纳米限域Couette流边界气泡减阻机理

气泡减阻技术对于提高水下航行器推进效率,降低航行过程中的综合能耗具有重要意义.本文采用分子动力学方法研究了气-液两相Couette流在平行壁板纳米通道内的流动特性和气泡边界减阻特性,分析了表面润湿性、壁面粗糙度和气体浓度对边界滑移速度和减阻效果的影响规律.研究结果表明:气泡减阻效果随边界滑移速度的增大而增强;在气-液两相流动区域,随着剪切速度的增大,边界吸附气泡的横向变形和边界滑移速度增大,边界气泡减阻效果增强.固-气相互作用强度和气体浓度增大均导致气体原子在近壁面的富集现象增强,提高了壁面上气泡的铺展特性,从而增大了固-液界面滑移速度.壁面粗糙度会改变气泡的铺展特性,影响边界滑移速度,进而改变流固界面减阻效果;随着肋高的增大,气体原子在肋条间凹槽中聚集,肋条上表面气体原子吸附量减少,导致固-液界面边界滑移速度减小,并最终降低了减阻效果.研究结果将对大型舰船和水下航行器边界减阻技术提供重要理论指导.

基于SPH方法的瞬态非等温黏弹性Couette流的数值模拟

基于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics, SPH)方法对瞬态非等温黏弹性流动问题进行了数值模拟.首先,模拟了等温情况下基于Oldroyd-B模型的黏弹性Couette流动;随后,将其扩展到非等温情况下进行模拟,其中选用Reynolds指数模型来评估黏度和松弛时间的温度依赖.通过与有限体积方法解的比较和对数值收敛性的评价,验证了SPH方法模拟非等温黏弹性流动问题的准确性和有效性.讨论了非等温流动相较于等温流动的不同流动特征,分析了温度依赖系数、Péclet数等对黏弹性流动过程的影响.数值结果表明,SPH方法可准确有效地模拟非等温黏弹性流动问题.

横向磁场作用下Taylor-Couette流动数值模拟

采用Fluent模拟软件对横向磁场作用下液态金属镓的Taylor-Couette流动进行了数值模拟。考虑了有限长和无限长两种模型,模型半径比为1/2,长宽比为4。哈特曼数选取为0~50,雷诺数选取为10和259,分别对应层流Couette流动和Taylor-Couette流动两种工况。结果表明,对于雷诺数等于10工况,流体在横向磁场的作用下产生非轴对称的流型;随磁场强度增加,涡由圆环外侧移动到内侧,并呈现出扁平化趋势。对于雷诺数等于259工况,在磁场作用下,流场内泰勒涡尺寸变小,泰勒涡数量由2对增加至3对,并最终破裂。对于有限长和无限长模型,由于上下壁面边界条件不同,流型变化呈现出不同的特点。

可调压可视化微间隙Couette流变仪的研究及应用

采用精密的机械加工和独特的气动旋转密封技术,研制出可调压可视化微间隙Couette流变仪。外圆筒旋转内圆筒静止的特点,使该流变仪能产生剪切速率高达105/s数量级稳定的纯剪切流。利用商业旋转流变仪,测量试验用中、低粘度硅油在低剪切速率和不同温度下的粘度,应用粘温关系,推算出高剪切速率下粘性热使粘度下降的量,其值与微间隙Couette流变仪的测量结果较为吻合。在一定的切应力下,观察到淡水和中低粘度硅油在微间隙中发生剪切空化的现象,发现剪切空化的发生还强烈依赖于流体中气体的相对溶解量。

Couette-Taylor-Poiseuille流的数值模拟

对中等半径比同心旋转圆柱间Couette-Taylor-Poiseu ille流进行了数值计算,并与已有的实验数据进行比较以获得流场的更多信息。结果表明,数值计算与实验结果吻合较好,依次再现了层流涡、波动涡、非波动螺旋涡以及波动螺旋涡;轴流可以起到稳定流场的作用,轴流存在时,流场转捩的临界泰勒数Ta值会变大,涡胞变小,涡心不再位于轴间隙的中间,从左向右的轴流比较明显,交替指向内轴和外轴,并缠绕在涡胞的周围;除去平均轴流速度后,速度矢量场显示出不同的涡形,形状与相同Ta时的涡胞基本相同;在不同的泰勒数Ta和雷诺数Re下,涡心的轴向传播速度约为平均轴向流速的1.17倍,相传播速度约为内筒转速的0.42倍。

Couette流和空腔粘性流的格子Boltzmann方法模拟

采用 13速六方格子Boltzmann方法研究Couette流和空腔粘性流 ,模拟了在Pr =0 91,Re =10 0 ,5 0 0 0 ,及Pr =0 91,1,1 2 5而Re =30 0 0情况下Couette流流场的速度、温度分布 ,研究了热输运过程 ;同时用该模型模拟了高雷诺数的空腔粘性流流场演化稳定后 ,形成的涡旋的形状及腔内温度分布情况。

一种新的Couette流变仪的精度校核

利用新研制的外筒旋转可调压可视化Couette流变仪,开展了强剪切流的空化试验,发现剪切力矩及瞬态温度对剪切空化的影响非常明显。通过传感器温度阶跃响应试验数据,求得温度传感器在静止液体内受阶跃温度变化时的表面传热系数。采用柱坐标系,基于试验获得的纯剪切力矩和瞬态传热微分方程,由数值计算方法求出不同时刻强剪切Couette流的瞬态温度,理论计算值与试验结果较为吻合,表明新的外筒旋转可调压可视Couette流变仪获得的纯剪切力矩和瞬态温度的准确性,以及间隙的均匀性。利用文献[9]的初步估算方法,也可求出强剪切Couette流的温度变化值。对比分析结果表明,所提方法校核精度高且适用范围广。

基于Couette流变仪的0.1～0.5MPa压力下液体粘度测量方法

为了研究使用Couette流变仪在0.1 MPa^0.5 MPa压力范围内测量液体粘度的方法,首先对流变仪进行了强度校核,结果表明流变仪在低于4.2 MPa压力下可以安全工作。然后对如何通过电机输出力矩得到流变仪工作段力矩的问题做出了研究;最后,根据推导出的工作段力矩与所测液体粘度成正比的关系,总结出了通过工作段力矩间接求得液体粘度的方法。误差分析结果表明该方法测量误差为7%左右。所做工作为以后利用Couette流变仪研究液体粘度与含气量的关系以及空化机理奠定了基础。

平行平板间Couette流起动过程的运算微积解

求解平行平板间Couette流的起动过程通常使用分离变量法,得到的速度分布在平板间距趋于无穷时难以逼近Stokes第一问题的解,而两者在物理上却是完全一致的。本文利用运算微积法和Heaviside算子进行求解,不但解决了这一问题,而且具有运算简单的特点。

同轴旋转圆筒间Taylor-Couette流场的PIV测量实例

运用PIV技术测量了Taylor-Couette涡发生器的环隙横截面速度场、环隙子午面速度场;分析了旋转圆筒间流体在不同操作条件下的流动形态以及速度分布规律,探讨了实验条件下泰勒数与各种含涡流场的关系.得到不同转动速度下环隙横截面、环隙子午面的流场特征,进而了解环隙流体的空间运动方式.实验表明:内筒转速越高,圆周运动切向速度越大,环隙中各点的轴向速度和径向速度值都在增大;随着内筒转速增大,涡旋的数量先分离增多,而后又趋于合并减少,Taylor涡的完整性也发生变化,相邻涡之间相互影响,产生了非闭合涡.

论紊流Couette流

在分析脉动粘性系数νT 在断面上的分布趋势的基础上 ,吸取前人的研究成果 ,提出新的νT公式和紊流Couette流的流速分布公式 .

有限宽度平板Couette流的流量计算

从有限宽度平板 Couette流动的速度分布解出发 ,导出了有限大矩形管道流量公式 .利用无穷大平板 Couette流动的流量公式 ,给出了由管道形状决定的流量系数函数 ,并分析了流量公式在大宽高比和小宽高比情况下的渐近行为 。

以Couette流动方式为基础的电流变液测试系统的研制

在分析电流变液 (Electrorheological fluids)测试技术特点的基础上 ,研制了一种基于库特 (Couette)流动方式的电流变测试系统。对由上海大学研制的几种电流变液进行了性能测试 ,结果表明所建立的电流变测试仪具有较好的重复性与可行性 ,可以准确、方便地获得与电流变效应有关的剪切应力。

平行平板间电流变液非零压力梯度Couette流动的稳定性分析

采用Rajagopal和Wineman所提出本构方程 ,对电流变液在二维平行平板间非零压力梯度Couette流动的线性稳定性问题进行研究。通过分析和数值计算发现 ,任何壁面运动都将使流动稳定性增强。在外加电场存在的情况下 。

微米尺度二维压力驱动Couette流分区特性的实验分析

小孔节流是空气静压导轨中常见的节流方式,为了研究空气静压导轨气膜压力分布问题,研制了一种气体止推轴承气膜压力分布测试试验台。以小孔节流为例。基于空气静压导轨气膜压力递减规律,将气膜沿长度方向划分为压力驱动区和牛顿摩擦区。通过Fluent仿真气膜支撑区气体流态并计算其流速和压力,得到的实验结果与气体压力分布的数值分析结果吻合。得出了相关结论:气膜沿长度方向分为压力驱动区和牛顿摩擦区。通过实验验证压力分区理论的有效性。

球Couette流的数值模拟

该文利用谱方法对同心旋转球间轴对称Couette流进行数值模拟.给出Navier- Stokes方程的流函数-涡度形式,利用Stokes流把边界条件齐次化,选取Stokes算子的特征函数做为逼近子空间的基函数,对同心旋转球间轴对称Couette流进行谱逼近,并展示数值计算结果.

基于COUETTE剪切的磁流变离合器研究

介绍了磁流变液材料Bingham本构模型和工程应用性能及基于Couette剪切模式的磁流变离合器的工作原理和结构,建立了Couette剪切模式的转矩理论计算模型;对离合器设计中关键的工作磁路,利用ANSYS进行了磁场有限元仿真,提出了离合器结构的改进方法。

STUDY ON TURBULENT SPOTS IN PLANE COUETTE FLOW

Turbulent spots play a key role in the formation of the turbulence and the transition. The generation and evolution of turbulent spots using the wall impulse model in the plane Couette flow are studied by direct numerical simulation of Navier-Stokes equations. A group of three-dimensional coupling compact difference schemes with high accuracy and high resolution is used in the numerical calculation. The important characteristics of turbulent spots based on the results of examples are analyzed, including the formation of random pulse, the generation of Reynolds stress, the growth of disturbance amplitude, and the continuous change of spot shape, especially the complex evolution process of the streamwise vortices. Computational results confirm that basic properties of turbulent spots in the laminar flow are similar to those in the turbulent flow.

环空内非牛顿流体依时性Couette流动的谱法研究

采用谱方法研究了环形套管内OldroydB流体依时性Couette流动的速度场分布.该问题可归结为高阶微方程的初值边值问题的求解问题.采用构造的Chebysehv多项式为基的谱方法,成功地得到该问题的解析解答.其结果与差分数值解一致.

展向旋转平板Couette湍流中的多态现象

展向旋转平板Couette湍流(Spanwise rotating plane Couette flow,RPCF)是旋转壁湍流的标模问题之一,在过去的几十年里,被广泛用来研究旋转对壁湍流的统计和流动结构的影响。近些年,作者及其合作者就该问题开展了一系列直接数值模拟研究工作。该研究不仅发现了旋转在低旋转数和高旋转数时对流动结构和统计的不同影响,还首次在RPCF中发现了多湍流态现象:即在相同的控制参数下,流动可以处在两种不同的湍流态上,这两种不同的湍流态的流动结构和湍流统计差别显著。还发现该多态现象可以在很大的旋转数范围里存在。进一步分析大尺度二次流在不同态的能量传输中的作用,发现在二次流较弱的流态下,二次流起的作用相对较小,能量很大一部分直接从平均流传到剩余场;而当二次流较强时,二次流起到一个能量传输纽带作用。该分析也从侧面验证了大尺度结构在多态现象中占据重要地位的猜想。