应用粒子图像速度场仪对泊肃叶流动及圆柱绕流的测量

为了考察粒子图像速度场仪 (PIV )的测量精度及分辨复杂流动结构的能力 ,对泊肃叶流动和圆柱绕流两种典型流动进行了测量 .将泊肃叶流动的速度廓线的测量值与分析解进行了对比 ,发现在测试区域内 90 %的测量值与分析解吻合良好 ,具有较高的精度 ,而近壁面区域由于速度偏振 ,测量值低于分析解 .在此基础上 ,利用PIV技术测量了Re为 5 0 0时圆柱绕流流动的主流区、圆柱两侧的剪切层 ,以及圆柱后的回流区和旋涡区的分布 ,验证了该技术非常适合于研究复杂的流动结构 .

泊肃叶流动流速与流层半径成抛物线的机制

尽管均匀圆直管内定常流时流速与流层半径成抛物线关系已发现一百多年,但尚未见有文献揭示其形成机制。具体而圆满地揭示其形成机制就是本研究的目的。采用理论性研究方法,创造性地抓住抛物线流速曲线的两个本质特征,并巧妙地推导出接触流层之间的内摩擦力与流层半径的平方关系式以及任一流层两侧面所受内摩擦力之差与该流层半径的关系式。两个本质特征的发现和两个关系式的导出,使研究得以开启并顺利进行,构建起抛物线流速曲线的形成机制理论。

滑移边界条件下平板间流体的微纳尺度泊肃叶流动特性

微纳尺度泊肃叶流动特性的动量传递分析对于提升微纳机电系统的性能至关重要。目前,对于滑移边界条件下平板间流体的微纳尺度泊肃叶流动问题,传统的传递原理教学中缺乏相应的传递理论分析。本文从N-S方程出发,推导出微纳尺度泊肃叶流动的速度分布和流体流动阻力等动量传递规律,以丰富传递原理的教学内容。

电流变液泊肃叶流动中球形颗粒运动方程的近似解

当球形颗粒的质量很小时,利用摄动理论,研究电流变液泊肃叶中球形颗粒的运动方程,得到了该运动方程的近似解。

非等温eXtended Pom-Pom泊肃叶流动的光滑粒子流体动力学方法模拟

开展非等温黏弹性泊肃叶流动的光滑粒子流体动力学(SPH)方法模拟,其中流体的黏弹特性依据eXtended Pom-Pom(XPP)本构模型进行建模和计算。推导温度方程的SPH离散格式,并依据时温等效原理考量流体的黏弹特性对温度的依赖。将SPH模拟结果与利用有限体积方法得到的结果进行比较,验证SPH方法模拟非等温XPP泊肃叶流动的准确性和有效性。利用4个不同粒子初始间距进行模拟,讨论SPH方法的数值收敛性。研究温度方程的引入对泊肃叶流动带来的影响。深入分析不同物理参数对流动过程的影响。

考虑多颗粒近程相互作用的电流变液泊肃叶流动行为

考虑多颗粒近程相互作用 ,利用等效平板电导模型 ,由分子动力学方法模拟了电流变液泊肃叶流动行为 .研究结果表明在外电场作用下 ,流动流体形成柱塞区的时间比由偶极子模型所得结果大为缩短 ,呼吸式跃迁峰值也有很大提高 .依据颗粒在接触区的相互作用解释了跃迁区的形成 .

电流变液泊肃叶流动的分子动力学模拟

用分子动力学模拟方法研究了电流变液泊肃叶流动中颗粒的运动方式,模拟出的速度剖面分为两个区域,靠近电极区域的颗粒表现为呼吸式的跃迁运动形式,称为跃迁区,而在两个电极中间区域则为平稳运动方式,称为柱塞区.此外模拟出了体积流率与相对压力梯度之间的关系.

广义二阶流体的脉冲泊肃叶流动分析

讨论了广义二阶流体的脉冲泊肃叶流动,引入黎曼-刘维尔分数阶微分建立本构方程,结合不可压缩流体时间分数阶动量方程,得到控制方程.利用傅里叶正弦变换和分数阶拉普拉斯变换,获得流体速度解析解.利用Stehfest算法对结果进行数值模拟,通过图像讨论了分数阶参数以及延迟时间对流动的影响.结果表明速度过冲现象主要取决于动量方程的时间分数阶参数.

基于OpenFOAM的周期性管内流动边界处理方法研究

为探究开源计算流体力学软件OpenFOAM中不同周期性边界条件处理方法的适用性,针对圆管内泊肃叶流动,分别在mapped,cyclicAMI,cyclic fan边界条件下开展数值模拟,对模拟得到的速度分布和压力分布进行分析.结果表明:3种边界条件设置下,数值模拟得到的速度分布均与解析解吻合,其中mapped和cyclicAMI边界条件下的数值解非常接近,且与解析解吻合更好;采用mapped边界能够得到与解析解符合的压力场,采用cyclic fan边界时在模拟区域进、出口存在很大的压力梯度,采用cyclicAMI边界得到的压力则恒为0.基于此,探讨了mapped边界条件下,数值模拟结果对计算网格的敏感性.研究发现:随着径向网格数目的增加,速度的计算精度先迅速提高而后趋于稳定;边界层层数的增加能够有效提高近壁区速度的计算精度;数值模拟时径向网格数目采用16个以上为宜,边界层层数不宜少于3层.

微通道内气体流动参数化数值模拟

基于ANSYS Fluent软件,对微通道内气体在不同压力驱动下的流动做参数化数值模拟分析,得出不同克努森数(Kn)的通道出口截面速度分布图和质量流率,并将仿真结果和理论研究进行比较,分析微通道内气体流动特性与宏观流动的异同,研究稀薄气体效应.模拟结果表明:在微通道中,连续介质假设失效;当微系统特征尺度很小或者工作压力很小时,微通道内的气体具有较大的Kn,出现明显的稀薄气体效应;Kn越大,稀薄气体效应越强烈;稀薄气体效应导致固壁边界的滑移速度和质量流率变大.

两平行平板间粘塑性Poiseuille流动的解析解

本文给出一维粘塑性槽流解析解,其速度分布是含有塑性剪切屈服应力作用项的形式,这一结果与粘塑性管流速度结构相似。

气体管流到达西流的缝高界限实验测试与理论计算

采用超细铜管模拟碳酸盐岩地层中微裂缝,开展低速流动实验,分析气体在不同缝高裂缝中的流动状态变化,确定流动状态转换界限及转换区间,建立流动状态转换界限计算方法。研究表明,气体在缝高较大裂缝中的流动形式以理想的哈根-泊肃叶流动为主。由于缝高的减小,气体在裂缝中的流动从以理想光滑缝面的哈根-泊肃叶流动为主向非哈根-泊肃叶流动为主转换,转换的临界点即为流动状态转换界限。裂缝缝高在流动状态转换缝高界限以下继续减小到一定程度后,气体流动形式逐渐向理想的达西流动转换,从而可以确定裂缝在闭合过程中流动状态的转换区间。综合裂缝面的三维微凸体扫描结果、裂缝的材料性质及流体性质,建立了流动状态转换界限计算方法。实验测试和理论计算表明:从管流到达西流的缝高界限约为裂缝上、下两面微凸体最大高度之和的2倍。

考虑空间位形力作用的微米软颗粒溶液微圆管流动规律

针对微米级软颗粒溶液在微小孔道流动不符合泊肃叶流动规律问题,考虑受固体管壁影响软颗粒形变产生的空间位形力作用,基于Navier-Stokes理论,推导软颗粒溶液在圆管中的流速分布及流量表达式,引入颗粒形变因子以表征空间位形力作用的影响;建立考虑空间位形力作用的圆管流动数学模型.由微尺度流动特征实验,得到软颗粒溶液微圆管流动规律,与泊肃叶流动对比,结果显示当管径小于颗粒直径时,相同压力梯度下考虑空间位形力作用的流速比泊肃叶流动拟合结果更接近于实验数据.通过数值计算分析发现,与泊肃叶流动下的速度分布和平均流量相比,当微圆管尺寸减小时,空间位形力作用随之增大,其更大程度上影响流体在微圆管内的流动规律;当颗粒呈非球形且最小投影面积相同时,偏离球形颗粒程度越大,空间位形力作用越大,因此空间位形力作用在微小孔道流动中不可忽略.

颗粒质量导致的电流变液结构演化特征

考虑电流变液颗粒质量的影响及多粒子近程相互作用 ,利用等效平板电导模型 ,由分子动力学方法模拟了泊肃叶流动状态下电流变液结构的演化过程特征 ;设计制作了实验装置 ,观测了泊肃叶流动行为 ,并与模拟结果进行比较 .研究表明 :在外电场作用下 ,计及颗粒质量效应后 ,电流变液结构演化中跃迁区速度变化的峰值减小 ,进入柱塞区状态的时间延长 ,柱塞区的宽度加大 ,且颗粒质量越大 ,效应越显著 .实验观测的泊肃叶流动行为与模拟结果基本相符 ,且观察到极板壁上的颗粒静止不动 ,证明了“极板壁上颗粒静止不动”

关于磁流体发电问题的讨论

磁流体发电既是中学物理中常见的问题,也是目前高效发电技术中研究的重要问题。本文在中学物理范围内,对求解磁流体发电电势差、电流的方法进行了讨论,对将磁流体假设为固体导体、导电流体情况下对电势差与电流进行分析,考虑流体截面速度均匀分布和符合泊肃叶流动两种不同情况。并且对于平衡时的反磁通量给出了磁感应强度的修正方法。本研究以期深刻了解磁流体发电问题,对磁流体有进一步理解。