Effects of chemical reactions on MHD micropolar fluid flow past a vertical plate in slip-flow regime

Heat and mass transfer effects on the unsteady flow of a micropolar fluid through a porous medium bounded by a semi-infinite vertical plate in a slip-flow regime are studied taking into account a homogeneous chemical reaction of the first order. A uniform magnetic field acts perpendicular to the porous surface absorb micropolar fluid with a suction velocity varying with time. The free stream velocity follows an exponentially increasing or decreasing small perturbation law. Using the approximate method, the expressions for the velocity microrotation, temperature, and concentration are obtained. Futher, the results of the skin friction coefficient, the couple stress coefficient, and the rate of heat and mass transfer at the wall are presented with various values of fluid properties and flow conditions.

基于滑速比的空泡份额预测模型综述与评价

空泡份额是气液两相流中的一个重要参数,与流场的流型、压降、换热等都有密切联系。空泡份额的预测方法很多,其中基于滑速比的预测方法应用最为广泛。然而,实验上很难准确获得滑速比的变化规律,相关的理论研究也较缺乏,使得预测模型间的准确度相差较大。因此,有必要结合多项指标对现有的滑速比模型开展综合评价。基于此,本文整理了8个滑速比模型,收集了380组空气-水的两相流实验数据,采用误差分析法和灰色关联法对这些滑速比模型的整体性能进行综合评价,评价指标包括平均绝对误差、均方根误差、误差频率分布和灰色关联度。结果表明,对于空气-水气液两相流,在空泡份额的全范围(0<α<1)内,Chisholm公式的整体性能最好。受流型的影响,不同空泡份额范围内各公式的性能存在差异,低空泡份额范围(0<α<0.3)内现有公式的准确度均较低,不推荐基于滑速比模型去预测空泡份额,而在中等空泡份额范围(0.3<α<0.7)内Lockhart&Martinelli公式的整体性能更好,高空泡份额范围(0.7<α<1)内Chisholm公式的整体性能更好。

疏浚管道粗砂输送特性及最佳流态研究

在疏浚管道输送粗砂砾石等粗大颗粒时,由于粒径构成复杂、浓度和局部阻力波动较大等因素,容易造成输送效率低、淤积堵塞和施工操作困难等问题。为实现粗大颗粒物料的安全高效输送,以中值粒径0.82 mm的粗砂为研究对象,在不同浓度和流速下进行管道输送试验,对粗砂的流态、沿程阻力损失、临界流速和滑移比(输送效率)等特性进行研究,根据疏浚施工要求确定输送时的最佳流态及对应的流速区间,该流态具有不易堵塞、输送稳定性高、输送效率高和磨损较小等优点。泥沙输送特性研究成果及最佳流态确定方法对粗大颗粒的安全、稳定、高效输送具有一定的理论参考和实际应用价值。

不同分数导数下Maxwell杂化纳米流体流动和传热变化的灵敏度分析

研究多孔介质中垂直拉伸板引起的分数阶Maxwell杂化纳米流体流动与传热现象,并考虑二阶滑移边界条件.利用分数阶剪应力和分数阶Fourier定律构建边界层控制方程.然后采用有限差分结合L1算法进行数值求解,并详细讨论分数导数参数增大时,各物理参数对该流体流动与传热影响的灵敏度变化.结果表明,Darcy数和滑移参数对平均表面摩擦系数的影响,以及滑移参数对平均Nusselt数的影响,对速度分数导数比对温度分数导数更敏感.Darcy数对平均Nusselt数的影响只对温度分数导数敏感,与速度分数导数几乎无关.此外,一阶滑移参数比二阶滑移参数对流动和传热的影响更大.

纳米限域Couette流边界气泡减阻机理

气泡减阻技术对于提高水下航行器推进效率,降低航行过程中的综合能耗具有重要意义.本文采用分子动力学方法研究了气-液两相Couette流在平行壁板纳米通道内的流动特性和气泡边界减阻特性,分析了表面润湿性、壁面粗糙度和气体浓度对边界滑移速度和减阻效果的影响规律.研究结果表明:气泡减阻效果随边界滑移速度的增大而增强;在气-液两相流动区域,随着剪切速度的增大,边界吸附气泡的横向变形和边界滑移速度增大,边界气泡减阻效果增强.固-气相互作用强度和气体浓度增大均导致气体原子在近壁面的富集现象增强,提高了壁面上气泡的铺展特性,从而增大了固-液界面滑移速度.壁面粗糙度会改变气泡的铺展特性,影响边界滑移速度,进而改变流固界面减阻效果;随着肋高的增大,气体原子在肋条间凹槽中聚集,肋条上表面气体原子吸附量减少,导致固-液界面边界滑移速度减小,并最终降低了减阻效果.研究结果将对大型舰船和水下航行器边界减阻技术提供重要理论指导.

穿越液化流滑区盾构隧道纵向非线性地震响应研究

为了明确场地液化流滑区越江跨海盾构隧道结构的抗震性能,以宽河谷微倾斜可液化场地在不同地震动强度下土层的位移时程作为输入地层震动状态,并基于广义反应位移法,建立了4.8 km精细化梁-弹簧盾构隧道模型,研究了场地液化流滑对盾构隧道纵向地震响应和相邻管环纵向张开量的影响。研究结果表明:场地的液化流滑将导致盾构隧道产生极大的环间纵向张开量、截面拉力和压力突变,充分说明了场地流滑对隧道结构地震安全的危害性;盾构隧道损害严重位置处均位于液化土层的滑动面;沿轴线的弯矩变化曲线与加速度放大系数曲线和河谷地形具有一致性,且曲线在液化区呈现出明显的突变现象。

基于滑移流模型的真空容器内羽流流场数值仿真

预示真空容器内羽流的力、热分布规律是制定大型真空羽流试验方案、提升试验环境模拟有效性的关键前提之一。针对“嫦娥七号”飞跃器点火试验,利用考虑H_(2)O与CO_(2)吸附的滑移流计算流体力学(CFD)方法,对真空容器内羽流流场压力、温度及气体组分时空分布的初期变化进行了仿真计算。结果表明,流场整体温度与H_(2)O组分质量分数均随时间推移呈急剧上升后平稳下降趋势,而压力则随时间推移呈波动上升趋势。基于该结论提出了试验优化建议。该方法为真空容器内羽流流场仿真提供了新思路,可为后续相关试验方案设计提供支撑。

黄土地震滑坡运动特征研究——以海原特大地震诱发滑坡为例

基于1920年海原81/2级特大地震诱发的568处典型黄土滑坡,从方向性特征、远程滑移特征以及流滑特征等3个方面探究黄土地震滑坡运动特征,主要结论如下:(1)海原地震诱发黄土滑坡主滑方向集中于60°~90°和270°~300°两个区间,与斜坡坡向优势范围50°~90°和255°~290°较为一致,体现出明显的顺坡向特征;(2)主滑方向与发震断裂走向平行或呈小角度相交(0°~30°)的滑坡占比41.9%,滑动方向受断层错动方向的影响较为显著;(3)滑坡密集分布于迎坡面,发育数量为背坡面的1.98倍,表现出典型的迎坡面特征;(4)滑坡最大水平距离与坡高的相关性明显,滑坡密集发育在坡高30~120 m的范围内,滑坡的等效摩擦系数均小于0.4,展现出典型的远程滑移特征;(5)568处滑坡中等效摩擦系数小于0.17的占比70.95%,表现出显著的流滑特征。作为黄土地震滑坡发育特征研究成果的重要补充,所得结论对深入开展黄土地震滑坡成灾机理与风险评估研究具有一定的参考价值。

改性塑料注塑制品中流痕的成因研究进展

流痕是改性塑料注塑制品中一种常见的表面缺陷,其通常表现为明暗相间的、垂直于流动方向分布的条纹。这些条纹状缺陷是聚合物熔体在注塑过程中在狭窄的模腔内流动时形成的,它的形成不仅与材料在模腔内的流动状态相关,也和材料的组成以及流变学特征是紧密相关的。本文介绍了流痕的外观表现及特征,并探讨了两种主流的流痕的成因机理:熔体粘附-滑移机理与熔体前沿不稳定流动机理。熔体粘附-滑移机理认为流痕是注塑过程中熔体在冷模壁上发生粘附状态和滑移状态的交替转换,从而导致制品表面的微观形态差异。而熔体前沿不稳定流动机理认为熔体前端在模腔内呈现为震荡流动状态,在上下模壁之间不断摆动,这种震荡流动导致熔体在模壁上的应力状态差异造成了制品表面的光泽度差异,形成了视觉上的条纹状缺陷。然而,这两种机理仍不能完全解释流痕的各种表现形式,流痕的深层次成因还有待进一步研究。

含沙流下双吸泵磨蚀特性分析

为深入分析含沙流下双吸泵磨蚀特点,采用RNGk-ε模型计算获得叶片正背面的剪切力、泥沙分布及固液滑移速度等参数,进而基于正交试验法对含沙量、沙粒直径和进口流速等对磨蚀的影响进行分析。研究表明,在含沙流下,叶片正、背面沙粒多集中在进口处。固液滑移速度受沙粒直径影响最大,沙粒直径增大,固液滑移速度也随之增大。三种因素中,沙粒直径对双吸泵磨蚀的影响权重最大,含沙量其次,流量的影响相对较少。

两层热对流系统传热与流动结构的实验

双层热对流系统广泛存在于自然界中。为研究该系统的传热规律,刻画其中的流动结构特性,在矩形对流槽中使用甘油和2 cs硅油两种互不相溶的液体作为工作介质。位于底部的甘油液体层宽高比为10.4,其下表面是无滑移固液边界,上表面为滑移交界面,底部甘油层的实验参数为Rayleigh数范围260≤Ra 1≤6000,Prandtl数范围3708<Pr_(1)<7000。硅油液体层的宽高比约为0.53,上表面为无滑移固液边界,硅油层Rayleigh数范围1.5×10^(9)≤Ra_(2)≤2.0×10^(10),Prandtl数范围28<Pr_(2)<33。发现两层对流系统在两个区间内有不同的传热效率和流动状态。在区间1,即传热功率小于某个特定热流时,下面甘油层处于稳定层流状态。而在区间2,即传热功率大于该热流时,甘油层内液体处于不稳定对流状态。随着全局温差的增加,两层热对流系统的全局传热效率从区间1到区间2有一个突然的增加。甘油层的振荡失稳临界Rayleigh数为1523,这个数值小于无限大平板无滑移边界的理论预测值1708,即滑移边界可使流体更不稳定,并使得硅油层的传热效率增加。采用阴影法对该系统内的对流斑图、交界面以及热羽流等流动结构进行了进一步刻画和分析。

页岩气纳米孔气体传输模型

页岩气纳米孔气体传输模型是准确进行页岩气数值模拟的基础,对页岩气经济开发具有重要的意义。页岩气纳米孔气体传输机理包括纳米孔体相气体传输和吸附气表面扩散,而纳米孔体相气体传输机理包括连续流动、滑脱流动和努森扩散。基于滑脱流动和努森扩散两种传输机理,分别以分子之间碰撞频率和分子与孔隙壁面碰撞频率占总碰撞频率的比值作为滑脱流动和努森扩散的权重因子,将这两种传输机理叠加,建立了纳米孔体相气体传输模型。基于Hwang模型,考虑高压条件下吸附气覆盖度的影响,建立了纳米孔吸附气表面扩散模型。结合纳米孔体相气体传输和吸附气表面扩散模型,建立了页岩气纳米孔气体传输模型,并采用分子模拟和实验数据进行了验证。结果表明:1滑脱流动、努森扩散和表面扩散对气体传输的贡献是此消彼长的,其主要受孔隙尺度和压力的支配。2滑脱流动在介、宏孔(半径>2nm)和高压条件下,对气体传输贡献大;在微孔(半径≤2 nm)和低压条件下,其贡献小,可忽略。3努森扩散在宏孔(半径>50nm)和低压条件下,对气体传输贡献不可忽略,在其他条件下均可忽略。4表面扩散在微孔(半径≤2nm)和全压力范围内,总是主宰了气体传输;当孔隙半径>25nm和压力高于1 MPa时,表面扩散贡献可忽略;当孔隙半径在2~25nm和压力低于5 MPa时,表面扩散贡献较高,不能忽略。

聚合物微挤出成型过程流动的均匀性

微挤出模具内聚合物熔体流动的均匀性直接决定着制品的成型质量,是挤出模具设计的基础。根据聚合物流变测试理论,基于Kelvin-Voigt本构方程,建立了相对微尺度黏度模型;基于Navier滑移定律,建立了壁面滑移模型;以双腔微管的挤出流动为例,研究了模具流道主要结构参数对挤出流动均匀性的影响,结果表明,各参数对流动均匀性影响的显著程度由强到弱的顺序依次是分流角、内筋定型段长度、压缩角和压缩比。根据确定的最佳流道结构参数,设计制造了双腔微管挤出模具,挤出实验结果验证了该方法的正确性和有效性。

页岩气和致密砂岩气藏微裂缝气体传输特性

页岩气和致密砂岩气藏发育微裂缝,其开度多在纳米级和微米级尺度且变化大,因此微裂缝气体传输机理异常复杂.本文基于滑脱流动和努森扩散模型,分别以分子之间碰撞频率和分子与壁面碰撞频率占总碰撞频率的比值作为滑脱流动和努森扩散的权重系数,耦合这两种传输机理,建立了微裂缝气体传输模型.该模型考虑微裂缝形状和尺度对气体传输的影响.模型可靠性用分子模拟数据验证.结果表明:(1)模型能够合理描述微裂缝中所有气体传输机理,包括连续流动,滑脱流动和过渡流动;(2)模型能够描述不同开发阶段,微裂缝中各气体传输机理对传输贡献的逐渐变化过程;(3)微裂缝形状和尺度影响气体传输,相同开度且宽度越大的微裂缝,气体传输能力越强,且在高压和微裂缝大开度的情况下表现更明显.

端面微尺度效应和热黏效应对干气密封性能的影响

考虑干气密封环端面微尺度效应及气膜的热黏效应,基于气体多变过程理论和气体润滑理论,对可压缩流体条件下的扩展平均雷诺方程进行修正,并应用有限元法进行求解;通过改变密封的操作参数,分析研究了端面微尺度效应和热黏效应对干气密封性能的影响规律。结果表明,干气密封在正常工作状态下,压力的升高使气体滑移流和表面粗糙度之间的耦合效应减弱,对泄漏率有固定的影响。若量纲1膜厚Hs<3.5,应考虑表面粗糙度对密封性能的影响;当逆Knudsen数B≥21或Knudsen数Kn≤0.0476时,可忽略气体滑移流效应的影响;热黏效应和表面粗糙度能提高密封动压效应,降低泄漏率,而气体滑移流效应却使泄漏率增大,端面承载能力降低;在低速高压下,表面粗糙度比滑移流效应对密封性能的影响大;当外压po≥2.02MPa时,热黏效应在对密封性能影响中占主导地位。

二阶滑移边界对微型气浮轴承稳态性能的影响

考虑微型气浮轴承的尺寸特征,内部气流不再满足连续流的假设,根据Knudsen数可确定内部气流为滑移流．分别利用一阶速度滑移模型和二阶速度滑移模型对连续流的状态方程进行修改,得到一阶滑移流和二阶滑移流机制下修正的雷诺方程．利用有限差分法对连续流、一阶滑移流和二阶滑移流的雷诺方程分别求解,得出相应的承载力和偏位角．经过对比分析,发现采用滑移流模型得到的轴承的稳态力学性能与连续流机制的结果存在较大差异,一阶滑移流与二阶滑移流间的差异随偏心率增加而增加．说明在MEMS环境下必须考虑滑移流效应对微型气浮轴承稳态力学性能的影响．在大偏心率工作状态下,二阶滑移流模型能够得到最好的结果．

幂律速度运动表面上磁流体在驻点附近的滑移流动

从理论上研究了具有非线性延伸表面的磁流体在滑移流区的动量传输问题.通过Lie群变换把控制方程组转化为常微分方程组,利用同伦分析方法求得了问题的近似解析解.获得的级数解与文献中的数值解吻合得较好.另外,利用级数解分析滑移参数、磁场强度、速度比率参数、吸入喷注参数和幂律指数对流动的影响.结果显示这些参数对壁剪切力和边界层内流场有较大的影响.

页岩气有机质纳米孔气体传输微尺度效应

页岩气有机质孔隙多为纳米尺度且气体赋存方式多样,因此页岩气有机质纳米孔中的气体存在多种传输机理,而如何建立能描述高压条件下所有传输机理的纳米孔体相气体传输模型、如何描述页岩有机质纳米孔表面扩散,以及确定表面扩散对气体传输贡献究竟有多大等则是目前亟待解决的难题。为此,综合考虑体相气体传输、表面扩散、真实气体、吸附层和应力敏感等微尺度效应的影响,建立了页岩气有机质纳米孔气体传输模型。研究结果表明:①通过滑脱流动和努森扩散加权叠加建立的体相气体传输模型能合理描述体相气体传输;②表面扩散是重要的传输机理,尤其在尺度小的纳米孔中,主宰了气体传输;③页岩气应力敏感效应不同于常规油气藏,其不仅与有机质力学属性、有效应力等有关,而且还与气体传输机理有关。结论认为,所建模型能够从室内低压条件直接推广到页岩储集层高压条件,能为页岩气生产动态分析、产能预测和生产制度制订提供指导。

壁面滑移条件下水煤浆的流动阻力和减阻特性

在中试规模的浆体输送装置上进行水煤浆直管流动阻力试验,在壁面滑移特性和流变特性分析的基础上,将水煤浆管内流动划分为3种形态,并重点研究了浓度、温度、煤粉粒径、管径和流动形态对流动阻力特性和减阻特性的影响。结果表明:当各因素变化时,流动阻力的变化通过改变流变特性和壁面流动条件实现;各因素对摩擦阻力系数和减阻率的影响规律取决于浆体所处的流动形态;在同一流动形态范围内,不同的浓度、温度、煤粉粒径或管径下,滑移减阻率随流速的变化规律具有相似性。

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 .