润滑脂在钢管中流动的壁滑移实验和研究

根据Mooney方法按边界层理论建立了研究管道流动的两个基本公式:壁滑移速度是由管壁的粗糙度和材料决定,不随管径变化;扣除壁滑移后的真实流变模型与管径无关.研究了润滑脂粘弹性、触变性、壁滑移等因素对流变特性的影响,研制了适宜壁滑移研究的高精度管流流变仪,制定了合理的实验步骤和测试方法,尽量消除其他因素的影响,分离壁滑移流动;在3种直径的钢管中进行流变试验,验证了两个基本公式,建立了适应任一管径流动阻力方程,计算各种管路的压降;证实了管径越小减阻效果越好,但管径小流动阻力大,应合理选择管径;减阻效果还与壁滑移速度成正比,提出了研究管壁与壁滑移速度关系的新课题.为在润滑脂集中润滑系统中研究管道输送特性提供了理论和实验基础.     

润滑脂在钢管中流动的壁滑移研究

通过理论分析与实验研究，首次证实了管内流动的润滑脂在所实验的剪切速率范围内均有壁滑移现象；根据润滑脂的分子结构分析了壁滑移产生的机理；由实测数据，根据Mooney方法按边界层理论得出了壁滑移速度的大小；分析了剪应力、管径等对壁滑移的影响；在对Robinowitsch-Mooney方程进行改进的基础上，建立了扣除壁滑移后的流动模型和流变模型；讨论了壁滑移对管道流动的减阻效果和弹流润滑的作用．     

润滑脂管内流动产生壁滑移时的动能修正系数

通过理论分析与实验研究,证实了管内流动的润滑脂在所实验的剪切速率范围内均产生壁滑移现象;以含壁滑移影响的流变方程为基础,推导了动能修正系数理论公式;为了工程应用方便,根据理论公式的量纲分析和实验总结,首次建立了含有壁滑移影响的动能修正系数准则方程,该准则方程简单实用,与理论公式较吻合,且适用于实验范围内的不同管径,为研究润滑脂集中润滑系统的管道流动特性提供了一种新的简便方法;它不仅适用于有壁滑移的Herschel—Bulkley流体,也适用于有壁滑移的宾汉流体和幂律流体。     

疏水纳米通道内微流动数值计算方法研究

疏水表面水下减阻研究是当前减阻研究领域的热门课题之一,该类表面一般分布着微纳米尺度的微结构,其附近流动属微流动问题。以疏水纳米通道内微流动为例,探索了将现有微流动相关理论和方法应用于疏水性表面减阻研究的可行性,并结合疏水表面界面特性,给出了疏水纳米通道内微流动的分子动力学数值计算方法(MDS)。其中,在数学模型中,统计系综为正则系综(NVT),势能函数采用Lennard-Jones模型,壁面设定为刚性壁面,壁面疏水性则通过在势能函数中引入修正因子来表征;而在数值计算中,温度校正使用速度标定法,牛顿运动方程求解则采用Verlet算法。实例计算结果表明,疏水微通道内流体密度呈现内高、外低的振荡型对称分布特点,且随着壁面疏水性的增强,振荡程度减弱;同时疏水壁面处存在滑移现象,且滑移量随壁面疏水性增强而增大。     

海豚绕流平面流动模型的阻力计算

为解决海豚减阻的机理,本文给出了海豚体外的平面二维流动模型的阻力计算。计算结果表明,在该流动模型下,海豚表皮产生的波动以及由它诱导出的旋涡确有减阻作用。根据动量定理,仿照 K'arma'n 的方法,计算了海豚表皮所受的阻力。并进一步获得阻力与海豚速度、海豚表皮波波速、波长等物理量之间的关系。所得的这些理论结果表明:它们与国外对海豚或柔软壁减阻机理研究,中出现的一些规律相吻合,且能解释他们发现的而不能解释的一些现象。从而给出了海豚减阻原因的一个可能的理论解释。     

三角形微沟槽飞艇蒙皮表面的流场分析

微米尺度的沟槽是临近空间飞艇大面积减阻的一种可行的减阻形式．以临近空间飞艇减阻为研究背景,通过采用k-ω SST湍流模式,对微米尺度的三角形沟槽进行了流场分析,得到了三角形沟槽壁面流的速度场和压力场． 通过计算不同尺寸三角形微沟槽的减阻率和沟槽内的流线形状,分析了微米尺度沟槽的减阻机理和不同沟槽尺寸对减阻能力的影响．研究表明,沟槽内的流线形状对沟槽的减阻能力有重要影响,尺寸合适的沟槽可以减小流体和壁面之间的切应力,减小流动阻力,对临近空间飞艇的蒙皮设计和减阻研究提供了一定参考．     

活性剂对水下航行体减阻特性的影响

为减小水下航行体的阻力,研究通活性剂溶液的水下航行体湍流减阻的流动特性.通过从航行体头部向航行体边界通活性剂溶液的方法,分别对不同质量浓度和不同速度情况进行减阻实验研究,并分析了不同攻角下活性剂溶液对阻力和升力的影响.实验中活性剂溶液质量浓度分别为200、400、600、800和1 000 mg/L,流速为4~10 m/s,对比分析了阻力系数.实验结果表明:在活性剂溶液质量浓度为200 mg/L时航行体减阻效果较弱,当活性剂溶液质量浓度增加到1 000 mg/L时,减阻百分比高达40.8%;在活性剂质量浓度为1 000 mg/L时,当水流速度从4 m/s逐渐增大到10 m/s,减阻百分比在12.5%和40.8%之间变化;活性剂对有攻角的航行体仍然有减阻效果并且对升力产生较小影响.     

双分散多孔介质平板微通道中的气体滑流分析

基于双速度Brinkman-extended Darcy动量模型,分析了气体在双分散多孔介质(BDPM)平板微通道内的强迫对流及其稀薄效应对流动阻力的影响.当孔隙流体在双分散多孔介质内作高速流动时,f相和p相流场相互耦合,且本质上受四阶微分方程控制.采用正常模式降阶法导得原控制方程的二阶解耦形式及其速度分布解析解.计算结果表明,随着稀薄效应的增强,滑移速度增大而流动阻力减小.     

小细管流动阻力测试方法实验研究

提出了一种非定常、小流量的流动阻力测试方法，然后按照该方法建立了小细管流动阻力测试实验其测试过程的控制和实验数据的整理都由计算机完成，最后，通过单一管径的清水标定实验和不同管径流动特性对比实验验证了该方法的可行性和实验台的可靠性，实验结果表明，小细管流动阻力测试方法用于低雷诺数流动实验时具有较高的精度，适于高成本流体流动特性实验研究。     

辽河稠油减阻实验研究

通过对江河稠油减阻实验研究结果进行全面的分析，探讨了减阻技术应用于辽河稠油管道输送的可行性．实验结果表明，对江河稠油加入30～60μg／g的EP减阻剂，其减阻率其减阻率可达到7．5％左右，增输率在4.4％左右；减阻率随减阻剂添加量的增加而增加，但减阻剂浓度达到一定后，减阻率提高缓慢；在管径相同的条件下，减阻效果随着雷诺数的提高而增加；在相同的加药量和雷诺数的条件下，随着管径减小，减阻效果有所增加．     

洞塞对表面活性剂减阻管流阻力特性的影响

为探究单洞塞对表面活性剂减阻水溶液管流阻力特性的影响,采用不同孔径比和长径比的洞塞 以及不同浓度减阻剂水溶液,实验测试了不同工况下的局部阻力损失和沿程阻力损失并与纯水的相应结果进 行比对。研究结果表明：随着减阻水溶液浓度的增大,洞塞的局部阻力系数的拐点向后平移,减阻雷诺数范 围越大,局部阻力减阻持续的雷诺数范围越宽。在洞塞直径对管直径比一定的条件下,洞塞长度对管直径比 较小时,局部阻力较大;而洞塞长度对管直径比较大时,局部阻力较小。在长径比一定的条件下,局部阻力 随洞塞孔径比的增大而减小,且在洞塞下游,减阻水溶液再次形成具有稳定减阻效果的流动所需要的再发展 距离随着洞塞孔径比而减小。     

Optimum Approximate Solution of Herschel-Bulkley Fluid Formula

During calculating the fluid resistence with Herschel-Bulkley formula, the deviation is very large in some regions. In order to decrease the deviation, the optimized parameters of approximate solution are obtained through mathematic analysis and 3-D optimization calculation. In the close region of relative radius of the core flow, the continuity of deviation is determined with the limit methods. By analysis, the results indicate that the deviation in the area around the discontinuous nodes is very large; the deviation is the function of fluid parameters, approximate solution parameters and the relative radius of the core flow. While the fluid parameters keep certain, the 3-D figures of the deviation are drawn. The slice plane is used to seek the extremums of multi-peaks surface; The optimized parameters of approximate formula make the approximate formula in the regions of the certain deviation. The available area of relative radius of the core flow increases by 43.2%. It is more valuable for the calculation of flow resistance in pipe transportation.     

天然气管道肋条减阻数值分析

随着清洁能源的广泛应用,提高输气管道的输送效率成为热点问题,其中降低管输过程中的摩擦阻力至关重要。为探究三角形肋条在输气管道减阻中的应用效果,利用ANSYS-FLUENT软件对光滑管道和肋条管道中的湍流流动进行了数值模拟。结果表明,在近壁区域,肋条管道与光滑管道的速度剖面相差较大,主流区域相差较小,肋条结构的减阻效果主要基于近壁面;肋条结构将漩涡推离壁面,使肋底充满低速流体,降低近壁面处动量交换,减小摩擦阻力;与光滑壁面相比,尺寸为s=h=0.516 5 mm的肋条具有4.38%的减阻效果。     

掺气非牛顿浆体圆管轴对称层流的理论分析

本文分析了圆管中宾汉浆体和伪塑性浆体与气体混合物的轴对称层流。结果表明,由于掺入气体改善了浆体的流动性,浆体的流速和流量增加,而压力损失减小。该减阻效果随着宾汉屈服准数增大(或伪塑性幂指数减小)而更显著。同时由于掺气减少了静压差,管道上升坡度促使掺气浆体的总压降进一步减小,而当下降坡度超过某限度时,掺气反而使总压降增大。     

非牛顿流体在圆管中层流-紊流分层流动规律

提出了研究圆管中分层汉动的新模型,并利用该模型研究了非牛顿流体在圆管中层流－紊流分层流动,得出了速度场的解析分布式,最后,研究了分层流动的阻力规律,为分层掺气减阻提供了理论依据,研究表明,分层掺气可以实现有效的减阻。     

通气超空泡洞壁影响及其比尺效应数值模拟

基于RANS方程,采用分相流模型和SST湍流模型,考虑了水-气两相之间的相互作用及重力效应,对通气超空泡的洞壁影响及其比尺效应进行了研究.研究了不同湍流模型对通气率的影响,通过数值模拟复现了通气超空泡在不同通气率条件下的发展过程,比较了水洞中不同模型比例和无界流场中在空泡形态和阻力上的差别.研究结果表明,小比例模型在空...