DTM-BF方法和可渗透收缩壁面上带滑移速度的非稳态磁流体力学流动

研究了运动的粘性导电流体中可渗透收缩壁面上非稳态磁流体边界层流动,利用解析和数值方法对问题进行了研究,并考虑了壁面速度滑移的影响.提出了一个新的解析方法(DTM-BF),并将其应用于求解带有无穷远边界条件的非线性控制方程的近似解析解.对所有的解析结果和数值结果进行了对比,结果显示两者非常吻合,从而证明了DTM-BF方法的有效性.另外,对不同的参数,得到了控制方程双解和单解的存在范围.最后,分别讨论了滑移参数、非稳态参数、磁场参数、抽吸/喷注参数和速度比例参数对壁面摩擦、唯一解速度分布和双解速度分布的影响.

半导体量子流体力学稳态方程的一个性质

研究半导体量子流体力学稳态模型方程的边值问题，在一定条件下证明了解的非负性和上界估计。

磁场作用下Oldroyd-B流体的非稳态驻点流动

本文研究了拉伸板上Oldroyd-B流体的非稳态驻点流动,此外,还考虑了磁场对流动的影响。利用合适的相似变换将控制方程转化为常微分方程。结合双参数变形展开方法与基函数方法(DPTEM-BF)求得微分方程的近似解析解。通过图形展示了各物性参数对速度场的影响,值得注意的是:随着松弛时间参数的增加,流体的粘性力增大使得流体流动阻力增强,这导致了流体流速减小;延迟时间参数的变化使得速度场增大,并且动量边界层厚度变厚;较大的磁场参数对应于较大的洛伦兹力,这个力阻碍了流体流动,因而流体流动速度降低。

基于正弦激励的磁流变液非稳态环状流动特性研究

针对汽车悬架磁流变液阻尼器的工作状态,建立了磁流变液环状非稳态泊萧叶流动方程,确定了相应边界条件和初始条件,从理论上研究磁流变液在单频正弦激励下的环状非稳态泊萧叶流动特性,得到了磁流变液的流动速度分布和塞流区厚度的理论解.研究表明,对于相同激励载荷幅值,随着磁流变液剪切屈服应力的增加,塞流区的厚度增加,峰值速度下降;对于相同剪切屈服应力,随着外加激励载荷幅值的增加,塞流区的厚度减小,峰值速度增加.塞流区域厚度周期变化,其频率是激励载荷频率的2倍.

牛顿流体圆管内非稳态Poiseuille流动特性

Poiseuille流动初始阶段存在速度发展的非稳态过程,会对测试结果造成偏差。为分析非稳态Poiseuille流动过程对测量黏度造成的偏差,以不可压缩牛顿流体为例,进行恒流量边界与非定常流量边界下的非稳态Poiseuille流动过程研究。以无量纲黏度和无量纲时间表征非稳态过程,建立数值模型,计算给出恒平均速度边界、从0线性增加平均速度边界和恒压力边界条件下无量纲黏度数值的变化规律。结果表明:非稳态过程中无量纲黏度数值随时间逐渐减小并最终趋于1,且不同边界条件下流动达到稳定对应的无量纲时间为定值。当边界类型确定时,非稳态过程的无量纲黏度数值可视为仅与无量纲时间有关的函数;对于不同类型边界条件,从0线性增加的平均速度边界、恒压力边界、恒平均速度边界条件对应的非稳态过程逐渐缩短。

翼型流动分离的EnKF非稳态数据同化

为了改善RANS模型对流动分离现象的预测性能,针对NACA0012翼型绕流,采用基于非稳态计算的集合Kalman滤波(ensemble Kalman filter,EnKF)数据同化方法,结合粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)数据对SST湍流模型的模型常数进行了修正,对比分析了不同模型常数扰动幅度、不同集合样本数目下稳态数据同化和非稳态数据同化的预测结果差异。研究结果表明,相对于稳态计算,非稳态计算能够增强数值模拟的稳健性,从而可以在较大的扰动幅度下,改善RANS模型的初始预测分布。稳态数据同化在模型常数扰动幅度较大或者样本数目较少时存在明显缺陷,非稳态的数据同化具有更好的鲁棒性,能够在更大扰动幅度和更少样本数下得到最优的湍流模型常数,对流场的预测更加准确。

受限水在纳米级多孔介质页岩中的非稳态流动特征

为了探究水在纳米管中的非稳态流动特征和水在纳米级别多孔介质页岩中的非稳态渗流特征,将非稳态理论与纳米尺度孔隙中水传输的机理相结合,提出了纳米管中水的非稳态流量增强模型和混合润湿多孔介质中水的非稳态表观液体渗透率(ALP)模型,分析了管径和润湿性对单纳米管中水的流动及流动达到稳定时间的影响,孔径非均质分布对纳米多孔介质的ALP以及渗流达到稳定时间的影响。结果表明,单纳米管中水流达到稳定状态所需时间与润湿性有很大的关系;亲水条件下,水流达到稳定时间较短,接触角对稳定时间的影响很小;但在疏水条件下,水流达到稳定时间成倍增长,接触角对稳定时间的影响显著增大。另外,多孔介质平均孔径对ALP稳定时间的影响相对于偏差系数更为敏感。在非稳态阶段,润湿性、孔径非均质分布对ALP的影响不显著,当水流逐渐稳定,上述参数对ALP的影响逐渐显著。非稳态ALP模型可以同时描述水流非稳态和稳态两个阶段的流动特征,是对稳态ALP的一种重要补充。

非牛顿流体在多孔介质中的非稳态流动

以聚合物驱油为背景，对幂律非牛顿流体在不稳态渗流时的压力特性进行了理论研究，建立了其渗流方程，通过拉氏反演，得到了在地层各点和井底处拉氏空间的压力解，并经数值反演，得到了井底处在实空间的压力解，并给出了压力理论曲线，同时也给出了不稳定试井分析方法，用此方法可求得地层的有效流度及符合矿场情况的幂律指数ｎ，可用于研究非牛顿流体的不稳态渗流特性和处理注聚合物时的试井问题。

非稳态分数阶Oldroyd-B流体绕楔形体流动研究

研究了非稳态分数阶Oldroyd-B流体在多孔介质中通过楔形拉伸板的驻点流动问题。基于分数阶Oldroyd-B流体的本构模型建立了动量方程,并在其中引入了浮升力和驻点流动特征。此外,考虑了具有热松弛延迟时间的修正的分数阶Fourier定律,并将其应用于能量方程和对流换热边界条件。接着,采用与L1算法相结合的有限差分法求解控制偏微分方程。最后,分析了相关物理参数对流动的影响。结果表明,随着楔角参数的增加,流体受到的浮升力增大,导致速度加快;达西数越大,介质的孔隙度变大,流体的流动越快;此外,温度分布先略有上升后明显下降,这表明Oldroyd-B流体具有热延迟特性。

Oldroyd-B流体绕拉伸楔形体的非稳态滑移流动与传热分析

研究了在速度滑移现象存在下,上随体Oldroyd-B流体绕加热的楔形体的非稳态流动.采用松弛-延迟热通量模型,模拟了传热过程和热延迟时间对传热的影响,通过考虑浮升力、热辐射和对流换热边界条件,进一步研究了流动及传热特性.利用同伦分析方法获得常微分方程组的近似解析解,发现滑移参数的增大可以促进流体的流动,以及流体的温度随热辐射参数增大而升高.此外还发现,温度场在热松弛时间和热延迟时间中出现相反的变化趋势.

非稳态流体激励下离心泵转子振动特性研究

建立了离心泵全流道三维定常及非定常CFD数值模型,通过非稳态计算得到作用于叶轮上的流体激振力,同时建立了泵转子有限元模型,研究不平衡质量与非稳态流体激振力对转子振动特性的影响。研究结果表明离心泵叶轮内流体激振力具有多种频率成分。不考虑转子上不平衡质量影响时,叶轮处转子在流体激振力作用下振动幅值最大,依次为转轴中部、下部轴承和上部轴承对应的转子位置。转轴上不同位置振动频率特性具有差异,实际故障诊断时要考虑测试部位的影响。考虑不平衡质量影响时,在远离受流体激振力作用的叶轮部位,转子振动频率成分减少。

分离涡方法模拟浓淡气固射流两相非稳态流动特性研究

利用分离涡模拟(Detached eddy simulation,DES)这一新型湍流模拟技术对撞击式浓淡燃烧器内部和出口射流的气固两相流动结构进行了模拟,获得了浓淡燃烧器出口射流的旋涡拟序结构,模拟了射流出口旋涡生成、发展和脱落的规律。对于颗粒场,应用了Lagrangian方法跟踪颗粒运动,获得了浓淡燃烧器出口射流中不同Stokes数颗粒在射流流场旋涡拟序结构作用下的运动扩散规律。结果表明,射流外边界处的大涡是引起浓淡侧小颗粒相互混合的主要因素,而煤粉气流中Stokes数大于1的颗粒在射流中基本不会发生浓淡混合现象,燃烧器下游的浓淡分离效果可以在较长的距离内得到保持。

高功率密度永磁风力发电机非稳态温度场分析

基于传热学原理,建立永磁风力发电机温度场数学模型,并提出求解域内的基本假设及相应边界条件,采取有限元分析软件以样机1/4为计算区域,分别计算出不同参数定子、磁钢温度场,得到运行时达到的最高温度分布情况及其热量传输路径;并采用FLIR红外热成像仪采集各工况下的实际温度分布。通过对比计算与实测结果,相互验证并弥补各自不足后,得出永磁风力发电机动态温度场分布规律,为今后风力机专用永磁发电机的设计生产提供了参考依据。

横掠管束非稳态周期性充分发展流动的数值模拟

以锅炉省煤器中的流动和换热为应用背景 ,分别采用稳态和非稳态的数学模型对横掠管束的周期性充分发展流动进行了数值模拟 .结果表明 ,在Re大于 15 0到小于 10 0 0的范围内 ,横掠管束的周期性充分发展流动问题是非稳态的 .当采用稳态模型时 ,数值计算结果会随迭代次数的增加而振荡 ,得不到收敛的稳态解 .当采用非稳态模型计算时 ,对节距较小的情况 ,在管的后缘处得到对称的非稳态涡 ;对节距较大的情况 ,在管的后缘处得到周期性脱落的非对称涡 .

柴油高压喷嘴空穴流动的非稳态模拟

以船用高压共轨燃油喷射系统及其匹配的电控燃油喷嘴为对象,建立了柴油高压喷嘴空穴流动的非稳态计算模型。采用高压共轨燃油系统平台试验结合AMESim模拟的方法,对柴油高压喷嘴的空穴流动进行研究。研究结果表明:该方法可以较准确地确定燃油喷射过程中喷嘴内部的压力波动;电磁阀脉宽、喷孔数、喷射压力和喷孔直径对燃油喷射过程的影响较显著,喷孔夹角和长径比的影响较小;为了满足匹配发动机的功率需求,当喷孔直径为0.36mm时,喷孔数应为9～10,当喷孔数为8时,喷孔直径应为0.38～0.40mm。

空泡流非稳态现象的流动控制

处于跨临界阶段的空泡流必然导致强烈的周期性冲击和振动．空泡流的激振来源于空泡云的周期性大规模脱落．空泡云的形成和发展与流动的边界层效应有着强烈的相关性，且空泡末端的局部流动直接影响空泡流的整体稳定性．本试验在ＮＡＣＡ１６０１２水翼表面粘附一条展向１ｍｍ厚１０ｍｍ宽的挡流条，尝试以干扰水翼上表面局部流动的方法来影响整个空泡流的形态及其流动稳定性，最终在一定的空泡数范围内抑制了空泡流激振现象，并从试验研究的角度探索了空泡云脱落的机理．

恒定有压扩散流中的局部非稳态流动试验研究

试验研究了恒定二元水平有压扩散流中的局部非稳态流动现象。利用壁面丝线流动显示技术观测了局部非稳态流动现象,给出了发生局部非稳态流动的临界扩散角;利用三维点流速仪对局部非稳态流动的流速进行了数据采集,通过功率频谱分析和互相关分析,得出了非稳态流动的基本特征;探讨了局部非稳态流动的成因和条件。

深海管道稳态流动非均匀温度场研究

为了研究深海管道稳态流动非均匀温度场,利用GAMBIT软件建立了单层管道几何模型并划分网格,利用FLUENT软件对管道在稳态流动时的非均匀温度场进行了数值模拟,对网格独立性进行了分析,确定了合理的网格划分方式,得到了管道沿程温度曲线。通过对比数值模拟与理论公式计算得到的原油温度结果,对FLUENT模型进行了验证,最后进行了管道温度场参数化分析。研究结果表明,稳态流动时管道沿程温度逐渐减小,温度梯度也逐渐减小,原油入口温度、入口流速、保温层厚度及保温层外壁与海水的换热系数均影响管道温度场的分布。研究为管道的非均匀温度效应研究提供参考。

隔舌安放角对旋流泵内非稳态流动特性的影响

为明确隔舌安放角对旋流泵性能及非定常流动特性的影响,该研究设计了不同隔舌安放角的蜗壳模型,基于Navier-Stokes方程和RNGk-?湍流模型对旋流泵进行了全流场数值模拟,并通过能量性能和压力脉动试验对数值模拟方法进行了验证。能量性能预测结果表明,存在最优隔舌安放角使泵扬程和效率均达到极大值。流场分析结果表明,隔舌安放角对蜗壳隔舌及扩散段的流态具有较大的影响:较小的隔舌安放角会减小蜗壳喉部的过流面积,使无叶腔内流体的旋转运动受阻,致使循环流与隔舌的动静干涉作用增强;过大的隔舌安放角会造成扩散段产生大尺度的漩涡和回流。压力脉动分析表明,隔舌处压力脉动分布特征受安放角和测点位置共同影响:随隔舌安放角的增大,隔舌处的压力脉动先降低后增大,安放角由30°增大至45°时,2倍轴频(f_(n))的脉动最大降幅约47%,安放角继续增大至50°时,(0.25~0.5)f_(n)的低频脉动最大增幅约86%;随着测点与叶轮轴向距离增大,隔舌处的压力脉动逐渐减小,叶轮一侧的脉动幅值约为泵体进口一侧的2倍。涡量场分析表明:蜗壳隔舌处频率为2f_(n)的压力脉动由入口螺旋状入流发展扩散产生;隔舌处涡核分布的不对称性是导致蜗壳隔舌处压力分布不对称的原因。适当增大隔舌安放角能有效改善旋流泵隔舌处内流的稳定性,并一定程度提升旋流泵扬程和效率。综合各项性能表明该模型泵隔舌安放角45°时性能最优。研究结果可为旋流泵优化设计提供理论参考。

Chebyshev谱方法研究非稳态Maxwell流体在轴向余弦振荡圆柱上的斜驻点流动

研究了非稳态Maxwell流体斜撞击轴向余弦振荡圆柱的斜驻点流动.首先,基于斜驻点流动特性,在柱面坐标系下求得关于压力的二阶常微分方程,对压强进行修正,建立了非稳态Maxwell流体在振荡圆柱上斜驻点流动的边界层模型.接着,合理的相似变换将模型转化,使用Chebyshev谱方法求得模型的数值解.结果表明,在贴近圆柱表面的流体随着圆柱体做周期性运动;圆柱的曲率越大越会使在同一时刻同一位置处的流体质点的速度越大;相反,非稳态参数及流体的记忆特性也会在更靠近圆柱壁面处阻碍流体流动.