对工程流体力学中临界雷诺数使用的讨论

雷诺数是流体力学中很重要的粘性力相似准数,它是分析流体流动状态和研究流体摩擦阻力的基础。但教材和专著中对其介绍,有的不仔细,有的甚至是错误的,以至影响教学和工程应用。根据几年来工程流体力学教学中应用的几本教材并查阅部分资料总结写成此文,望对教材的编写和工程中对雷诺数的应用有所帮助。     

台阶突扩三维粘性流动数值模拟

利用三维粘性流动数学模型，研究了台阶突扩流动的三维特性。不同的雷诺数Re情况下，计算所得的流态、流速和压力分布与B.F.Amarly等的试验和计算结果相吻合，表明所建立的三维粘性流动数学模型具有较强的模拟能力和较高的计算精度。     

以工程流体力学中临界雷诺数使用的讨论

雷诺数是流体力学中很重要的粘性力相似准数，它是分析流体流动状态和研究流体摩擦阻力的基础，但教材和专著中对其介绍，有的不仔细，有的甚至是错误的，以到影响教学和工程应用，根据几年来工程流体力学教学中应用的几本教材并查阅部分资料总结写成此文，望对教材的编写和工程中对雷诺数的应用有所帮助。     

推导式变组分气体质量流量计的原理与现场验证

干气是石化行业重要的物料，对其进行准确计量具有重要意义。但其是典型的变组分气体，不能采用恒定组分气体质量流量的测量方法。推导式气体质量流量计，用涡街流量传感器测量工况条件下的体积流量，用旋涡发生体前后的压差计算流量计出口侧气体密度，经计算得到质量流量，从而解决了变组分气体质量流量测量难题。文章阐述了测量管内气体雷诺数影响校正、可膨胀性补偿，以及设计计算、计量检定方法和安装调试。实践表明，这种方法简单可靠，相比科氏力质量流量计可显著节省投资。     

宽厚比为2:1的圆角矩形断面气动特性的雷诺数效应试验研究

矩形断面在实际工程中应用广泛，对其角部进行圆角化处理可有效减小风荷载并改善风致振动性能，然而圆角矩形断面的气动特性存在明显的雷诺数效应。为研究宽厚比为2:1的圆角矩形断面气动特性的雷诺数效应，减小在这类断面结构的风荷载和风致振动分析中因雷诺数原因引起的误差，对5种不同圆角率(0.1、0.2、0.3、0.4和0.5)的刚性模型进行了测压风洞试验，试验雷诺数范围为0.8×10⁵～3.6×10⁵。通过风洞试验得到并分析了不同圆角率矩形断面的平均阻力系数、平均风压系数和斯特罗哈数随雷诺数的变化规律，并与标准矩形断面进行对比。研究结果表明：不同于标准矩形断面，5种圆角矩形断面的气动特性均表现了一定的雷诺数效应，这种雷诺数效应随圆角率的增大先增强后减弱，当圆角率为0.2时最强，其在雷诺数为2.8×10⁵时发生了明显跳跃；不同圆角矩形断面的平均阻力系数均随雷诺数的增加而减小。与其它位置相比，圆角矩形断面侧面和圆角位置处的风压系数受雷诺数影响更明显，其中圆角位置处最为显著。圆角矩形断面的斯特罗哈数在圆角率为0.1时基本稳定在0.22左右...     

超临界CO2在水平螺旋凹槽管中传热和压降特性的数值研究

采用RNG K-ε模型对超临界CO₂在水平螺旋凹槽管和光管管内的冷却换热特性进行了数值模拟，并对速度场、温度场及涡量进行了对比分析，证明了螺旋凹槽管比光管具有更好的换热性能。探究了在不同入口雷诺数、入口压力及有无浮升力条件下，螺旋凹槽管整体换热性能的变化。结果显示：螺旋凹槽管的换热系数随着入口雷诺数的增大而增大，而在不同入口压力下，换热系数与比热容的变化趋势一致；在不同入口压力和入口雷诺数条件下，螺旋凹槽管的换热系数都在拟临界温度附近达到最大值；有浮升力可以增强换热强度，且主要表现在拟临界温度附近，随着雷诺数增大，重力引起的浮升力效应更明显；压降随着入口压力和入口雷诺数的增大而增大，随温度单调降低，随着超临界CO₂温度的升高，低温状态下压降急剧降低，在拟临界温度后开始缓慢变化。     

岩石粗糙裂隙渗流试验模型研究

分析岩石裂隙渗流对评价岩体工程安全性有重要意义。通过三维结构光学扫描仪扫描岩石裂隙表面测得三维坐标点并可视化重构，采用节理粗糙度系数和形貌统计等参数定量描述岩石裂隙粗糙程度和起伏特征。试验研究发现，当增大渗透压力梯度时，岩石裂隙渗流将由线性渗流转变为非线性渗流，采用Forchheimer公式能较好拟合这一过程。引入非线性因子E,求得临界非线性流的阈值和雷诺数。引入动量相对损失量—欧拉数来描述裂隙渗流过程中的流体能量演化规律，发现欧拉数呈先急速下降后逐渐趋于稳定的趋势。研究成果对实际工程具有一定指导意义。     

前缘分布式粗糙带对风力机翼型气动性能的影响

基于翼型粗糙容忍度，采用三维建模方法模拟分布式粗糙元，代替传统粗糙带，并利用3D打印技术打印粗糙前缘模型。通过风洞测试，得到前缘粗糙的18%厚度风力机翼型气动性能数据。测试结果表明，随着雷诺数的增加，翼型的升力系数增加。前缘粗糙会导致翼型的最大升力系数减小，阻力系数上升，最大升阻比减小，失速攻角提前。同时，相同粗糙水平下，相较于前缘凸起，前缘凹坑粗糙方式对风力机翼型气动性能影响较小。     

直角网格壁函数的二维高雷诺数机翼绕流计算

针对传统直角网格方法无法准确计算高雷诺数下近壁面区域的流场及剪切应力问题，本文基于自主开发的二维直角网格CFD求解器，采用添加壁面函数的方式模拟了高雷诺数下的机翼绕流。数值模型基于直角网格有限差分方法对N-S方程进行离散，整体求解器的精度在空间和时间上分别达到二阶。通过对低雷诺数下圆柱绕流及机翼绕流的模拟计算，验证了此求解器的精度和可靠性。在高雷诺数下利用壁面函数修正近壁面的速度剖面，使近壁面区域的速度分布更符合实际流动。研究结果表明：本文方法能够有效求解二维高雷诺数机翼绕流问题。同时利用商业计算流体力学软件Star-CCM+采用贴体网格对同样问题进行模拟，数值模拟结果表明本文方法的网格需求要大于贴体网格。