沟槽面在湍流减阻中的应用

对近些年来的沟槽面湍流减阻技术的工业应用方向 ,沟槽的几何形状和尺度、流场压力梯度、沟槽面放置方式对于沟槽减阻效能的影响 ,沟槽面对于湍流边界层流动特性的影响 ,沟槽面的湍流减阻机理几方面研究进展进行了综述。从湍流拟序结构理论出发提出 :具有减阻效应的沟槽面不但能通过控制低速制条带间距来降低湍流“猝发”频率 ,而且在“猝发”后的高速“下扫”过程中因其几何结构使藏在槽内的安静流体避免或部分避免因高速“下扫”而“诱导”出较大速度剪切层 ,从而实现减阻。同时指出需要利用先进的实验技术如PIV等图像处理手段并结合直接数值模拟对湍流边界层的瞬时流场进行研究 ,以其找出湍流边界层的流动结构及其运动规律。     

圆管内高聚物湍流减阻流动特性研究

高聚物湍流减阻可降低传输过程中的流动阻力和能耗,研究其减阻特性具有工程应用价值。文章采用等效黏度模型和湍流模型,利用计算流体力学方法建立三维模型,结合减阻参数,模拟了流动速度和高聚物浓度等影响高聚物减阻的主要因素,分析了管道内湍流减阻的流动特性及减阻规律。结果表明：圆管管道内高聚物湍流减阻率随减阻参数的增大而增大,其最大减阻率约在50%处,而后减阻效果降低,且管道内流速越大,减阻效果越好;管道中雷诺应力分量、湍动能、涡黏系数、湍流涡耗散随减阻参数的增加逐渐降低,当减阻参数为28时,高聚物湍流减阻效果最好。     

基于LES模拟的微沟槽湍流减阻特性数值研究

湍流减阻对于能源工程领域的节能减排有着重要的意义,沟槽减阻则是其重要方法之一.为研究高雷诺数下沟槽减阻的适用性及其减阻特性,利用大涡模拟(LES)对光滑平板和微米尺度半圆形沟槽结构表面的高雷诺数湍流进行了数值计算,并分析了涡结构分布及其减阻能力.半圆形沟槽既能锁住沟槽谷内流体,使得沟槽上方产生流动滑移,同时通过沟槽尖峰...     

壁面湍流质量注入减阻效应的数值研究

为解释边界层质量注入减少摩擦阻力机理,采用雷诺平均纳维-斯托克斯方程,基于最近发展的的Wilcox k-ω湍流模式,对二维壁湍流质量注入进行了数值研究。计算得到的局部摩擦阻力系数与试验结果比较,表明该模式在该情况下具有较高的精度。在其他参数保持不变的条件下,分有无质量注入2种情况,确认了质量注入会增加边界层厚度的膨胀效应,促进了边界层内湍流的发展程度,解释了减阻效应。通过速度剖面分布、湍动能及涡粘系数的分布比较,有助于加深人们对该流动现象的认识。     

槽道内聚合物减阻流动对数层湍流结构的影响

为深入阐明聚合物减阻剂对壁湍流的影响,试验研究了聚合物槽道减阻流中近壁对数层的湍流特征结构。高分子聚合物溶液经过多孔壁面缓慢注入槽道,采用立体粒子图像测速技术测量对数层中流向与展向平面内3个方向的速度分量,采用二维粒子图像测速技术测量流向与垂直壁面方向平面的速度场。基于条件平均的方法,发现在对数层存在低动量流体的大尺度条带结构,在黏弹性聚合物溶液的影响下,条带在展向方向上扩展,在流向方向上拉伸;条带周围垂直壁面方向的脉动速度强度明显降低,类喷射运动被显著抑制。     

减阻水溶液槽道湍流特性POD分析

为进一步分析减阻水溶液湍流减阻机理,对质量分数为30×10-6十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)水溶液槽道湍流减阻流动进行了实验研究,并基于本征正交分解方法研究减阻水溶液流动中减阻剂对流动结构的影响．结果表明:CTAC水溶液流动在不同雷诺数(15×10⁴、25×10⁴和35×10⁴)下分别具有651％、700％和330％减阻效果;基于本征正交分解方法分析湍流脉动速度场,发现CTAC添加剂能够抑制湍流猝发过程中的低速流体的上喷及高速流体的下扫,即在一定程度上抑制了相干结构的发生及其发展过程,最终导致湍流减阻．     

壁湍流周期性吹吸减阻的实验研究

为了研究局部周期性吹吸小扰动对湍流边界层的影响和湍流相干结构减阻控制机理,用实验方法研究了局部周期性吹吸小扰动与湍流边界层的相互作用.采用热线测速技术精细测量了施加吹扰动前后平板湍流边界层不同法向位置的流向、法向和展向速度分量的时间序列信号;通过测量扰动源下游近壁区域平均速度剖面的变化,发现在扰动下游一定空间范围内,粘性底层增厚和壁面减阻;通过对湍流度变化的分析,发现扰动影响猝发的发生;此外通过对展向平均涡量变化的分析发现,在扰动下游形成了2个定常的、强度相似的、大尺度的展向涡,它们起到流体滚动轴承的作用,减小了壁面摩擦阻力.     

来流湍流度对圆柱绕流特性的影响

采用大涡模拟方法,在雷诺数为1.4?05时,研究来流湍流度对圆柱绕流特性的影响规律。研究表明：湍流度会使得自由剪切层间的相互作用更加剧烈,使得流场的三维特性更为强烈;同时加强了尾流区湍流能量的相互传递,减少能量的耗散,从而延长了回流区长度。随着回流长度的增加,圆柱背风面的平均风压系数得以增大,最终导致圆柱阻力系数随之减小。在尾流湍流得到增强的同时,尾流区会形成多尺度的湍流,从而促使漩涡形成区形成大涡量的漩涡,导致尾流区的漩涡呈现多频率的脱落。     

层流附面层粘性减阻作用分析

以层流附面层的概念，讨论了以聚丙烯酰胺和聚乙二醇为减阻剂的水相管流减阻实验结果，进行了粘性减阻作用分析的初探，给出了描述减阻作用时阻力系数和雷诺数之间关系的数学模型．     

基于数值模拟的2种条纹沟槽减阻特性对比分析

湍流减阻是流体力学研究的热点问题,在诸多湍流减阻方法中,条纹沟槽因其结构简单和使用方便等特点,受到广泛关注。为了探究沟槽形貌对沟槽减阻效果的影响,采用基于大涡模拟的CFD方法,数值研究三角形与梯形沟槽对湍流边界层流场的影响及减阻特性。通过RANS、DES和LES方法分别对光滑槽道湍流进行数值模拟,并与直接数值模拟的结果进行对比,验证了大涡模拟方法的准确性和可行性。基于参考文献的实验结果,对三角形与梯形沟槽湍流边界层流场的积分统计量、一阶统计量和二阶统计量等流场参数进行了对比分析,并通过对减阻率、时均速度、速度脉动均方根、剪应力、湍动能生成项和展向脉动速度等物理参量变化及影响规律研究,探讨了2种条纹沟槽减阻特性,由此得出结论：在相同无量纲条件下,梯形沟槽相较三角形沟槽减阻效果更好。     

沟槽壁面湍流相干结构被动控制的热线测量

沟槽壁面减阻是船舶和管道输运中具有重要应用前景的减阻技术.应用热线测速技术,对沟槽壁面平板湍流边界层的多尺度相干结构被动控制和减阻机理进行了实验测量研究.从壁湍流多尺度相干结构控制的角度分析了沟槽壁面平板湍流边界层的减阻机理.用热线风速仪和双平行丝梯度热线探针测量了风洞中并排放置的沟槽壁面平板及光滑壁面平板湍流边界层在不同法向位置的瞬时流向速度分量及其流向梯度的时间序列信号.用流向速度分量时间序列信号的多尺度子波系数辨识壁湍流多尺度相干结构,用条件采样和相位平均技术提取了壁湍流多尺度相干结构喷射和扫掠时流向速度分茸及流向雷诺应力分量的相位平均波形.对沟槽壁面平板及光滑壁面平板湍流边界层多尺度相干结构的多种统计平均特征进行了比较,分析了沟槽壁面平板及光滑壁面平板湍流边界层中多尺度相干结构的条件相位平均波形、流向湍流强度等统计特征.     

Drag reduction by linear viscosity model in turbulent channel flow of polymer solution

A further numerical study of the theory that the drag reduction in the turbulence is related to the viscosity profile growing linearly with the distance from the wall was performed.The constant viscosity in the Navier-Stokes equations was replaced using this viscosity model.Some drag reduction characteristics were shown comparing with Virk’s phenomenology.The mean velocity and Reynolds stress profiles are consistent with the experimental and direct numerical simulation results.A drag reduction level of 45% was obtained.It is reasonable for this linear viscosity model to explain the mechanism of turbulence drag reduction in some aspects.     

异形纤维过滤器流场及阻力数值分析模型

介绍一个分析异形纤维过滤器流场和阻力模型,通过求解完全的Ｎ－Ｓ方程获得方形纤维矩形模型过滤器内的流场的阻力,与其它方法所获得的结果相比,该方法所获得的流场更具合理性,可用于过滤器内浓度场的计算。     

Thin layer structure of dissipation rate of scalar turbulence

The study of the physics of scalar turbulence is of great importance for understanding the dis-persion, mixing and reaction phenomena in natural environment and engineering. Since the chemical reactions take place in the molecular scale, great attention should be paid to the nature of small-scale fluctuations of scalar turbulence with great intensity. The dissipation rates of scalar turbulence, i.e. ,kkDxxqqqe抖=抖 can reveal the principal properties of small-scale scalar tur-bulence; therefor…     

基于复杂性测度的变矩器流场仿真湍流模型稳健性分析

为研究液力变矩器流场仿真常用湍流模型的稳健性问题,对基于ANSYS/CFX的某液力变矩器流场仿真系统,分别采用15种湍流模型进行抽样计算。并基于蒙特卡罗法,对系统输入变量进行服从正态分布的微小扰动,分别在低速和高速两种计算工况下,对每种湍流模型进行200次抽样。基于复杂性测度理论,将获得的输入输出数据进行了复杂性分析,在此基础上,对仿真系统拓扑结构稳健性和输出变量的稳健性进行了计算,并给出了各种湍流模型稳健性的定量指标。分析结果表明:在变矩器流场性能仿真中,剪应力输运模型的综合稳健性最好。     

Influence of rheological parameters in all drag reduction regimes of turbulent channel flow with polymer additives

The influence of rheological parameters on vortex dynamics and the extent of drag reduction(DR) were deciphered via extensively analyzing the hi-fidelity direct numerical simulation results of the turbulent channel flow with polymer solutions.It has been observed that in all drag reduction regimes from the onset of DR to maximum drag reduction(MDR) limit,the Deborah number is defined as the product of an effective Weissenberg number,and the root mean square streamwise vorticity fluctuation remains O(1) in the near wall region.The ratio of the average lifetime of axial vortices to the vortex rotating duration decreases with increasing DR,and MDR is achieved when these time scales become nearly equal.Based on these observations a simple framework is proposed adequately to describe the influence of polymer additives on the extent of DR from onset to MDR as well as the universality of the MDR in flow systems with polymer additives.     

Drag reduction of flow boiling with polymer additives

Ｓｏｍｅｓｔｕｄｉｅｓｗｅｒｅｄｏｎｅｏｎｐｏｏｌｂｏｉｌｉｎｇｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｏｆａｄｄｉｔｉｖｅａｑｕｅｏｕｓｓｏｌｕｔｉｏｎ ,ｂｕｔｌｉｔｔｌｅｏｎｆｌｏｗｂｏｉｌｉｎｇ[1 3] .Ｔｈｅｕｓｅｄａｄｄｉｔｉｖｅｓａｒｅｓｕｒｆａｃｔａｎｔａｄｄｉｔｉｖｅｓａｎｄｐｏｌｙｍｅｒａｄｄｉｔｉｖｅｓ[1 4] .Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｄｒａｇｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆａｄｄｉｔｉｖｅｓａｒｅｕｓｕａｌｌｙｃｏｎ ｃｅｎｔｒａｔｅｄｏｎｓｉｎｇｌｅｐｈａｓｅｆｌｏｗ[5 ] ,ｏｒｒａｔｈｅｒ,…     

旋成体仿生凹环表面减阻试验分析及数值模拟

通过风洞试验及数值模拟分析了置于旋成体后部的凹环表面结构对其底部阻力、摩擦阻力及激波阻力的影响。马赫数为1.79、基于旋成体最大直径的雷诺数为1.5×106的风洞试验表明:凹环表面可显著减小旋成体的底部阻力,但却增大了包含摩擦阻力和激波阻力的粘性前部阻力。利用SSTk-ω湍流模型对试验优选模型进行了数值模拟,结果表明:凹环内部低速旋转气流产生的涡垫效应和推动效应致使旋成体的摩擦阻力减小了22.4%,凹环还能减弱外部气流对旋成体截尾底部死水区的抽吸作用,显著降低了底部阻力。但由于凹环对气流的扰动增加了激波阻力,故包含底部阻力及激波阻力的压差阻力减小并不显著,仅为0.4%。     

湍流模型下双柱绕流升阻力系数数值模拟

本文使用流体软件FLUENT在RNG κ-ε湍流模型下.取雷诺数Re为20 000,间距比s/d等于1.75,模拟了双柱在串列、并列及两柱中心的连线与水流方向成30°和60°夹角错置这四种工况下的绕流升阻力系数.两圆柱阻力系数随夹角增大而增大,以并列双稳态对应的阻力系数最大.双柱串列时,下游圆柱阻力系数为负,两柱升力合力为0.双柱错置和并列时,两圆柱阻力系数都为正值,每个圆柱的升力合力都不为0,以并列发生双稳态流动时的升力合力最大.