混合流体Rayleigh-Benard行波对流中的缺陷结构

通过流体力学基本方程的数值模拟,研究了含有缺陷的行波对流的动力学特性. 当分离比Ψ＝－06时,随着相对瑞利数r逐渐增加,系统由局部行波对流过渡到含有缺陷的行波对流,然后缺陷消失过渡到无缺陷的行波对流. 对于不同分离比的研究表明,缺陷出现的周期随着分离比减小而迅速增加,随着r增加而增加. 在负的小分离比时的增加速率大于大分离比时的增加速率. 缺陷存在区间Δr随着分离比绝对值减小很快变小, 并且当Ψ＝－011时缺陷消失,没有发现含有缺陷的行波对流. 当r大于Δr的上限时,系统过渡到无缺陷的行波对流.可是,当r小于Δr的下限时,不同的分离比Ψ值,对应不同的行波对流斑图. 这说明分离比明显地影响着各斑图形成及它们之间的转换,斑图之间的转换是很复杂的. 关键词： Rayleigh-Benard对流 缺陷 混合流体 行波     

微细管碳纳米管悬浮液强制对流换热实验研究

测量了水平微细圆管内蒸馏水和不同质量浓度的水基多壁碳纳米管纳米流体在低雷诺数下的强制对流换热特性。实验结果表明,与蒸馏水相比,纳米流体的对流换热系数显著提高,且随质量浓度和管内雷诺数的增大而增大;并且研究了流体管内流动阻力特性,得到的泊肃叶数f·Re值随着雷诺数的变化不明显,但纳米流体的f·Re值要明显小于纯水。     

水平流作用下行波对流的成长及周期性重复

数值模拟研究了在极其微弱的水平流动作用下，混合流体Rayleigh-Benard对流系统一 维行波斑图的成长及其时空演化问题.揭示了系统行波对流的周期性现象及其对水平流动强 度的依赖性. 关键词： 时空斑图 混合流体对流 水平流     

管外包覆多孔介质强化换热的数值研究

本文对管外包覆多孔介质的无限长圆管绕流的流场和温度场进行数值模拟,研究了多孔介质层的无量纲厚度ep,达西数D_a以及雷诺数Re对流动和强制对流换热特性的影响。研究结果表明,管外包覆多孔介质后的强制对流换热效果明显强于光管条件下的效果,换热增强了2.8~5.4倍;壁面平均努塞尔数Nu随e_p和Re的增大而增大,随Da的增大而减小;管壁处的流动阻力系数C_D随ep的增大而增大,随D_a的减小,先增大后减小,当Da小于1×10~(-5)时,阻力系数保持不变。     

复合肋套管导热和对流耦合换热的数值模拟

在层流范围内,数值模拟了带均布纵肋同心套管内的三维导热和对流耦合换热。结果表明间壁温度沿管长变化 较大且分布呈非线性变化;在通道人口流体内部温度和速度分布呈现层流附面层特征,换热的入口段比例随Re增大而加 大,入口段换热的Nu也随Re增大而加大;换热的Nu随管长增加趋于不变。     

油基钻屑螺纹推进式换热器流动传热特性

对油基钻屑在螺纹推进式换热器内的流动换热过程进行了数值模拟,研究了螺杆转速、油基钻屑雷诺数Re和螺纹截面形状对流动换热的影响。结果表明:随着螺杆转速增加,传热系数、油基钻屑出口温度均增大;同时发现,当雷诺数Re<250时,壳侧Nusselt数随雷诺数Re增大而迅速增大,此后雷诺数对Nusselt数影响较小;Nusselt数随曲率比d_i/D增大而增大。为方便工程设计,利用数值结果给出了油基钻屑的流动换热关系式。     

不同组分天然气在绕管内流动传热特性数值研究

针对目前LNG绕管换热器设计时,考虑不同天然气组分对流动换热性能的影响,采用数值模拟方法分析了不同组分天然气在绕管内流动的传热特征。研究采用6.4MPa的6组不同组分的甲烷和乙烷混合物作为工质,探讨了混合物乙烷组分比重、雷诺数Re、普朗特数Pr对压降和努塞尔数Nu的影响。结果表明:在气态时随着乙烷组分比重的增加,混合物压降随Re数增加幅度变小;而在液态时混合物压降则随着混合物中乙烷组分比重的增加,压降随Re数增加幅度变大。在气态时乙烷组分增大有利于传热,而在液态时乙烷组分增大不利于传热,最后根据模拟结果拟合出适用的Nu公式。     

锯齿型通道流动与换热的自维持振荡实验研究

本文对锯齿型通道内流动与换热的自维持振荡特性进行了实验研究。从可视化实验中观察到,Re300时,流场随时间几乎没有明显的变化;Re300,流动出现了明显的回流现象,且随着Re数增大,回流形成的涡增大,流动产生的涡的位置随时间呈有规律的周期性变化;在恒热流边界条件下,通道上、下壁面温度沿流动方向的变化与数值模拟所得到的Nu数、壁温的变化规律一致。     

微针肋内潜热型功能热流体换热特性研究

引入潜热型功能热流体替换现有传统工质冷却大功率激光器,实验研究了潜热型功能热流体与传统工质去离子水在高4 mm、宽2 mm、间距1 mm的微针肋内的层流流动换热特性。结果表明:在雷诺数Re为625~1125范围内,潜热型功能热流体均表现出比水更好的冷却性能及更低的壁面温度,且存在最佳的质量分数值;相同工况下,潜热型功能热流体平均努谢尔数Nu大于去离子水,平均努谢尔数Nu随着雷诺数Re的增加而增加。拟合了平均努谢尔数与流体雷诺数、普朗特数、质量分数的经验的关系式,最大偏差为16.9%,可以较好反映潜热型功能热流体的换热特性;潜热型功能热流体沿着流动长度的方向存在一个稳定的局部换热强化区,且强化换热存在最佳的长度。     

低雷诺数下矩形竖腔内混合对流的格子Boltzmann方法模拟

文中采用格子Boltzmann力矩模型模拟了不同纵横比(A)、瑞利数(Ra)、雷诺数(Re)下两维矩形腔内的混合流动,得到不同条件下矩形腔内的流线和等温线图,并描述了其特点.模拟结果表明,在低雷诺数下,当强制对流占主导时,换热可看作矩形腔内上部强制对流换热Nucv加权该部分尺寸与下部导热Nucd加权下部导热尺寸的综合作用结果.得到整体换热强度随纵横比变化的经验公式,并给出其适用范围.     

分离比对混合流体Rayleigh-Bénard对流解的影响

混合流体Rayleigh-Bénard对流是研究非平衡对流的非线性动力学特性的典型模型之一.基于流体力学方程组的数值模拟,首先探讨了矩形腔体中具有强Soret效应(分离比Ψ=-0.60)的混合流体行波对流的分叉特性及斑图演化,沿着分叉曲线的上部分支,随着相对瑞利数的增加,此系统依次出现了局部行波对流、具有缺陷的行波对流、行波对流、摆动行波对流及定常对流5种行波对流解.然后,研究了分离比Ψ对对流解的影响,与弱Soret效应(Ψ=-0.11)时的对流解相比较,强Soret效应(Ψ=-0.60)时出现的对流解更丰富.由于有强Soret效应的对流的复杂性,Ψ=-0.60时的对流解与Ψ=-0.20,-0.4时的对流解不同.     

湍流热对流Prandtl数效应的数值研究

本文采用直接数值模拟的并行直接求解方法,计算了Ra=10~(10),0.05≤Pr≤20的系列Prandtl(Pr)数二维湍流热对流.通过流动显示技术,讨论了Pr数对羽流形态和大尺度环流结构的影响.在Ra=10~(10)时,随着Pr数减小,羽流的运动和分布表现出更强的湍流性质,较高Pr数的羽流则表现出较强的规律性,当Pr4.3时,流场中存在明显的大尺度环流和角涡结构.不同Pr数的温度边界层厚度差异不大,并随Pr数存在标度率变化关系.当Pr数较低时,系统的传热Nusselt(Nu)数随着Pr数增加而增加,当Pr数较高时,Nu数随Pr数的变化不敏感.靠近底板处速度脉动随Pr数有显著的变化,Pr数越低速度波动越剧烈.通过底板中心位置水平脉动速度和平均场水平速度最大值给出的雷诺数Re_((u))和Re_(U_(max)),两种Re数随Pr数的变化满足同一标度律,为Re～Pr~(-0.81).     

正交梯度下双扩散对流的数值模拟

本文采用有限单元法求解涡量、流函数、能量和组分控制方程,数值模拟了在温度梯度和浓度梯度正交情况下竖直环形容器内的双扩散对流结构。通过改变浮升力比N=GrS／GrT和Le数的大小,分析了溶质浮升力方向及其大小和Le数对容器内双扩散对流的影响。结果表明:当溶质浮升力改变时,壁面处的流体流动状况、边界层厚度、Nu数和Sh数都发生了变化;随着Le数的增大,竖直壁面处Nu数逐渐降低而水平壁面处的Sh数逐渐增大。     

水平温差对环形浅液池内Marangoni-热毛细对流的影响

双向温差驱动下的Marangoni-热毛细对流在许多工程技术领域具有重要作用, 但是, 已有的大部分研究集中于单向温差作用下的流动. 因此, 采用数值模拟的方法研究了水平温差对双向温差驱动下的环形浅液池内Marangoni-热毛细对流的影响. 在一个给定的顶部换热条件下, 确定了不同水平温差作用下流动由轴对称稳态流动向三维非稳态流动转变的临界底部热流密度. 结果表明, 水平温差使得Marangoni-热毛细对流不稳定; 随着水平温差的持续增强, 稳态流动转变为一种规律的振荡流动, 最终变得混乱; 发现两种新的状态演化过程; 确定了水平温差和垂直温差在共同驱动流体运动时各自发挥的作用; 随着水平温差的增强, 最初出现在中间区域的最高表面温度不断向热壁移动, 在此过程中, 内壁附近的流动增强, 而外壁附近的流动减弱.     

柱面非线性麦克斯韦方程组的行波解

柱面电磁波在各种非均匀非线性介质中的传播问题具有非常重要的研究价值.对描述该问题的柱面非线性麦克斯韦方程组进行精确求解,则是最近几年新兴的研究热点.但由于非线性偏微分方程组的极端复杂性,针对任意初边值条件的精确求解在客观上具有极高的难度,已有工作仅解决了柱面电磁波在指数非线性因子的非色散介质中的传播情况.因此,针对更为确定的物理场景,寻求能够精确描述其中更为广泛的物理性质的解,是一种更为有效的处理方法.本文讨论了具有任意非线性因子与幂律非均匀因子的非色散介质中柱面麦克斯韦方程组的行波精确解,理论分析表明这种情况下柱面电磁波的电场分量E已不存在通常形如E=g(r-kt)的平面行波解;继而通过适当的变量替换与求解相应的非线性常微分方程,给出电场分量E=g(lnr-kt)形式的广义行波解,并以例子展示所得到的解中蕴含的类似于自陡效应的物理现象.     

Existence and Dynamics of Bounded Traveling Wave Solutions to Getmanou Equation

In this paper, we study the existence and dynamics of bounded traveling wave solutions to Getmanou equations by using the qualitative theory of differential equations and the bifurcation method of dynamical systems. We show that the corresponding traveling wave system is a singular planar dynamical system with two singular straight lines, and obtain the bifurcations of phase portraits of the system under different parameters conditions. Through phase portraits, we show the existence and dynamics of several types of bounded traveling wave solutions including solitary wave solutions, periodic wave solutions, compactons, kink-like and antikink-like wave solutions. Moreover, the expressions of solitary wave solutions are given. Additionally, we confirm abundant dynamical behaviors of the traveling wave s olutions to the equation, which are summarized as follows: i) We confirm that two types of orbits give rise to solitary wave solutions, that is, the homoclinic orbit passing the singular point, and the composed homoclinic orbit which is comprised of two heteroclinic orbits and tangent to the singular line at the singular point of associated system. ii) We confirm that two types of orbits correspond to periodic wave solutions, that is, the periodic orbit surrounding a center, and the homoclinic orbit of associated system, which is tangent to the singular line at the singular point of associated system.     

Cz结构浅池内硅熔体热对流的分岔特性

为了了解水平温度梯度作用时Czochralski结构浅池内硅熔体热对流的分岔特性,利用有限差分法进行了非稳态三维数值模拟,坩埚外壁被加热,液池深度为3 mm.模拟结果表明,当逐渐增加温差时,会发生两次流型转变,第一次由二维轴对称流动转变为三维稳态流动,第二次由三维稳态流动转变为热流体波,其可能沿顺时针方向旋转、也可能沿逆时针方向旋转,同时,第二次转变存在分岔现象.     

Aspect-ratio dependence of charge transport in turbulent electroconvection

We present measurements of the normalized charge transport or Nusselt number Nu as a function of the aspect ratio Gamma for turbulent convection in an electrically driven film. In analogy with turbulent Rayleigh-Bénard convection, we develop the relevant theoretical framework in which we discuss the local power-law scaling of Nu with a dimensionless electrical forcing parameter R. For these experiments where 10(4) less, similar R less, similar 2 x 10(5) we find that Nu approximately F(Gamma)Rgamma with either gamma=0.26 (+/-0.02) or gamma=0.20 (+/-0.03), in excellent agreement with the theoretical predictions of gamma=1/4 and 1/5. Our measurements of the aspect-ratio dependence of Nu for 0.3相似文献   

A Class of Traveling Wave Solutions to Some Nonlinear Partial Differential Equations

For the Noyes-Fields equations, two-dimensional hyperbolic equations of conversation laws, and theBurgers-KdV equation, a class of traveling wave solutions has been obtained by constructing appropriate functiontransformations. The main idea of solving the equations is that nonlinear partial differential equations are changed intosolving algebraic equations. This method has a wide-rangingpracticability.