Maxwell流体管内振荡流的壁面摩擦力分析

研究了Maxwell流体对管内振荡型Poiseuille流动的管壁摩擦力特性。由Bessel方程控制速度振幅 ,用分离变量法求出了解析解。由振荡频率对管壁摩擦力的影响的研究中发现 ,管壁摩擦力存在类共振特性 ,即在某些临界频率位置 ,振荡流体在管壁上产生的摩擦力会急剧增大。流体的弹性参数、管径和振荡流频率对壁面摩擦力的影响可用两个无量纲参数 ω和 R表示。在确定的 ω范围内 ,当 R取值较小时 ,壁面摩擦力振幅与 ω变化关系曲线的共振峰较少 ;随着 R的增大 ,共振峰的位置在 ω轴上左移 ,幅值下降 ,个数增多 ;在 R >12之后 ,该曲线变成一条单调下降的曲线 ,与牛顿流体的曲线一致 ,且不再有任何共振现象。

基于剪切敏感液晶涂层的壁面摩擦力矢量场全局测量方法

针对壁面摩擦力测量问题,建立了一种基于剪切敏感液晶(SSLC)涂层技术的平板表面摩擦力矢量场全局测量方法。该方法利用SSLC涂层在摩擦力作用下的颜色变化特性(不同方向显示不同颜色)并结合其颜色变化与摩擦力大小之间的校准关系解算摩擦力矢量的方向和大小,能够测量整个待测区域的摩擦力矢量分布。应用所述方法测量了平板表面凸起物绕流的摩擦力矢量场。试验结果表明,该方法不仅能够高分辨率测量出平板表面凸起物绕流的摩擦力矢量场,而且能够研究凸起物的尾迹区随着流动速度增加的发展过程。

平板表面薄圆柱绕流摩擦力矢量场全局测量

针对壁面摩擦力矢量场测量问题,基于剪切敏感液晶(SSLC)涂层技术建立了一种测量平板表面摩擦力矢量场的方法。该方法基于多视角测量原理,采用六台同步相机从不同方向同时采集SSLC涂层在摩擦力作用下的颜色变化,与采用单台相机相比能够降低测量噪声,并且具有测量非定常流动的摩擦力场的潜力。应用该方法测量了平板表面薄圆柱绕流的摩擦力矢量场,结果表明:(1)SSLC涂层能够以彩色方式定性显示壁面摩擦力信息;(2)通过对不同方向观测的SSLC涂层颜色进行分析处理,该方法能够高分辨率测量薄圆柱绕流的摩擦力矢量场,详细地捕获了流动特征;(3)同一份SSLC涂层可以重复使用并且可用于测量不同的摩擦力矢量场。

旋转螺旋管道中的非定常周期流动

采用数值方法对旋转螺旋管道中的周期流动进行了求解,系统的分析了管道内周期流动在旋转、曲率以及挠率的共同作用下的二次流动、轴向速度以及壁面摩擦力在周期内的变化情况,研究结果表明:旋转螺旋管道与不旋转螺旋管道内的二次流动以及轴向速度的随时间的变化趋势存在明显的差别,流动周期内管道截面上最多可存在4个二次涡;周期起始和结束阶段,截面上将会出现轴向逆流,轴向逆流出现的位置取决于F。

碎石–膨润土混合物之压实行为

核废料处置之缓冲材料系由膨润土或碎石(或硅砂)-膨润土混合材料构成,由粉体压制为高密度块体过程中材料与模具间会产生壁面摩擦力,故求取之压缩曲线无法代表材料真实之压缩行为。进行一系列不同最终长宽比压实试验,利用实验结果拟合求取膨润土Gurnham压缩方程式相关参数,建立膨润土之无摩擦力压缩曲线;此一压缩曲线排除壁面摩擦力且不受材料几何形状之影响,可代表材料真实之压缩行为。针对影响压实行为之各项因素(如应力速率、壁面条件、碎石含量及碎石粒径)进行压实试验,探讨各项因素对摩擦力之影响。

壁面函数在超声速湍流模拟中的应用

通过子迭代的方式计算摩擦速度,更新虚拟点湍流黏性系数实现对壁面剪切应力的修正,耦合SSTk-ω两方程模型,在国家数值风洞软件平台上实现了壁面函数程序模块。通过压缩拐角和高速飞行器典型算例进行考核,初步数值实验结果表明:压缩拐角算例壁面函数在无量纲壁面距离y+≤200范围内,均准确预测湍流边界层速度分布,可显著提高粗网格上壁面湍流边界层和壁面摩擦系数的预测精度,且壁面函数使用粗网格最多可节约75%的计算时间;对于复杂外形,附面层网格间距变宽,可使得整体网格减少约38%的网格总量,在相同的计算设置情况下可节约60%的计算时间。唇口附近出现明显的激波边界层干扰现象,使用壁面函数后稀网格和密网格得到流场中分离、激波反射相同,且分离区最高压力系数偏差从15%降低到2%。从粗网格和密网格全机轴向力系数比较来看,使用壁面函数后摩阻预测偏差可从40%下降到4%。整体来看,壁面函数的引入提供了一种高效的飞行器湍流流动气动力预测方法。