基于尼古拉兹实验的层流底层数学模型

矿井通风中,巷道壁面处存在的层流底层,对核心区涡的形成、粉尘运移、瓦斯积聚及壁面的换热、换质、减阻等起到重要作用。论文以尼古拉兹实验为基础,通过理论分析得到了层流底层流速分布式;确立了过渡区与水力粗糙管区的分界线;建立了更加精确的层流底层厚度数学模型和边界紊流速度数学模型,验证了层流底层厚度随雷诺数的增加和粗糙度的减少而减少的现象;发现了层流底层能量耗散比例随雷诺数的减少和粗糙度的增加而增加的规律,为矿井通风研究提供了基础。

尼古拉兹圆管沿程水流阻力实验的新发现

关于圆管沿程阻力系数的变化规律至今一直沿用尼古拉兹(Nikuradse)的实验结果。在参考尼古拉兹实验的基础上,采用与其相似的制作工艺,设计并制作了相对粗糙度Δ/d为1/30.89的人工粗糙圆管,开展了不同流速条件下的水流阻力实验,验证了尼古拉兹关于圆管沿程水流阻力随水流流态变化的规律,同时发现尼古拉兹当年在人工粗糙圆管制作过程中采用的"二次刷胶"粘贴砂粒的方法,使得圆管内壁砂粒的实际粗糙度减小,其实验所得的圆管沿程阻力系数偏小。本次圆管沿程阻力系数确定的实验方法能够更准确地获得人工粗糙圆管沿程阻力系数,今后可以据此开展相应的系统实验,对尼古拉兹人工粗糙圆管沿程阻力系数及其变化规律加以修正。

某管翅式换热器设计研究

某管翅式换热器拟设计用于高热耗军用机柜内热量交换,其设计过程中,冷却液分液系统设计、风道换热面积、风扇功率等因素均对换热器整体效率存在较大影响[1]。通过尼古拉兹实验曲线拟合雷诺数,对“Z”型分液流道进行理论分析,归纳分液流量受管道特征影响的变化特性,对流道进行优化,通过计算平均温差对翅片换热面积进行求解。完成了一种满足换热功率要求的管翅式换热器结构设计,通过ICEPAK仿真计算加以验证。总结了换热器基本设计环节、关重项以及均温性调节方法,归纳了某型换热器分液管路的分液特性:“Z”型并联分液管路中,中间位置路径流量小于两侧分液路径流量,增大负载段流阻与分液段流阻比值可提高流量分配均匀性。

圆管壁粗糙度对圆管内流态影响研究

基于尼古拉兹圆管实验思想,利用颗粒流程序中的流体计算模块,实现了对圆管壁粗糙度的模拟,进而分析了不同粗糙度对圆管断面流态分布的影响以及在不同压力差作用下平均流速与圆管壁粗糙度之间的关系。研究结果表明:圆管内流体流速受管壁的扰动影响,在横截面上呈U型分布,而非抛物线型分布;圆管壁对管内流体流态的影响范围随管壁粗糙度变化而变化,圆管管壁相对粗糙度越大,管内受扰动流体范围越大,即管内层流范围越小;在管壁粗糙度一定的情况下,圆管断面流量随上下端面压力差的增大而增大;在相同压力差作用下,圆管断面流量随管壁相对粗糙度增大而逐渐减小,颗粒的阻流作用明显;随着管壁粗糙度的增大,圆管上下端面受压力差作用的影响范围也随之增大,使管内流体流态变得更加复杂。

海面阻力系数的流体力学研究

利用相似理论的方法 ,把解决湍流问题的尼古拉兹曲线引入到风应力的计算中。阐明了决定海面阻力系数的关键因素是海浪的平均波高及摩擦层厚度 ,并推出了它们之间的关系式。

流体阻力系数迭代过程中连续性分析与处理

根据尼古拉兹实验曲线以及对应的阻力系数经验公式计算阻力系数时,为保证阻力系数与传热方程迭代过程的连续性,对过渡区和湍流过渡区提出了新的阻力系数计算经验公式以及过渡区传热系数计算经验公式,新的阻力系数经验公式在雷诺数从小到大范围内连续,使传热方程与其迭代过程易于收敛。新的阻力系数经验公式计算结果与已知判据进行了验证,过渡区相对误差在5%以内,湍流过渡区相对误差在10%以内,满足工程计算要求,计算结果更为准确。

管道通风能量耗散分布规律研究

通过理论分析建立了总能量耗散模型、层流底层能量耗散模型、湍流核心区能量耗散模型;以基本耗能单元“涡”为切入点,结合了涡运动理论和混合长度理论,确定了管道能量耗散分布;利用尼古拉兹实验数据对各类模型进行了定量化.结果表明:湍流核心区能量耗散占总能量耗散的一半以上;壁面粗糙度通过影响层流底层的能量耗散达到降低通风阻力的目的;增大半径降低了湍流核心区边界处的能量耗散,起到降低通风阻力的作用;管道风速只在湍流核心区边界处对能量耗散产生影响.

输气管道摩阻系数计算方法

在工程中，水力摩阻系数的计算对输气管道水力计算起到了决定性作用，管道摩阻系数的经验计算公式众多，本文利用各个公式编程计算了摩阻系数，并与尼古拉兹实验所得到的摩阻系数对比，比较了各公式的误差大小，指出了其适用范围，为输气管道工程的设计提供了适用的摩阻系数计算公式。