同轴旋转圆台间不可压缩流体的轴对称解

研究了在同轴旋转圆台间不可压缩流体的轴对称解,通过构造微分算子和能量估计方法,证明了该问题的轴对称解的存在唯一性。

两同轴旋转圆台之间不可压缩流体的数值模拟

本文主要研究了两同轴旋转圆台(外圆台固定)间流体的流动性质。结果表明:出口附近的流体在旋转开始后要向圆台上部回流,形成了一个压力和速度极大的涡流区域。该区域约位于z/h=0.05～0.30,并随着转速的增加而向圆台顶部移动。当转速较小时,流体速度沿径向呈线性关系;当转速较大时,线性关系变为近似二次函数的关系。随着圆台倾角变小,流动越来越容易失稳。最后通过与Taylor-Couette流进行的比较,发现圆台绕流更容易失稳。

同轴旋转圆台环隙流动机制及实验研究

同轴旋转圆台环隙内流体的流动是基于经典的两同轴旋转圆柱环隙内泰勒库特流的一种扩展研究。通过流动显示实验和PIV粒子图像测速技术对圆台环隙的内部流场进行可视化和定量化的研究,分析涡运动的周期性规律,探究圆台环隙内雷诺应力分布和水位高度对流场的影响。研究表明,随着时间的发展,涡列周期性明显且整体在下移,当脉冲数为100脉冲/s时,环隙内形成均匀分布的正反交替的涡;当脉冲数为200~500脉冲/s时,存在快慢交替的分裂周期;在3种水位高度下也都存在明显周期性分裂,只是周期时间和涡的个数不同;平均流场存在上凸型外向流和下凹型内向流2种流态,流态的差异是离心力与静压力双重作用的强弱变化所致;雷诺应力分布中,径向正应力占主导,并主要集中在环隙中部。

同轴旋转圆台间定态解的不存在性

柱坐标系下Taylor-Couette流存在形如u=uφ(r)eφ,p=p(r)的定态解。对于两无限长同轴旋转圆台的情形,应用反证法证明了不存在形如u=ur(r)er+uφ(r)eφ+uz(r)ez,p=p(r)这种更一般的定态解。随后在窄缝的条件下忽略圆台上下两端边界的影响,采用数值模拟方法并统计出沿z轴切面上的平均压力p是与z有关的函数,从而验证了这种解的不存在性。

正置同轴旋转圆台环隙流场动力特性

实施色流显示试验和粒子图像测速(PIV)流场测速试验对环隙流场动力特性进行定性及定量分析,揭示内圆台转速和环隙宽度对环隙流动特性的影响.通过解析速度场获取环隙径向速度及涡量分布、时均流场、雷诺应力等关键流场信息,在泰勒涡演变周期性规律的定性认知基础上研究泰勒涡动力机制.试验结果表明:当环隙宽度不变时,随着内圆台转速增大泰勒涡演变周期缩短;当转速为9.38 r/min时,涡B1出现先分裂后又融合的特征,体现为环隙流场稳定性减弱;当转速为9.38~20.68 r/min时,静压力主导流动状态形成弧形向内流动趋势;当转速≥24.44 r/min时,环隙内形成弧形外向流动趋势,说明离心力主导当前流态;雷诺应力随转速增大而增大,且雷诺径向正应力>雷诺轴向正应力>雷诺切应力.当内圆台转速不变时,随着环隙宽度增大泰勒涡稳定性先增后减;各工况下环隙流态主要呈现弧形内向流动趋势,说明环隙流场中的静压力总是大于离心力.

同轴旋转圆台间流场稳定性的数值研究

给出了两同轴旋转圆台间流动的稳定性分区．数值模拟的结果显示，在内外圆台的平均半径分别和内外圆柱的半径相同的情况下，圆台间的流动比圆柱间的流动更容易失稳．除此之外，通过对不同倾斜角进行数值模拟发现，倾斜角越小，圆台间的流动越容易失稳．

非平行间隙同轴圆台泰勒涡的产生和演变

研究了非平行间隙同轴圆台间的流场,其中内圆台旋转,外圆台保持静止。利用Fluent软件对模型进行数值模拟,结果显示,顶部间隙变大时,内外圆台间流场更容易失稳,更容易出现湍流。本文还给出了顶部间隙的大小较平行情形略微变化时,内外圆台间隙充满涡时雷诺数在190和Re*=190D/d之间。

旋转液膜反应器内流动机理研究

对旋转液膜反应器的不同设置情况进行了数值模拟。两种设置分别为:内圆台旋转而外圆台固定,外圆台旋转而内圆台固定。模拟结果显示:当Re=200,t>70 s时,两种装置内的流动状态的动能均趋于大致稳定状态。通过对压力、速度和壁面剪应力分布的对比分析,发现在相同雷诺数下,与外圆台旋转的装置相比较,内圆台旋转的装置间隙中的流体更容易失稳,更容易产生湍流,表明内圆台旋转的反应器更优。

倒置的旋转液膜反应器上底边界半封闭时流场的数值研究

通过数值模拟,研究了倒置的旋转液膜反应器上底边界半封闭时的流场,进一步研究了雷诺数继续增大时涡的发展和演变,并且对相应的现象给出了解释。研究结果表明,继续增大雷诺数,圆台间涡的个数奇偶交替的周期变大;当雷诺数增大到300时,圆台间最终稳定为偶数个涡,涡的个数不再发生变化。