尺度效应对低Reynolds数下微/小柱群通道内对流换热的影响

引言自20世纪90年代,随着超大规模集成电子及微电子机械系统（MEMS）的迅猛发展,其散热问题逐渐成为一个研究热点[1],而柱群结构是解决这一问题的重要方法之一。柱群能大幅增加换热结构的面体比,同时柱之间的相互扰动使流动发生转捩,从而能对高热通量场合进行有效冷却,

基于低Reynolds数k-ε模型的超临界流体对流换热的快速计算模型

基于边界层理论,针对管内变物性湍流流动,建立了一种简单的数值模型,对超临界压力下水在直管内的湍流强制对流换热进行了数值研究。计算结果与实验数据比较表明,该数值模型不仅能正确地反映超临界工况下压力、质量流速和壁面热通量等参数对传热系数的影响,而且整个计算过程简洁而高效;计算中分别应用了两种均由Jones和Launder提出的低Reynolds数k-ε湍流模型(JL模型),发现JL1模型(c_1=1.55)适用于常物性管流,但在模拟超临界工况时计算值比实验值偏低很多;JL2模型(c_1=1.45)明显高估了常物性管流的传热系数,但在模拟超临界工况时在大部分参数范围内有着良好的预测精度。

低Reynolds数净化器除尘效率的计算流体动力学仿真与优化

为研究低浓度下等离子体空气净化器内粒子流动特性以及粒子的捕获过程,建立了静电场、气体流场和粒子运动场耦合的气固两相流Eulerian-Lagrangian混合湍流模型。运用有限差分法计算了多场耦合作用下不同空气流速、施加电压和粒子粒径对粒子运动轨迹的影响。将数值预测与试验结果进行了对比验证,较符合:不同流速(0.5、1.0、2.0 m/s)下的最大偏差为8.9%;不同线电压(6.8、7.2、7.6 kV)下的最大偏差是3.8%;不同粒径(2、5、10μm)下的最大偏差是6.8%,研究论证了该模型能较好地模拟除尘过程,在指导小型家用净化设备的设计和优化过程中有一定的应用前景。

Reynolds数对大攻角细长旋成体绕流滚转角效应影响的数值研究

使用低耗散的Roe格式,数值模拟了Reynolds数(Re)对大攻角细长旋成体绕流滚转角效应的影响。模型头部加了几何小扰动块以引发流场的不对称。在较大的Re数(Re=105)下,本文的计算结果与实验是相符的,此时细长体的滚转会导致双稳态、双周期现象,即侧向力随滚转角呈现类似方波形式的双周期变化,方波中侧向力基本保持不变的状态对应于流场的正则态,且两个正则态的侧向力方向相反,方波中侧向力基本保持不变的状态对应于流场的正则态,且两个正则态的侧向力方向相反;而在较小的Re数(Re=4000)下,如果扰动足够大,细长体的滚转将导致不同的双稳态现象,此时两个正则态的侧向力方向相同,而在较小扰动下双稳态现象不再出现;Re数更小时(Re=1000),即使在较大的扰动下,双稳态现象也不再出现,侧向力随滚动角仍是连续变化的。本文的计算结果表明,Re数越小,流场对头部扰动的感受性越弱。

飞行器低Reynolds数层流分离理论探讨

低Reynolds数流动由于自身特点导致气动特性严重恶化,非定常、非线性效应突出且预测困难,加之相关基础理论研究不足,给以临近空间低速飞行器和高性能微小型飞行器为代表的低Reynolds数飞行器的开发和研制带来了瓶颈和挑战.首先概述了飞行器低Reynolds数的范畴、低Reynolds数空气动力学的主要问题与挑战.随后从低Reynolds数层流分离基础理论出发,依次介绍了低Reynolds数层流分离经典理论、低Reynolds数层流分离非定常流动特性、低Reynolds数后缘层流分离泡.在此基础上,通过对经典长层流分离泡与后缘层流分离泡力学特性的差异以及随攻角和Reynolds数的演化规律的详细分析,逐步揭示了一些低Reynolds数复杂气动效应的本质,如小攻角升力系数的非线性效应,翼型随Reynolds数下降气动特性的二次恶化效应等.最后对低Reynolds数流动基础理论的发展过程进行了总结,并对层流分离诱导转捩及再附效应等复杂流动问题进行了展望.

非定常流动情况下Womersley数和Reynolds数对腹主动脉瘤流动的影响

目的 讨论非定常流动情况下 ,各参数对管壁压力和壁面切应力的影响 ,进而分析血液流动对内皮细胞和血管弹性的影响。方法 应用两维对称模型模拟腹主动脉瘤中的非定常流动。结果 Womersley数和Reynolds数越大 ,流动状态越复杂 ,涡的强度越大 ,对壁面切应力和压力都有很大的影响。结论 壁面切应力和压力长期且快速的改变对内皮细胞和血管的强度产生影响 ,进而影响到动脉瘤的形成。

中等Reynolds数线性剪切泡状流的液相雷诺应力

Analytical investigation of liquid Reynolds stress in shear bubbly flow with intermediate Reynolds numbers is absent.In this paper, the velocity field around a sphere bubble in linear shear liquid is assumed to be the linear superposition of the velocity field of uniform liquid passing a sphere bubble and the linear shear velocity field.The formula of shear liquid Reynolds stress was derived by averaging the velocity field in the cell-ensemble averaging method, and the formula was corrected under conditions of intermediate Reynolds number.The formula was compared with that of Sato, and the predicted results of local liquid velocity of the fully developed upward bubbly flow in pipes were compared with the experimental data.The results show that the formula is valid and accurate in prediction.

三角槽道低Reynolds数脉动流的流动特性分析

以水为工质对三角槽道低Reynolds数脉动流的流动特性进行了实验研究与理论分析。通过流动实验,分析了Reynolds数(Re)、Womersley数(W)、脉动振幅(A)等参数对流动阻力的影响。同时,建立了脉动流压降的数学模型,从理论层面解析了各脉动参数对流动阻力产生影响的作用机理,揭示了瞬时流速曲线与瞬时压降曲线之间相位差产生的原因。研究发现,相较于稳态流,脉动流会增加流动阻力,这是因为脉动流压降方程中存在三角函数项Δp_r,其周期平均值P始终大于0;就脉动参数而言,W对总压降的形阻压降部分影响较为显著,而A与总压降呈正相关;相位差的产生是由于总压降方程中存在加速度压降,而相位差的大小取决于沿程阻力、形阻压降、加速度压降三者对总压降波动的影响程度。

低Reynolds数下双层液膜的空间-时间不稳定性研究

分析了黏性分层双液体薄膜在空间-时间发展扰动下不稳定的触发状况.已有的研究结果给出了在零Reynolds数极限情况下,流动在时间发展模式下不稳定的论断,而这里的空间-时间发展理论却表明,在同一极限下,液膜的流动其实是中性稳定的.该文分析了这种差异及造成差异的原因.通过对能量方程的研究还找到了一种在时间发展模式下没有发现的新不稳定机制,并将这种机制与扰动对流现象的非Galilei不变性相关联.

过渡Reynolds数下Stokes层的间歇湍流特性

针对典型的过渡Reynolds数Re=495,以壁面的表面粗糙度为激励,用数值模拟的方法研究了Stokes层的间歇湍流特性,分别从壁面平均速度梯度、平均速度剖面以及Reynolds应力等方面进行了分析.发现平均速度剖面在一个周期的大部分相位下并不符合对数律,只有减速阶段的极少数相位处与对数律符合得较好;将Reynolds应力与不可压缩边界层的结果进行了对比,发现两者从分布上很相似,包括峰值大小及位置,但二者在湍流核心区存在较大的差异.以上特性显示出Stokes层过渡阶段间歇湍流的强非平衡性.

超声速气膜气动光学效应与Reynolds数相互关系实验研究

目前,随着相关项目研究的不断推进,如何在高Reynolds数下研究其对气动光学效应的影响成为重要命题.通过设计变Reynolds数气动光学效应实验平台,模拟的单位Reynolds数可以在7.2×10~6~2.2×10~8m^(-1)范围内变化.搭建的基于背景纹影(background oriented schlieren,BOS)的波前测试系统可以达到6 ns的时间分辨率.此系统测量的平凸透镜波前结果表明:实验测量结果与理论计算结果的误差在±4%以内.通过测量9种不同Reynolds数下的超声速气膜瞬态波前数据,分析结果表明:在高Reynolds数条件下,Reynolds数对于超声速气膜气动光学效应的影响比较明显,通过对实验数据进行函数拟合发现OPD_(rms)∝Re(0.88),与推导结果 OPD_(rms)∝Re^(0.9)十分接近;利用小波分析方法研究了高Reynolds数条件下气动光学效应沿流向的分布特征,发现OPDrms的低频部分(信号的主体)先降低后升高,但是高频部分的震荡幅度先升后降.分析认为OPD_(rms)的低频部分主要受到流场整体结构的影响,而高频部分更多地受到涡的空间分布影响.

低Reynolds数翼型绕流主动控制技术

在低Reynolds数条件下翼型绕流的上表面边界层由于抗逆压梯度能力变差容易发生流动分离从而形成长层流分离泡.分离泡通常是非定常的会诱发边界层的转捩、再附并形成湍流边界层.这个过程会使翼型的气动性能急剧下降并伴随着强非线性效应.转捩后形成的湍流边界层也会产生高摩擦阻力.针对这种现象文章以NACA0012翼型为例通过隐式大涡模拟研究了有效的主动控制方案.为了统一分离控制技术和湍流边界层减阻技术研究了在平板或槽道湍流中取得较好控制效果的壁面垂向反向控制方案.首先利用隐式大涡模拟研究了低Reynolds数条件下NACA0012翼型绕流的流场特征.其次分析并验证了反向控制方案在分离区控制流场的可行性发现反向控制在分离区的作用相当于基于流场信息的壁面抽吸控制且控制具有实时性和高效性控制抽吸了前缘的低能流体使得翼型前缘附面层变薄并增强了其抗逆压梯度的能力较大程度提高了翼型的气动性能.最后在湍流边界层验证了其减阻控制效果发现反向控制阻断了流向涡的法向输运抑制了涡结构的发展并减弱了猝发过程使得湍流的高摩阻力得到了有效降低.

Reynolds数对方腔流谱结构的影响

为了研究方腔流场的谱结构及Reynolds数对谱结构的影响,利用粒子图像测速技术(PIV)得到不同Reynolds数下方腔中垂面的二维流速场的时间序列,并对速度场进行能谱及本征正交分解(POD)分析。研究结果表明:方腔流场的能谱高值区主要集中在低频段,随着频率的增大能谱值不断减小。Reynolds数的增大,导致优势频率不断增大,能量由低频向高频转移,白噪声的能量不断增加,能谱可分辨范围不断减小。由POD分解可知,瞬时流场的能量基本集中在一阶模态,而脉动流场的能量在各阶模态分布较为均匀。随着Reynolds数的增大,一阶模态的含能比例递减,各阶模态投影系数的能谱逐渐变为白噪声,反映出方腔流场的无序性增加,能量逐渐从大尺度结构(低阶模态)向小尺度结构(高阶模态)传递。来流层流与紊流的POD分解模态投影系数的能谱具有不同的分布规律,层流能谱始终存在优势频率,而紊流能谱基本为白噪声。

低Reynolds数NACA0012翼型绕流的流动特性分析

在水槽中应用PIV测速技术研究了NACA0012翼型在Reynolds数为8200时的流动特性,重点关注了翼型绕流结构中主频和扰动增长速率随迎角的变化。结果表明,分离剪切层的扰动增长符合指数规律;且随着迎角的增大,转捩过程加速,表现为扰动增长率逐渐增大,转捩的起始位置逐渐向上游移动。在所有实验迎角情况下,流场均由脱落旋涡主导,但其主导作用随着迎角的增大而削弱。

并行多重网格算法求解高Reynolds数不可压Navier-Stokes方程

Parallel multigrid computations for high Reynolds Steady-state incompressible enterring flows and recirculating flows Navier-Stokes equations are organized in this paper.Based on the existed successful serial algorithms, combined with the typical numerical examples, we carefully analyzed the decrements of numerical convergence rates and the increaments of parallel efficiencies owing to the introductions of Schwarz parallelizations suitable for grid partitioning to obtain large granularity parallelism. Detail parallel numerical performence results

流体动力学中不连续源项大Reynolds数问题的有限体积法

讨论不连续源项大Reynolds数问题,引入2种非均匀网格技术,应用有限体积法构造了数值方法:Sh-ishkin型有限体积法和多过渡点型有限体积法.数值实验显示,2种方法都较好地模拟了边界层和内部层的性质,具有一致收敛的计算效果;多过渡点型有限体积法明显优于Farrell所提出的Shishkin有限差分法.

大Reynolds数液滴Marangoni迁移的空间实验装置

讨论了液滴热毛细迁移的空间实验装置,该实验是中国神舟号飞船中的一个项目.与国际上同类装置比较,它具有不需要宇航员直接操作,依靠程序自动控制及遥科学手段完成全部科学实验的能力.它不仅能完成大Reynolds数的液滴迁移实验,而且在这类空间装置上使用了等厚型光学干涉系统.

大Reynolds数Navier-Stokes方程带回溯技巧的两水平方法

本文考虑了一种求解大Reynolds数定常Navier-Stokes方程带回溯(backtracking)技巧的两水平有限元方法.其基本思想是,首先在一粗网格上求解带有亚格子模型稳定项的Navier-Stokes方程,然后在细网格上求解一个亚格子模型稳定化的线性Newton问题,最后又回到粗网格上求解线性化的校正问题.通过适当的稳定化参数和粗细网格尺寸的选取,本文的算法能取得最优渐近收敛阶.数值实验检验了理论分析的正确性和算法的有效性.

Poiseuille流在大Reynolds数管道中的非线性稳定性

本文通过柱坐标下无涡流向量场Helmholtz-Leray投影的定义,获得了大Reynolds数时NavierStokes方程关于管道Poiseuille流线性化算子谱的估计,进而利用半群理论得到了方程关于Poiseuille流的非线性稳定性.

垂直锐边孔口的自由出流特性(Ⅰ) 流动状态和孔结构参数对孔流系数的影响

通过实验,考察了Reynolds数、液层高等操作参数和孔径、板厚等结构参数对垂直锐边孔口自由出流特性的影响。在此基础上,根据孔流系数曲线的不同规律,将孔流机理划分为"大孔机理"和"小孔机理",并对孔流曲线进行了分区讨论,借助边界层理论,探讨了这两类孔流过程的机械能损失差异以及孔流曲线在不同操作区的机械能损失差异。