纵向涡对窄间隙矩形通道内流动边界层作用特性研究

利用纵向涡发生器(LVG)产生纵向涡(LV)强化传热的机理主要是基于对边界层的削薄和破坏。由于LV作用距离远,结构简单,安装高度低,对于具有窄间隙通道的换热结构,LV强化传热有着较强的应用价值。本文应用相位多普勒粒径分析仪对LV作用下的窄间隙矩形通道内速度场分布进行了测量。实验结果表明,LV可以有效地削薄和破坏流动边界层厚度;LV对边界层的削薄和破坏可以对传热起到强化的作用;CFD数值模拟结果表明,剪切应力模型(SST)以对LV作用下窄间隙矩形通道内的速度场进行有效地模拟。

国家数值风洞风雷软件分布式粗糙壁面边界层流动模拟

针对粗糙元均匀分布壁面,基于国家数值风洞风雷软件,在k-ωSST湍流模型和γ-Re_(θt)转捩模型中分别引入粗糙壁面边界条件修正及粗糙壁面转捩动量厚度雷诺数,同时增加了部分粗糙表面设置,实现了局部/全局粗糙壁面边界层流动模拟能力。算例研究表明,对于全湍状态翼型,粗糙壁面导致失速攻角减小4°,1×10^(-3)倍弦长量级的等效粗糙元高度使最大升力系数下降约36%。同时粗糙壁面会使边界层转捩提前,导致翼型的摩擦阻力增大。计算分析证明,Hellsten等提出的粗糙壁面比耗散率边界条件能够较准确地反映粗糙度造成的影响,气动力计算结果与实验值基本吻合,流场模拟结果符合粗糙壁面流动特征;同时能够保证与转捩模型及其粗糙壁面修正的稳定耦合计算,对于转捩位置及其随粗糙度和来流湍流度变化趋势的模拟结果符合实验结果,但转捩区长度还需通过更严谨的实验进行进一步验证和修正。

粗糙度对边界层流动及压气机气动性能的影响

为了研究叶片表面粗糙度对边界层流动及压气机气动性能的影响,本文以T3系列平板转捩实验为对象,通过构建Gauss型粗糙表面来验证等效砂粒模型计算方法的适用性,并采用商业软件ANSYS CFX对NASA Stage35型压气机进行了表面粗糙度的数值模拟研究。研究结果表明:采用等效砂粒模型进行表面粗糙度的数值研究能够满足工程要求;当动叶表面粗糙度ks由1μm增大至100μm时,压气机峰值效率减小3.5%,对应工况点的压比减小0.8%,总温比升高0.4%。同时,粗糙度增加后的压气机最大压比与光滑情况下相比减小4.5%;计算得到了总损失系数ω和效率损失系数ζ与叶片表面粗糙度的关系,具有一定的工程价值。

ADV在波浪边界层流动特性研究中的应用

本文介绍新声学多普勒流速仪(Acoustic-Doppler Velocimeter)技术在波浪流动特性研究中的应用。通过波浪水槽试验,利用ADV测量椭圆余弦波作用下不同底床情况,垂线上各点的瞬时流速。将瞬时流速进行相位平均,计算了各点的紊动强度。试验结果显示:在平底床面,水平流速u沿水深变化曲线体现了椭圆余弦波流速的不对称性;分析紊动强度沿水深分布,两种床面上水平流速u的紊动强度明显大于另外两个方向,沙纹床面上由于受到分离涡的影响,紊动强度沿水深分布和平坦床面上的特性有较大不同。

风力机翼型边界层分离流动三维特性的数值模拟

针对NRELS809翼型绕流流动分别建立了二维和三维可压缩湍流模型,并进行了相应的数值模拟计算。湍流黏度分别采用基于RANS的Spalart-Allmaras和k-ωSST两种湍流模型来处理。研究结果表明:基于RANS的三维Spalart-Allmaras湍流模型在大攻角下得到了更加细致的涡结构,且更能显示出边界层分离流动的三维特性,计算出的翼型气动性能与实验测试值更接近,因此,Spalart-Allmaras湍流模型比k-ωSST湍流模型在预测翼型失速后气动性能方面更加有效。数值计算结果同时揭示了分离流动的三维特性是影响翼型气动性能的重要因素,而二维模型并不适用于翼型气动性能的计算。

凝华结霜时冷壁平面边界层流动的分析

在制冷装置中,当湿空气沿蒸发器冷壁面作强迫流动时,沿流动方向(以X坐标表示)形成边界层流动。由于边界层厚度的变化及边界层内流动状态(层流和湍流)的不同,在壁面的不同位置X上,其传热传质的速率是明显不同的,因而结霜的速率也就截然不同。然而,以前对平板结霜速率的研究,往往只考虑某些位置上霜高H与时间τ的关系。

有二次涡的激波边界层干扰流动的DPNS和NS方程计算

本文针对具有二次涡复杂分离再附现象的激波边界层干扰流动 ,数值地考察了扩散抛物化Navier Stokes(DPNS)方程组的适用情况。壁面摩阻和压力、主涡和二次涡的涡高和涡长、分离再附位置以及流线图等特性的计算表明

边界层流动的非平行稳定性研究

采用极为有效的抛物化稳定性方程 (PSE)方法研究边界层的非平行稳定性。并利用抛物线坐标变换、有限远延拓外边界条件、及流向和法向全差分的数值方法 ,对不同频率的二维Tollmien Schlichting波的非平行稳定性进行了计算和分析。计算结果与Orr Sommerfeld方程(OSE)的解以及谱配置方法的PSE结果作了详细的比较 。

干扰剪切流动(ISF)和边界层流动及ISF理论在计算流体力学(CFD)中的应用

简述作者提出的干扰剪切流动(ISF)理论、近壁复杂ISF理论、推论和它们在CFD中的应用.ISF是小黏性流体运动中普遍存在的一种基本流动,如驻点流、近壁黏性-无黏干扰流动,干扰可忽略时ISF的黏性部分为熟知的边界层流动.ISF理论揭示了高Re数流动计算的最佳坐标系和最佳网格生成.由近壁复杂ISF理论与流体运动方程组及流速在壁面无滑移条件相结合导出一组壁面相容(SC)判据,该判据提供了利用CFD仿真结果判断CFD仿真可信度的理论途径、并为近壁网格、算法和边界处理的改进和三者的更好协调、为湍流模型的评估、改进和发展提供了一种理论途径.

含灰气体激波沿平壁传播时诱导的边界层流动

本文研究合灰气体激波沿平直壁面传播过程中在壁面附近形成的层流边界层流动．我们依照双连续介质双向耦合模型处理含灰气体激波的波后流动及其诱导的边界层问题，控制方程采用有限差分方法数值求解，给出了激波下游两相流场特性并考虑了含灰气体激波的松弛结构对边界层流动的影响．

含趋旋微生物纳米流体在拉伸缸表面上的边界层流动分析

考虑趋旋微生物的影响,研究纳米流体在拉伸缸表面上的稳态二维边界层流动问题.建立控制方程,采用打靶法和Runge-Kutta法进行数值求解,对不同物理参数下的速度场、温度场、浓度场和运动微生物密度场的变化趋势进行图形化分析.结果表明,在靠近缸体表面处,速度、温度、体积分数和微生物密度均随着曲率参数的增大而减小,而在远离缸体表面时变化情况却相反;微生物密度随着Brown运动参数、Peclet数、Schmidt数和生物对流常数的增大而减小,而随着热泳参数的增大而增大.

湍流模型在平板边界层分离流动中的应用

湍流边界层分离是自然界中常见的一种现象 ,由于其灵敏性 ,实验难度相当大 ,所见成功的实验少之又少。本文就目前比较流行的几种湍流模型 (如κ -ε系列 ,κ -ω系列 )应用于湍流平板边界层分离流动的计算 。

脉动流对壁面边界层流动的数值研究

为了研究非稳态尾迹对平板表面流动和换热的影响,本文将非稳态尾迹引起的主流速度脉动简化为正弦变化,通过数值的方法研究了脉动频率和振幅对平板壁面边界层流动和换热的影响,研究结果表明:边界层内的速度、壁面温度、壁面摩擦系数和平均换热系数随着时间的变化做周期性脉动;边界层内流动与主流之间存在着相位差,壁面距离越小,相位差越大;边界层内的速度和壁面摩擦系数脉动幅度的大小与主流脉动频率和振幅成正比;壁面温度和壁面平均换热系数的波动大小与主流脉动频率成反比,与脉动振幅成正比,当主流脉动频率和脉动振幅增加到一定值后,靠近壁面的地方出现回流,回流强度与脉动频率和振幅成正比。

带化学反应的边界层流动问题中一类弱奇异Volterra积分方程的近似解

研究带化学表面反应的边界层流动问题导出的一类弱奇异Volterra积分方程的近似解。以一些化学反应的阶数为例求出解在零点的分数阶级数展开式及其Pade有理逼近。通过将发散积分解释为Hadamard有限部分积分,并借助数值积分方法导出解在无穷远点的带高阶对数项的渐近展开式。实际计算表明,给出的解在零点和无穷远点展开式的联合使用可以在整个半无限区间上高效地求解这类带化学表面反应的边界层流动问题。

“水下航行体首部边界层转捩与致声机理”专栏简介

人类对边界层转捩的认识可追溯到19世纪末。1883年,奥斯鲍恩·雷诺(Osborne Reynolds)通过圆管流动显示实验证实流体中存在层流和湍流两种流态,提出了著名的流体力学无量纲数−雷诺数。20世纪初,路德维希·普朗特(Ludwig Prandtl)提出边界层概念后,人们发现边界层流动同样存在层流和湍流两种流态,且与雷诺数密切相关:当雷诺数较低时,边界层流动为层流,当雷诺数增大并超过某一特定值(即临界雷诺数)时,边界层流动为湍流,而层流向湍流的转变,人们称之为“转捩”。

交叉激波湍流边界层干扰问题数值模拟

基于RANS方程,采用有限体积法离散计算区域,对流项使用Harten TVD格式进行流场求解,湍流部分应用Menter SST两方程湍流模型,建立了隐式LU-SGS方法的三维CFD计算程序,数值模拟了来流马赫数4.96条件下的18°×18°对称双楔产生的交叉激波/湍流边界层干扰问题,计算了不同剖面沿展向压强分布以及流场的详细结构,并将计算结果与相关文献的实验与计算结果进行了比较。

用格子Boltzmann方法模拟圆柱绕流的振荡边界层

提出了一种用于模拟圆柱绕流的振荡边界层流动的新方法——旋转系统平均法。该系综由一些相同的系统组成,每个系统除使用不同的网格外,具有相同的流动。经模拟圆柱绕流的振荡边界层发现,流体质点的流动具有平行于振荡方向离开圆柱、竖直于振荡方向流向圆柱的特点,同时也发现在紧邻圆柱出现的被称为二次流的4个涡旋流动现象。数值模拟结果符合经典的理论结果。该方法也可用于其他圆柱绕流问题。

高速流绕平板边界层特性研究

本项高超声速流绕平板的边界层特性实验研究在中国航天空气动力技术研究院(CAAA)的炮风洞中完成.为了研究分离流动特性,选择了一项实验研究,通过实验分别提供绕模型的附着流动与分离流动实验结果.其中第1个模型为顺流平板,第2个模型为平板上安装突起物,它们分别对应附着流与分离流动.文章专题研究平板绕流,为附着流,它是分离流动的基础.

加热对竖置平板水边界层影响的实验研究

本文用流场显示、电视录像与测量局部摩擦阻力同时进行的方法,研究了加热对竖置平板水边界层流态及摩擦阻力的影响.实验发现在流场湍流度1%的水洞中,模型前部壁面加热有效地延迟了水边界层的转捩,延长了层流区长度;相应地湍斑生成频率下降,处于转捩区的测力板上的平均摩擦阻力明显下降;处于层流区测力板上的摩阻略有减小,而处于湍流区测力板上的摩阻略有增大.实验中还观察到模型头部强加热引起层流分离现象.