spanwise direction converge the vortices into the trough along the streamwise direction and push them away from the bottom wall.Finally,thermal performance factor is defined and the effects of wave amplitude on the thermal performance are scrutinized.     

横向波纹通道内定型层流流动的研究

对平行放置的横向波纹平板形成的通道内的定型层流流动,以壁面波纹的波幅为小量进行了摄动展开,提出了一级近似模型.得到了速度分布的近似表达式,考察了流速和流量与壁面波纹的波幅、波数及上下波纹板的排布相位之间的关系.研究表明,对于波纹通道几何参数的不同组合,流量可能增大,也可能减小.     

非恒定摩阻对管道水力过渡过程的影响

以引入了非恒定摩阻项的圆柱环数学模型为基础 ,从横向微观的流速分布和切应力分布角度 ,分别对管道中的瞬变层流和瞬变湍流进行了拟二维数值分析 ,明确了非恒定摩阻项对流动瞬变过程的影响 .说明非恒定摩阻的存在导致了水击压力波波幅衰减和波形畸变现象 ,而采用恒定状态下的摩阻关系式无法反映这个现象 .非恒定摩阻项对层流的影响很大 ,对湍流的影响相对较小 .     

内插自振弹簧换热管脉冲流强化换热数值分析

针对脉冲流影响内置弹簧换热管换热效果的问题,运用计算流体动力学技术模拟研究了在内置弹簧换热管中分别通入稳态流和不同参数脉冲流情况下的换热情况,得到了不同情形下的管内温度场和压力场.研究结果表明:通入脉冲流后,内插自振弹簧换热管出口平均压力呈现与脉冲流周期相同的正（余）弦波动,且波动振幅随着脉冲流频率的增大而增大.相对于通入稳态流而言,通入脉冲流时的速度边界层厚度减小,从而增大了强化传热系数.管内对流传热系数随着振幅的增大而增大,但频率对传热系数的影响却很小.     

en方法在无限展长后掠翼边界层转捩判断中的初步应用

文章利用三维雷诺平均Navier-Stokes方程求解程序、三维层流边界层方程求解程序以及三维线性稳定性方程求解程序进行了中、小后掠无限展长机翼边界层转捩预测的研究。三维雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程求解程序为三维层流边界层求解程序提供层流边界层外边界的流动参数,后者为基于三维线性稳定性理论的en方法提供高精度的边界层速度型,由en方法得到的边界层转捩信息反馈给三维RANS求解程序,上述3种程序的耦合构成了一次对边界层的转捩判断。经过几次上述流程,边界层转捩的位置收敛,将计算得到的转捩位置与实验测得转捩位置进行比较,初步验证了文中方法的可靠性。     

小球式旋转直驱压力伺服阀卡滞机理研究

针对小球式旋转直驱压力伺服阀（BRDDPSV）静态测试卡滞问题,建立阀芯运动全局函数,包括基于缝隙流理论建立倾斜阀芯径向力模型,基于Coulomb摩擦理论建立阀肩触壁静摩擦-滑动摩擦模型. 理论解析曲线合理复现了静态测试卡滞问题：偏心驱动下阀芯逆时针旋转倾斜,右侧阀肩触壁,初始静摩擦导致阀芯卡滞,逐渐提升的电流水平克服摩擦形成阀芯运动超调. 为了保证电流指令与控制压力的近似比例特性,阀芯回拉复位,形成重复的正向驱动阀芯卡滞. 基于阀肩不触壁原则,获得阀芯是否卡滞阈值条件. 研究结果表明：增大阀芯与阀套初始半径间隙或减小小球偏离阀芯轴线的初始偏心量,均可以提高阀芯不卡滞的输出压力阈值;对于21 MPa系统压力及0~8 MPa输出压力的实际需求,在不改变其他参数的情况下,将初始半径间隙和初始偏心距分别调整为5.1 μm和0.2 mm,可以在维持原有性能的基础上获得阀芯运动全局不卡滞的最优解.     

浮力对竖直管内热进口段空气对流换热的影响

用数值解析方法对竖直圆管内热进口段空气对流传热时,浮力引起的自然对流以对传热和流动的影响进行了研究,得到了浮力与主流同向和反向两种场合下的速度、流线、壁面剪切应力及努塞尔特数的分布,并在Pe-│Gr/Re│坐标系中给出了因浮力产生的逆向回流区域。研究结果显示：在加热即浮力在与主流同向时,壁面剪切应力和努塞尔特数随Gr/Re的增大而增大,在较高Gr/Re下和中心出现逆流,对象传热系数在出现逆流处达到局部最大值,传热得到强化;冷却即浮力与主流反向时,壁面剪切应力和努塞尔特数随│Gr/Re│的增大而减小,│Gr/Re│较高时管壁处出现逆流,传热系数则在逆流区后端出现极小值,传热减弱。     

Friction resistance for gas flow in smooth microtubes

A new tube-cutting method was used to measure the pressure and Mach number distribution along a microtube of 108.3 μm. Experiments were also performed concerning the average Fanning friction factors of five kinds of microtubes whose diameters range from 80.0 to 166.6 μm. It is found that the pressure distribution in a microtube becomes nonlinear at a high Mach number and the product of measured average Fanning friction factors 75, and Reynolds number Re is higher than 16. Numerical results show that the gas compressibility leads to a variation of the velocity profile from parabolic, and results in a large velocity gradient at the tube inner wall surface. The transition from laminar to turbulence in microtubes also occurs at Re ≈ 2 300, and the phenomenon of early transition is not observed in the experiments.