Poiseuille-Rayleigh-Bénard流动中对流斑图的分区和成长

采用SIMPLE算法对二维流体力学基本方程组进行了数值模拟,研究了Poiseuille-Rayleigh-Bénard流动中对流斑图的分区、成长及水平流动对不同斑图特征物理量的影响.结果表明,上下临界雷诺数Re_u,Re_l将流动分成三个区域,即行波区、局部行波区、水平流区.Re_u和Re_l随着相对瑞利数r的增大而增大.在对流斑图的成长阶段,三种斑图随时间的成长过程是不同的,但对流圈都是从下游区开始成长;特征物理量随着时间的变化也是不同的,行波对流和局部行波对流的最大垂直流速wmax和努塞尔数Nu经过指数增长阶段后进入周期变化的稳定阶段;水平流斑图的w_(max)和Nu经过缓慢增长后又缓慢降到稳定值.三种斑图的w_(max)和Nu随雷诺数Re增大而减小,不同斑图区域有不同的变化规律.本文给出了Re_u和Re_l随r的变化关系式及不同斑图的w_(max)和Nu随着Re的变化关系式.     

旋转环形液池内双组分溶液热毛细对流研究

通过毛细对流可视化实验系统和三维数值模拟研究了旋转环形液池内受Soret效应影响的双组分溶液热毛细对流,探究了泰勒数和液池深宽比对双组分溶液热毛细对流的稳定性及失稳后产生的振荡流型的影响。结果表明,旋转液池内受Soret效应影响的热毛细对流的基础流为逆时针流胞形成的轴对称稳态流动,液池旋转对基础流径向流动的影响较小,但会明显增大流体的相对周向流动。临界热毛细雷诺数随泰勒数的增大而增大,随深宽比的增大而减小。泰勒数和深宽比的变化会明显改变双组分溶液热毛细对流失稳后产生的振荡流型。随着泰勒数的增大,液池中会出现HTWs和内部波动共存的振荡流型,内部振荡由包含在基态流动中的旋转流胞产生。     

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。     

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。     

气液两相流中旋涡诱发方柱和正三角柱振动时的脉动升力研究

垂直上升矩形截面管内的气液两相流横向冲刷水平布置的柱体时,一定条件下会在柱体后部产生旋涡交替脱落现象,使柱体在与来流垂直的方向上受到脉动升力的作用。本文以截面分别是方形、正三角形的柱体为例,研究了这种带锐缘的柱体在气液两相流中受到的脉动升力,得出了涡街的Strouhal数和柱体的脉动升力系数C'L随Re数和来流含气率。的变化情况。实验结果表明：在本文的实验范围内,方形柱体和正三角柱体的Strouhal数不随Re数变化,而在一定的含气率范围内,随着含气率的增大而增大;C'L也不随Re数而变化,而随着来流含气率的增大相减小而后很快增大。     

湍流混合层流场的PIV测量

本文使用PIV对在坚直通道内放置一个特殊设计的隔板所形成的湍流混合层流动进行测量,高低侧速比为4:1,基于两股流体速度差和管道水力半径的Re数范围4400～158400.发现混合层中大涡拟序结构的尺度随雷诺数的增加而增大,而后又随雷诺数的继续增大而减小,气泡的加入会延缓或阻碍大涡拟序结构的发展.对雷诺应力、湍流强度、涡量、旋涡强度在混合层流场内随雷诺数的变化和分布规律进行分析,发现混合层内雷诺应力、湍流强度、涡量及旋涡强度均集中分布在隔板下游一个较窄的锥形区域内,雷诺应力和湍流强度随雷诺数的增大先增人后减小,随离开隔板距离的增大而减小.涡量及旋涡强度随雷诺数的增大而增加,随离开隔板距离的增大而减小.     

微圆管内流动凝结换热的实验研究

本文对水平微圆管内凝结两相流流型进行了可视化观察,对流动和换热特性进行了实验研究。实验中只观察到 三种流型:柱塞状流、环状流和毛细泡状流。柱塞状流在质量小流量时才出现,流量较大时,流型以环状流和毛细泡状流 为主。实验的Nu数在某一Re数下具有最大值,而流动凝结的压降随Re数的增大单调增大。     

DN板通道传热阻力特性的实验和数值研究

本文分别采用了实验和数值模拟两种方法对DN板通道的阻力特性和传热特性进行了研究。本文的实验采用了稳态实验法,数值模拟分别采用了三种典型的湍流模型(LBKE、SKE和SST)。结果显示,平均努塞尔数Nu随雷诺数Re增大而增大;表面换热因子j和阻力系数f随雷诺数Re的增大而增大。拟合得到了该型DN板的传热阻力特性关联式。同时,对数值模拟结果和实验结果进行了对比分析,对比发现,当Re2000时,三种模型对DN板换热能力和摩擦阻力的预测值均偏高;当Re2000时,LBKE模型和SST模型对DN板的换热预测值与实验值吻合较好,但三种模型对DN板通道摩擦阻力系数的预测值均偏低。     

水平轴风力机动态来流条件下翼型气动特性的数值分析

动态来流条件下,水平轴风力机的功率输出可增加30%～50%.本文通过量纲分析,确定影响水平轴风力机翼型动态来流条件下气动特性的主要参数为特征频率fr和雷诺数Re.运用CFD方法对NREL S825翼型在不同fr数和Re数条件下,进行了气动特性的对比.结果表明在动态来流条件下,低Re数对翼型特性影响较小,而fr数是影响翼型性能的关键.     

微通道内单柱绕流特性的实验研究

基于显微粒子成像测速(Micro-PIV)技术,对微通道内单柱绕流特性展开实验研究,分析了 10Re350范围内不同高度流层的速度场、涡量场及旋涡特性。结果表明:微尺度绕流现象相比宏观尺度存在滞后,首次出现旋涡的第一临界Re约为10。随着Re的增大,尾流区长度不断增加,旋涡尺度逐渐增大,旋涡中心位置向下游延伸。涡量强度随Re的增加而提高,涡量向下游扩散能力增强,高涡量区变窄。不同高度流层的速度场与涡量场存在差别,体现出三维效应。     

CaCO_3在不锈钢光管内结垢特性及其对传热的影响

本文研究了雷诺数Re=600~2600时,CaCO_3析晶污垢在316L不锈钢光管内结垢特性及其对传热的影响,实验结果表明污垢热阻在粗糙度诱导期和污垢生长期的变化规律及粗糙度诱导期随流速先减小后增大。采用称量法获得CaCO_3在不锈钢光管内的结垢质量,得出Re=600~2100时,污垢平均生长速率随雷诺数增加而增大。     

被动控制下双圆柱静止绕流与流致振动研究

采用非稳态RANS方法结合Spalart-Allmaras湍流模型,对高雷诺数下被动控制的串列双圆柱静止绕流和流致振动进行数值计算。详细分析柱体受力、流致振动特性及尾流旋涡形态,结果表明双圆柱静止时,上游圆柱St随Re增加而增大,下游圆柱St先增大后减少,在Re=60000时达到最大值;双圆柱产生流致振动时,上下游圆柱的振幅率变化曲线出现三个不同分支,包括涡致振动初始分支、涡致振动上部分支和驰振分支,圆柱驰振时的最大振幅达到了2.8D。     

垂直U形管内气液两相流诱导振动模拟

采用ADINA数值方法研究了垂直U形管内气液两相流诱导振动的位移响应和脉动激振力特性,然后考察了雷诺数Re和体积含气率β对激振力的影响规律。结果表明:气液两相内流诱导振动以面内振动为主,表现为两相流诱发激振力的主频与管结构某阶固有频率相近时的共振现象;激振力的脉动特性表现为低β时的窄频带随机波动和高β时的周期性波动;固定β时,激振力的均方根值F~(RMS)随Re的增大而增大,增大速率逐渐增加;同一Re下,F~(RMS)先随β的增大而增加,在β=55%左右时达到最大,之后逐渐降低,最大值出现在泡状流向搅拌流的转变过渡区。     

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。     

高超临界雷诺数区间内二维圆柱绕流的实测研究

实测强风工况下高度167 m的徐州彭城电厂冷却塔的表面风荷载,并归纳历史上其他研究人员给出的实测结果,以丰富高超临界雷诺数(Re)区间二维圆柱绕流的试验成果.在低湍流度均匀流场和高湍流度大气边界层流场中分别开展4种风速8类粗糙度条件下的冷却塔刚性模型测压风洞试验,通过对比低雷诺数(Re=2.1×10~5—4.19×10~5)条件下的风洞试验结果和高雷诺数(Re=5.4×10~7—1×10~8)条件下的现场实测结果研究各种静动态绕流特征随雷诺数的变化规律,重点考察雷诺数无关现象的产生条件.研究结果表明,对于物表相对粗糙度在0.01以上的圆柱绕流,雷诺数不相关现象存在于很宽的雷诺数范围(2×10~5Re1×10~8)内;增大来流湍流度亦能引起的雷诺数无关现象,但此时该现象可能仅存在于一个较窄的低雷诺数范围内.     

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...     

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。     

异形管束降膜流动流型及波长的分布规律

采用可视化方法对水的降膜流动过程进行了实验研究,考察了两异形管(蛋形管和滴形管)管间流型及其转变、降膜波长随Re数和管型的分布规律,并与圆管进行了对比分析。实验结果表明:各管的管间流型均随Re数的增大依次呈现滴状流、滴柱状流、柱状流、柱片状流和片状流;相较于圆管,两异形管的各流型更易在较低的Re数下获得,且流型较稳定。随着Re数增加和管间距S的降低,降膜波长呈减小趋势。两异形管的降膜波长较圆管的低,且蛋形管的流型转变Re数最低。     

入口段协同式翅片强化单相对流换热数值模拟

对二维平行平板通道入口段内设置协同式折流翅片的层流换热和流动特性进行了数值模拟。研究了翅片倾角以及通道长高比L／H对换热和阻力特性的影响。研究的Re数范围为100-1000。在翅片倾角β=0°-21.8°范围内, 通道内平均Nu数随翅片倾角β的增大而单调增大,随通道长度增大而单调减小。如果从相同泵功下强化效果来评价, 则是小倾角翅片较优,并且随Re数增大强化效果减弱。另外,分析表明,场的协同确实与换热率密切相关。     

非稳态横掠管束周期性充分发展对流换热的数值模拟

本文采用非稳态数学模型对横掠管束的周期性充分发展流动与换热进行了数值模拟。结果显示,在所考虑的参数条件下,Re≥100以后流场和温度场随时间发生振荡,并且振幅随Re增加而增大;进一步增加Re到一定值后,在管束间会有交替出现的涡。计算得到的平均Nusselt数与现有文献中的实验关联式基本是吻合的。平均Nusselt数的计算值随流动方向管间距的增加而增加。