普朗特数对槽内热磁耦合流动换热影响

针对矩形槽内导电流体普朗特数分别为 0.01、1、100 时,进行了流动形态和换热的数值模拟研究.数值结果表明:普朗特数对流动、温度分布影响不同,从而影响到对流换热的强弱,低普朗特数流体热浮升力作用大,流动以热驱动为主,换热强度弱,发现在低普朗特数下,数值模拟得出的努赛尔数并不能收敛到某一定值,而是在一个区间范围内"来回振荡";高普朗特数流体,电磁力作用大,流动以电磁力驱动对流作用,换热随着哈特曼数的增加而得到很大提高.     

锌锅中低Pr流体混合对流的数值模拟

以带钢连续热镀锌生产工艺为背景,对抽象出的低Pr数流体混合对流流动和换热模型进行了数值模拟,给出了在不同Re、Ra及Ri时的流场和温度场.数值结果表明,当Re、Ra都不等于0时,在所考虑的参数范围内,流动和换热受自然对流和强制对流两种机理控制.Re不变,增大Ri,自然对流作用加强,并且当Ri增加到一定值时,流动和换热发生振荡.所给出的速度相图显示,对应不同的Re、Ra及Ri,流动和换热会出现稳态解、周期性振荡解和混沌.     

水平空气层自然对流换热的分岔和振荡

本文用SIMPLE算法对底部加热的水平空气层的自然对流换热进行了数值计算,研究了这种空气层的流动与换热数值解的振荡和分岔问题。结果表明,对流与换热存在分岔情况。分岔存在一个临界Ra。分岔的临界值与Pr相关,随着Pr的增大,其相应的临界Ra也增大。但当Ra取到5×10~6,这种空气层的对流和换热没有发生振荡。     

底部加热的低Prandtl数流体自然对流换热的分岔

本文用具有QUICK方案的SIMPLE算法对底部加热的低Prandtl数流体自然对流换热进行了数值计算,研究了这种流动与换热问题数值解的分岔问题。计算发现,在2200相似文献   

锌锅中低Pr流体混合对流的自维持振荡

本文对以带钢连续热镀锌为背景抽象出的锌锅中低Pr流体的流动和传热进行了数值模拟.数值结果显示,对Re=0的纯自然对流,Ra在104和105间时数值解由稳态解分岔为振荡解;对于Ra=0的纯强制对流,Re在4×103和5x1003之间时,数值解从稳态解分岔为振荡解;当Ra和Re均小于自然对流和强制对流单一机制作用时发生振荡的临界值时,混合对流的流动和传热为稳态;当Ra和Re中的一个参数大于单一机制作用发生振荡的临界值时,另一个参数由小于增加到大于单一机制作用发生振荡的临界值时,数值解由振荡解变为稳态解.     

环己烷/氧气混合物Rayleigh-Bénard对流三维数值模拟

为了了解环己烷/氧气混合物Rayleigh-Bénard(R-B)对流时的温度分布和流场结构、避免环己烷氧化过程中爆燃的潜在危险,对立方腔体内具有密度极值的环己烷/氧气混合物R-B对流进行了一系列三维数值模拟。结果表明,密度极大值现象对R-B对流具有明显的抑制作用。随着密度倒置参数的增加,对流发生的临界Rayleigh(Ra)数增加。当密度倒置参数较大时,在密度极值面以上的流体层中会出现次级流胞,流动分层现象明显。R-B对流的传热能力随Ra数的增加而增强,随密度倒置参数的增加而削弱。     

Pr数对环形浅液池热毛细对流的影响

为了解流体普朗特数(Pr)对热毛细对流的影响,通过线性稳定性分析,确定了环形浅液池内硅熔体(Pr＝0.011)和几种硅油(Pr数从6.7至57.9)热毛细对流失稳的临界条件,获得了它们在临界条件下的热流体波,特别是高Pr数硅油的热流体波.结果发现:当Pr≤15.9时,临界Ma数随Pr数的增加迅速上升,此时环形池内只有一...     

封闭圆内开缝圆自然对流换热的振荡特性

本文通过数值计算探讨了封闭圆内开缝圆自然对流换热的振荡特性。数值计算以整个圆为计算区域,采用了非稳态的数学模型和具有QUICK差分格式的SIMPLE算法。在相同条件下计算结果和实验结果符合很好。数值结果显示, 当几何结构一定时,Rayleigh数Ra小于某个临界值时,流动和换热处于稳态,并且关于垂直中心线对称;Ra大于这个临界值时,流动和换热是振荡的,非对称的。数值实验还表明,流动和换热出现振荡时的临界Rayleigh数Rac与开缝圆的开缝度有关,且流动和换热的振荡会出现对称振荡和非对称振荡两种情形。     

自然对流换热的高精度非结构网格有限体积法

用非结构网格有限体积法求解自然对流换热时,传统的对流项离散格式难以兼顾数值精度与计算效率,我们发展了一种耦合高精度格式的延迟修正方法,用于对流项的离散.高Re数下方腔驱动流数值计算验证了该方法具有较高的计算精度和较好的稳定性.Boussinesq流体的自然对流换热数值模拟,表明该方法能有效克服高Ra数时数值计算发散,可准确捕捉自然对流换热问题中不同偏心率下的等温线和流线分布特征.     

数值分析环形池硅熔体旋转-热毛细对流及其稳定性

数值模拟了内半径20 mm、外半径40 mm、深5 mm环形池内硅熔体在旋转和热毛细力共同驱动下的热对流,通过线性稳定性分析确定了旋转-热毛细对流失稳的临界Marangoni数等临界条件。研究结果表明,液池低速旋转会降低轴对称热毛细对流的稳定性,而较高速度的旋转能增强热毛细对流的稳定性。临界条件下旋转-热毛细对流耗散结构波纹的传播方向与液池的旋转方向相同,临界周向波数随旋转速度的增加而增加。在较大的旋转速度下,液池底部出现涡胞,底部涡胞对热毛细对流的稳定性具有削弱作用。     

洛伦兹力对自由燃烧弧和壁稳非转移弧流场的影响

通过耦合迭代求解流体力学方程和电磁场方程,数值模拟了转移式自由燃烧电弧和具有细长中间段及突扩阳极结构的壁稳式非转移直流电弧的流场,分析了洛伦兹力对这两种典型直流电弧流场的影响。结果显示:在自由燃烧电弧情况下,电流自感磁场的洛伦兹力对流场特性有显著影响,自磁压缩是约束电弧的主要机制;而在壁稳式非转移直流电弧情况下,相对于强壁面约束和气动力作用而言,洛伦兹力对流场的影响有限。特别在中间段出口以后,洛伦兹力与气动力的比值小于0.010,因此,当主要考虑壁稳式非转移直流电弧发生器出口参数时,为了提高数值模拟效率,可忽略洛伦兹力的作用。     

确定分布的展向Lorentz力调制下的槽道湍流涡结构

采用直接数值模拟方法,对槽道湍流中确定分布的Lorentz力的流动控制与减阻问题进行研究.讨论了Lorentz力作用于槽道湍流后,流场的特性和涡结构的特性,并对此类Lorentz力对槽道湍流的控制与减阻机理进行了讨论.研究发现:1)Lorentz力诱导的层流流场壁面附近存在梯度极大的展向速度剪切层,该剪切层容易形成流向涡结构;2)在给定合适参数的确定分布的Lorentz力作用下,湍流流场仅剩周期分布的准流向涡;3)与未控制流场相比,控制后的流场中,准流向涡的抬升高度大大降低,从而减小猝发强度,使壁面阻力下降.     

Evolution of melt convection in a liquid metal driven by a pulsed electric current

Gain refinement in metal alloy can be achieved by applying an electric current pulse (ECP) in solidification process. Forced flow inside the melt has been proved to be a key role in grain refinement. In this paper, the fluid flow inside Ga 20 wt%-In 12 wt%-Sn alloy induced by a damping sinusoidal ECP flowing through two parallel electrodes into the cylindrical melt was investigated by both experimental measurements and numerical simulations. Experimental results showed that a strong descending jet was induced beneath the bottom of electrodes under the application of ECP. Besides, it was found that flow intensity increases with the increase of amplitude, frequency, and pulse width, respectively. In order to unlock the formation mechanism of flow pattern and the relevance of flow intensity varied with electrical parameters, a three-dimensional numerical model under the application of ECP was established. Meanwhile, a comparative study was conducted by numerical simulations to reveal the distributions of electromagnetic fields and forced flow. Numerical results showed that the downward Lorentz force induced by ECP was concentrated beneath the bottom of electrodes. This downward Lorentz force induces a descending jet and provokes a global forced flow. According to numerical simulations, the evolution of flow intensity with electrical parameters under the application of ECP can be understood by the time averaged impulse of Lorentz force.     

翼型绕流电磁控制的实验和数值研究

分布在弱电介质溶液中的电磁力(Lorentz力)，可以有效地控制边界层的流动.利用以转动水槽为主的实验系统和基于双时间步Roe格式的数值方法，对翼型绕流的电磁控制进行了实验和数值研究.结果表明，对于一定攻角的翼型，电磁力可以控制其绕流形态.当电磁力方向与流动方向相同时，可以抑制分离，消除涡街，其效果与减小攻角类似.当电磁力的方向与流动方向相反时，可在流场中形成大涡组成的涡街，增强流体的混合能力，其效果与增大攻角类似.     

翼型绕流电磁控制的实验和数值研究

分布在弱电介质溶液中的电磁力(Lorentz力),可以有效地控制边界层的流动.利用以转动水槽为主的实验系统和基于双时间步Roe格式的数值方法,对翼型绕流的电磁控制进行了实验和数值研究.结果表明,对于一定攻角的翼型,电磁力可以控制其绕流形态.当电磁力方向与流动方向相同时,可以抑制分离,消除涡街,其效果与减小攻角类似.当电磁力的方向与流动方向相反时,可在流场中形成大涡组成的涡街,增强流体的混合能力,其效果与增大攻角类似. 关键词： 电磁力 翼型绕流 流体控制     

高速飞行器磁控阻力特性

采用低磁雷诺数磁流体数学模型,对外加磁场下的高超声速半球体流场进行数值模拟.选取三种简单理想磁场(轴向、径向、周向均布磁场),分析了不同磁场类型对流场结构、气动阻力与洛伦兹阻力的影响及作用机理.研究发现,轴向磁场径向"挤压"效应使得激波外形凸出,且壁面静压存在"饱和现象";径向磁场存在轴向"外推"效应,较大的磁场强度会导致肩部形成高温区;周向磁场下感应电场的存在导致增阻效果很差.进而对比了两种相同驻点磁感应强度特殊分布磁场(偶极子磁场、螺线管磁场)下的流场,发现了不同于理想磁场的径向"扩张"效应.按增阻效果从大到小依次为径向磁场、螺线管磁场、轴向磁场、偶极子磁场、周向磁场.     

Electromagnetic flow control in poor conductors

Lorentz force-based flow control in materials with low electrical conductivity has a long history back to the first half of the 19th century. This review will focus on developments during the last two decades, collecting results from numerical simulations and laboratory experiments. Typically, the actuators consist of permanent magnets and electrodes flush-mounted with the surface, generating Lorentz forces in the fluid layers adjacent to the wall. We will discuss the application of Lorentz forces to reduce friction drag in turbulent boundary layers and to delay boundary layer transition. The control of separated flows and shear layers is another key aspect of the review. Energetic efficiency, one of the main criteria for flow control, and its relation to typical operating conditions will be analyzed as well. Lorentz forces can be successfully used to control a broad range of flow phenomena and are a versatile tool for basic fluid dynamics research. However their current applicability in large scale systems is hampered by the low electrical to mechanical efficiency intrinsic to actuators based on the magnetic fields delivered by today’s permanent magnets.     

Flow pattern and lift evolution of hydrofoil with control of electro-magnetic forces

The initial responses and evolutions of the flow pattern and lift coefficient of a hydrofoil under the action of electro-magnetic (Lorentz) force have been studied experimentally and numerically, and trace particle methods are employed for them. With the introduction of BVF (boundary vortex flux), the quantitative relation among Lorentz forces, BVF and lifts is deduced. The influences of flow patterns on the hydrofoil lift coefficient have been discussed based on the BVF distribution, and the flow control mechanism of Lorentz force for a hydrofoil has been elucidated. Our results show that the flow pattern and lift of the hydrofoil vary periodically without any force. However, with the action of streamwise Lorentz forces, the separation point on the hydrofoil surface moves backward with a certain velocity, which makes the flow field steady finally. The streamwise Lorentz force raises the foil lift due to the increase of BVF intensity. On the other hand, Lorentz force also increases the hydrofoil surface pressure, which makes the lift decrease. However, the factor leading to the lift enhancement is determinant, therefore, the Lorentz force on the suction side can increase the lift, and the stronger the Lorentz force, the larger the lift enhancement. Our results also show that the localized Lorentz force can also both suppress the flow separation and increase the hydrofoil lift coefficient, furthermore, the Lorentz force located on the tail acts better than that located on the front.     

翼型绕流的洛伦兹力控制机理

在翼型上翼面壁面附近流场中形成的流向洛伦兹力,可提升翼型的升力减小阻力,然而制约其推广应用的主要瓶颈是极为低下的控制效率,为提高洛伦兹力的控制效率,需研究其控制机理.以翼型绕流的洛伦兹力控制为例,利用双时间步Roe格式及水槽对其进行数值及实验研究.结果表明:洛伦兹力的控制效果随着来流速度的增加而下降,升力增幅和阻力减幅与来流速度大小呈反比关系,但升力增加和阻力减小的规律不变,都是升力先急剧增加随后缓慢增加,而阻力先急剧减小然后再缓慢增加,基本原因为升力和阻力先受洛伦兹力推力的影响而分别增加和减小,随后洛伦兹力作用增加翼面壁面摩擦力,导致升力减小和阻力增加,流向洛伦兹力还导致翼型壁面压力下降,增加翼型升力和压差阻力;壁面摩擦力导致的升力降幅比壁面压力变化导致的升力增幅小,壁面压力变化起主导作用;洛伦兹力推力对阻力的降幅比压差阻力的增幅大,洛伦兹力推力起主导作用,因此阻力减小.