亚临界横绕圆柱流动的实验研究

1引言圆柱绕流是流动与传热领域的基本流动现象，也是历史悠久的研究课题。“经过多年的努力，人们已经获得了圆柱绕流的基本图象，积累了相当丰富的实验及分析资料，但有许多问题至今仍然是不解之谜[1]。在这些问题中，亚临界绕流时的绕流阻力具有重要的意义。在能源、化工、环保等工业领域大量存在的圆管外绕流，其绕流雷诺数大多在104数量级，为典型的亚临界绕流工况。在该雷诺数范围内，圆柱绕流阻力系数Cd≈1．2，处于较高水平。降低亚临界绕流圆柱的流动阻力将产生工业上量大面广的节能效益。为探索实用的流动减阻技术，必须对亚临界…     

分隔板偏角对圆柱受力和脱涡频率的影响

钝体后安装分隔板是一种有效的被动控制技术,本文采用有限体积法对非稳态二维层流下的圆柱-分隔板结构绕流进行了数值计算。研究了中等雷诺数（Re=100～500）下,分隔板与来流方向存在夹角时（θ=0°～45°）的圆柱绕流特性。结果表明不同Re数下,圆柱阻力和升力系数等反映流动特性的参数随分隔板偏角而变化;阻力系数最小值对应...     

Reynolds数22 000的孤立方柱绕流的大涡模拟

方柱绕流是典型的钝体绕流问题,蕴含了丰富的流体力学现象,对这类流动的准确预测面临着诸多挑战.采用自主发展的大涡模拟程序,对来流Mach数M=0.3,Reynolds数Re_D=22 000的绕孤立方柱流动进行了细致模拟,亚格子模型使用动力涡黏模型.对计算结果的分析表明,大涡模拟所得的平均流场及Reynolds应力分布与已有实验数据和直接数值模拟结果均吻合较好,验证了预测结果的可靠性;在此基础上对瞬态流场进行了研究,展示了计算条件下方柱绕流分离转捩及尾迹区旋涡交替脱落形成Karman涡街的全过程,为更细致的流动机理探索奠定了基础.      

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.      

绕空化器自然空化流动的研究

本文采用高速全流场显示技术、片光源流动显示技术和应变式测力系统相结合研究了圆盘空化器模型的流场。结果表明:随着来流速度增加,绕圆盘流动经过无空化到初生空化的过渡过程后,出现了初生空化、带状空化和团状空化等不同空化阶段;绕圆盘流动阻力系数不断减小,出现了空化后阻力变化梯度降低;绕空化器的流场波动幅度不断加大,但空化器所受阻力主频基本稳定。     

钝体头锥发汗冷却对流换热实验研究

本文进行了钝体头锥发汗冷却的实验研究,揭示了注入率、主流温度以及主流Re数对发汗冷却壁温及冷却彭率的影响规律.结果表明:发汗冷却对于绕流钝体这种主流为曲面外流的情况依然能以较低的注入率对壁面进行有效的热防护.头锥驻点壁温较高,发汗冷却效率较低;从驻点至下游段壁温不断降低;冷却效率随主流Re数增加而降低.在接近下游处由于尾迹流与钝体底部的换热导致壁温有所增加.     

变工况非定常叶栅绕流数值仿真

采用离散涡方法数值仿真了不同来流攻角下,固定与动边界叶栅绕流。在设计工况时流动接近定常流动。而变 工况时流动具有明显的非定常特征。特别是当攻角较大时,流场中存在着激烈分离,流动具有不稳定性。分离流动与旋涡 的分布息息相关。当来流角从20°到60°逐渐增大时,前驻点从背面经前缘点向腹面移动。固定叶栅与振动叶栅时的绕流 有明显的不同。振动叶栅绕流,流体决不是简单地随叶栅作同样的振动。     

混合通量差分格式的比较

系统研究了几种混合通量差分格式的构造方法和耗散模型,分别对低速平板绕流、二维跨音速喷管流动和高超音速钝头体无粘绕流进行了数值模拟,结合先进的EASM湍流模型对格式的粘性分辨率和激波稳定性进行了细致的比较分析.结果表明混合通量差分格式兼顾了FDS和FVS格式的优点,具有较高的间断分辨率和数值稳定性.     

具有多孔介质覆面层的柱体绕流流场分析

建立多孔结构覆面柱体绕流模型, 采用含Darcy-Brinkman-Forchheimer作用力项的格子Boltzmann方程对覆盖多孔介质层的方柱绕流进行数值模拟, 研究多孔介质对钝体绕流流场特性的影响。结果表明: 相比于不可渗透壁的柱体, 引入合适参数的多孔介质覆面层后可以有效降低其升力脉动幅值, 但阻力有所增加。同时, 较高雷诺数下多孔方柱的数值模拟表明: 多孔介质壁面使得尾迹区域的剪切层相距更远, 降低了尾流处湍动能, 并将雷诺应力的峰值移动到尾迹区域, 抑制了方柱两侧的动量交换, 使动量交换的位置发生在尾迹区域, 继而使得尾迹的涡街更加规则化。     

微尺度串列双圆柱绕流的分子动力学并行模拟

本文采用基于空间分解算法的分子动力学并行模拟方法,研究了微尺度、低雷诺数（Re=40）下串列等大的双圆柱绕流现象。结果表明：随着间距比L＊／D＊的增加,流动存在3种特征状态：当L＊／D＊〈1．1时,同单一物体的绕钝体流动相似;当1．1〈L＊／0＊〈3．5时,涡脱落现象只在下游圆柱出现,在两圆柱之间有交替附着于下游圆柱的...     

Phase transition in a mixture of adaptive cruise control vehicles and manual vehicles

In this paper, we have investigated the effects of adaptive cruise control (ACC) vehicles in a mixture with manually-controlled (manual) vehicles. The manual vehicles are simulated by using the modified comfortable driving model, which can describe synchronized traffic flow. The phase transition probabilities from free flow to synchronized flow and from synchronized flow to jams are studied. The impact of ACC vehicles on the flow rates in free flow and synchronized flow and on the propagation velocity of the downstream front of jams are investigated. The dependence of microscopic properties of traffic flow, including the spatiotemporal patterns and the velocity distribution, is explored. Our results are expected to be useful for developing ACC systems.     

Spatial or flow velocity phase encoding gradients in NMR imaging

We describe time modulated field gradient sequences able to selectively phase encode spatial location or flow velocity in NMR Signals. Two flow conditions are presented: constant flow velocity and simple harmonic flow superposed on steady flow. In each case we show that specific modulated gradients are available in order to discriminate between stationary and mobile protons. The methods are presented in the one dimensional case. The advantages of the phase modulation for flow analysis are the following: the method is sensitive to flow direction, unaffected by the T₂, and the stationary and flow parameters are quantifiable factors.     

三维微肋螺旋管内流动沸腾流型与传热性能

采用三维微肋螺旋管进行了制冷剂R134a在管内的流动沸腾传热与流型可视化实验。随着流量和干度的变化,流型可划分为泡状流、塞状流、分层波状流、间歇流以及环状流。在Taitel-Dukler流型图上给出了流型的分区及其转变曲线,讨论了螺旋管内两相流动流型转变的特性。传热实验揭示了质量流量、热流密度及蒸汽干度对传热性能的影响,三维微肋螺旋管的强化因子为1.5-2.1。     

含气率对PTS时压力容器内流动与传热的影响

本文对反应堆压力容器紧急安注时的流动与传热特性在1/10的模型上进行了流动可视化、局部传热系数以及混合函数的试验研究。针对三个热冲击敏感区域的部分测点,比较了环腔流速为0.5m/s、安注流速为1～30 m/s时不同含气率对下降环腔内流动与传热特性的影响,得出并分析了不同测点传热系数、混合函数的变化规律。研究结果表明:随着含气率增大,安注流体与环腔流体的混合增强;下降环腔内的含气率对小安注流速时的流动与传热影响显著,而对大安注流速时影响较小。     

周向非均匀人流/出流条件下无叶扩压器敏感性分析

不稳定流动是高速离心压缩机内部流动的本质特征,其诱发机制往往受到关键结构参数与边界处流动条件的影响.本文以带有无叶扩压器的离心压缩机为研究对象,基于线性的全局稳定性理论,同时考虑涡黏性与分子黏性的作用,建立了基于无叶扩压器r-θ平面的二维稳定性分析方法,获得了流动失稳的直接全局模态;然后基于伴随方法获得了对应最不稳定特征值的伴随全局模态,结合直接与伴随模态构建了流场特征值的结构敏感性。最后考虑了射流-尾流流动结构,以及蜗壳非对称几何结构的影响,分别对周向非均匀入流/出流条件下的无叶扩压器流动进行了稳定性与敏感性分析。分析结果表明机匣侧出口回流对无叶扩压器全局稳定性具有关键作用;在无蜗壳时,射流-尾流结构对于全局稳定性的影响主要体现在失速团个数,而对失稳机理的影响较小;蜗壳的非对称结构导致流场重新分布,在距离蜗舌顺时针90°~135°位置出口壁面回流与入口回流相互作用,是诱发失稳扰动产生的主要因素。     

非晶力学流变的自组织临界行为

非晶材料是由液体快冷冻结而成的结构无序的亚稳态固体.在受力条件下,非晶材料表现出独特和复杂的流变行为,具有跨尺度的高度时空不均匀特征,并在一定条件下表现出自组织临界行为,和自然界以及物理系统中许多复杂体系的动力学行为相似.本文结合作者近年来在非晶合金流变行为方面的研究结果,对非晶材料流变的研究进展和物理机制的认识进行介绍,包括非晶材料流变的跨尺度特征、表征和微观结构机制,以及近年来发现的非晶力学流变的自组织临界行为、物理机制等.最后,对非晶材料流变行为研究中亟需解决的问题进行了总结和展望.     

扇形叶栅叶尖间隙流动及其对叶尖换热的影响

本文通过在水槽中用粒子示踪的方法，利用最新的ＰＩＶ技术对扇形叶栅叶尖间隙泄漏流进行了定量流动显示。同时在风洞中利用萘升华传质模拟传热技术，研究了叶尖间隙区的局部换热特性结果表明泄漏流的流动特性与间隙大小、进口Ｒｅ数、攻角等密切相关，并直接影响叶尖的换热特性。     

液相对流对定向凝固胞/枝晶间距的影响

采用类金属透明模型合金丁二腈-1.8 wt%丙酮(SCN-1.8 wt%Ace)合金, 研究了平行于生长界面前沿的液相对流对定向凝固胞/枝晶生长行为及胞/枝晶间距的影响. 对于胞晶生长, 在液相对流作用下, 其尖端将会出现分岔, 使得胞晶间距减小, 并且液相对流流速越大, 胞晶尖端分岔越明显, 胞晶组织越细小, 胞晶间距越小. 至于枝晶生长, 其生长行为与胞晶不同. 当抽拉速度较小时, 液相对流作用下枝晶两侧三次臂的生长速度将会超过枝晶尖端生长速度, 形成新的枝晶列, 使得枝晶一次间距减小, 并且液相对流流速越大枝晶一次间距越小; 当抽拉速度较大时, 液相对流作用下迎流侧二次臂生长发达,且会抑制上游枝晶生长, 使得枝晶一次间距增大, 并且液相对流越强枝晶一次间距越大. 关键词： 定向凝固 胞晶间距 枝晶间距 液相对流     

气液两相流波动信号的时频谱分析研究

为了研究气液两相流不同流型的动态特性,通过小波变换、希尔伯特-黄变换及自适应最优核三种时频方法对气液两相流动态差压信号进行处理.通过对时频谱的分析,可以清晰看出当流型从泡状流向弹状流、塞状流的转化过程中,信号的主要能量由15—35 Hz之间的频带向0—8 Hz频带转移,在弹状流时出现了两个谱峰.实验结果表明:希尔伯特-黄变换及自适应最优核方法的时频分辨率比小波分析高.基于自适应最优核方法的脊信息的提取,克服了模糊平面加窗效应的影响,对气液两相流动态信号表现出更高的时频分辨率,并增强了时频平面信息的可读性. 关键词： 气液两相流 流型识别 希尔伯特-黄变换 自适应最优核     

The acoustic impedance of perforated plates under various flow conditions relating to combustion chamber liners

The absorption of sound by cavities lined with perforated sheets depends crucially on the impedance of the orifices in the sheets. Although the theory for that absorption in the absence of a mean flow was well-developed in 1926, the presence of either a ‘bias’ flow through the orifices, or of a flow ‘grazing’ the sheet and deflecting the acoustic jets, radically alters the absorption. There are many theoretical and experimental treatments of the various cases, some of which are reviewed here. However, there has been little attempt to show how these data relate to one another, and this is also undertaken. The frequency dependence of the impedance is here expressed in terms of a Helmholtz number and used as the prime parameter for comparison. Theories for the cases where the mean flow is negligible are naturally based on the viscous penetration depth, whereas those for bias flow have a Strouhal number as the main parameter and are independent of viscosity. It is found that there are major uncertainties in the impedance for higher Strouhal numbers, when the bias flow is small. A criterion for transition to the no-bias flow theory is proposed. Theories and correlations for grazing flow rationally feature a Strouhal number based on the friction velocity in the duct, since this determines the boundary layer characteristics, but there should be a smooth transition to the case where the grazing flow can be considered negligible. Criteria for this are also proposed, based on the available experimental data. When both types of flow are present, particularly when the grazing velocity is larger than the bias velocity, the available data are very limited.