微喷管流的连续介质模型及其适用性

基于无滑移和有滑移的连续介质模型,对微喷管内的超声速冷态气体流场进行了二维和三维数值模拟,利用DSMC方法验证微喷管流中的连续介质模型,并重点分析微喷管流的低雷诺数效应、三维端面效应及其推进性能.研究表明,局部流场的模拟对模型和边界条件的要求要高于推进性能的估算,在努森数小于0.03时,可以使用无滑移的N-S方程预测推进性能;雷诺数是表征低雷诺数效应和推进性能的特征参数,提高工作压力可以改善微喷管的粘性损失和推进性能;在雷诺数大于1000时,若蚀刻深度和喉部宽度的比值超过13,微喷管具备很好的二维特性.     

喷管直径对微尺度扩散火焰特性的影响

对均匀空气流中微尺度甲烷扩散燃烧进行了数值模拟,重点考察微喷管内的流动和传热传质对微尺度燃烧特性的影响.研究结果表明,在保持燃料喷出速度一定的条件下,随着喷管直径的减小,喷管内与甲烷喷出速度相反方向上发生热量和质量的传递,燃料与空气的混合在喷管内已经发生,火焰的一部分热量回流到喷管内顶热了未燃混合气,同时也增加了火焰的热损失.当管径为0.15 mm时,甲烷在微喷管内就开始发生化学反应,在进行微尺度解析计算时,必须包含一定的喷管区域.     

微喷颗粒与气体混合过程的数值模拟研究

冲击波作用下金属与气体界面将发生微喷混合现象,即金属表面产生的微喷射物质在气体中的输运过程.提出采用散体颗粒分布代替微喷初始状态,基于气体-颗粒两相流模型对微喷混合现象进行了模拟研究.数值模拟给出了微喷混合的动力学演化过程,分析了初始气体压力和颗粒尺寸因素对混合层的影响规律;在数值模拟中发现了微喷颗粒的气动破碎现象,这可导致颗粒尺度明显减小,成为影响微喷混合演化性质的重要物理因素.本文模拟结果与相关实验结果取得一致,初步表明,气粒两相流模型是模拟微喷混合过程的一种有效方法.     

非均匀剪切流场中液晶聚合物微观结构的无网格模拟

基于宏观流场控制方程与微观分子取向扩散方程耦合的微-宏观双尺度模型,率先采用无网格方法对液晶聚合物在非均匀剪切流场中的微观结构进行了模拟研究.无网格方法精度高、稳定性好的特性保证了模拟结果的可靠性.研究了Deborah数对平板Poiseuille流中液晶聚合物微观结构的影响,预测出非均匀剪切流场中液晶聚合物的一种单一结构和五种复合结构.指出在复合结构的过渡区,分子运动具有不稳定性,可能产生瑕疵. 关键词： 液晶 微观结构 双尺度 无网格     

微喷管数值模拟

本文数值模拟喉部半高为34μm的二维微喷管,分别分析了固定进口及固定喉部尺度下扩张角、扩张比以及滑移边界条件对微喷管性能的影响,发现最佳半扩张角在20°-22°之间,而最佳扩张比为7。为了比较壁面滑移条件对计算结果影响,分别数值模拟了喉部尺寸为68μm和6.8μm的微喷管,发现Kn<0.001时,滑移边界条件对数值模拟结果较小;而0.002相似文献   

干气密封三维微间隙流场数值模拟

采用三维流动求解器CFD-ACE ,以空气作为工作介质,对干气密封不同工况下的内部微间隙三维流场进行了数值模拟,得到了流场的压力分布及其产生的开启力,通过与文献中试验结果的比较和分析,三维流场的计算结果与文献中试验结果吻合较好.在考虑气体的可压缩性的情况下,直接求解N-S方程可对干气密封微间隙内的三维流场进行正确的描述.     

过渡区微尺度流动的有效黏性多松弛系数格子Boltzmann模拟

为提高采用二维九速离散速度模型的格子Boltzmann方法 (LBM)模拟微尺度流动中非线性现象的精度和效率,引入Dongari等提出的有效平均分子自由程对黏性进行修正(Dongari N,Zhang Y H,Reese J M2011 J.Fluids Eng.133 071101);并针对以往研究微尺度流动时采用边界处理格式含有离散误差的问题,采用多松弛系数格子Boltzmann方法结合二阶滑移边界条件,对微尺度Couette流动和周期性Poiseuille流动进行模拟,并将速度分布以及质量流量等模拟结果与直接模拟蒙特卡罗方法模拟数据、线性Boltzmann方程的数值解以及现有的LBM模型模拟结果进行对比.结果表明,相对于现有的LBM模型,引入新的修正函数所建立的有效黏性多松弛系数LBM模型有效提高了LBM模拟过渡区的微尺度流动中的非线性现象的能力.     

子网格在DSMC中的作用及三角形子网格

本文采用直接模拟蒙特卡罗方法对二维微通道内Poiseuille流动进行了数值模拟,通过对不同网格密度下计算结果与"收敛"结果的比较,得到了计算网格特别是子网格系统对计算结果的影响;在此基础上,发展了基于Delaunay三角形非结构网格的子网格系统,讨论了采用该子网格的非结构化网格对模拟结果的影响,结果表明:该方法能有效提高模拟的准确性,而常规无子网格的非结构网格将"虚假"地增加气体流动的稀薄性。     

圆管层流入口段数值模拟的差分格式与出口边界条件研究

通过数值模拟,分析了Re≥1000时,圆管层流入口段流场计算中采用一阶差分与QUICK格式的差别,研究了出口界面位置及两种不同的出口边界条件的影响。结果表明,对管内层流入口段流场计算,采用QUICK格式较一阶差分格式能更细致地反映流动过程。Re≥1000时,出口界面位置对采用一阶差分格式的计算结果影响不明显;对采用QUICK格式的计算,两种出口边界条件的差别与出口界面位置有关。     

微尺度后台阶流动的Monte Carlo直接模拟

对DSMC方法中压力边界条件的实现给出了一种改进的方法,并分区模拟了微尺度后台阶气体流动,得到了其流动的一般典型结构.计算结果表明经典后台阶流动中的回流区在一定参数范围内仍然存在,但上壁面的分离区消失.讨论了流动参数对流动结构的影响,并给出了再附长度与流动参数的关系.