活塞驱动的指数形谐振管内的非线性振荡

本文通过理论分析和推导得到了活塞驱动的指数形谐振管内气体的压力和压比的近似表达式。对指数形谐振管的各种驱动幅值,计算了管端压比随形状参数m的变化曲线,获得最大压比时的谐振管形状参数。本文的研究结果可用于活塞驱动的指数形谐振管内非线性振荡的分析和大声幅谐振管的设计。     

指数型谐振管的二维气体动理学格式模拟

本文构造了适合模拟变截面谐振管的非结构三角形网格上的二维气体动理学BGK模型,采用该模型研究了包括圆直谐振管在内的八种不同形状的指数型谐振管内声场及流场的分布,分析了谐振管形状对压力分布和瞬时流场的影响。研究发现,从抑制激波、高次谐波以提高压力振幅和压比方面综合分析,形状参数m=2.2的指数型谐振管具有更好的性能。研究中也发现了一些新的物理现象,并对这些现象做了详细的解释。     

谐振管形状对热声发动机内非线性声场的影响

研究了谐振管一端受活塞声源激励,另一端刚性封闭条件下,管道形状对热声发动机谐振管内部非线性声场的影响。基于流体力学基本方程建立了渐变截面谐振管内一维非线性声场的模型,考虑了黏性耗散及非线性效应的影响。利用伽辽金法数值求解了该模型的速度势方程,分析了谐振管形状、活塞振动速度及激励频率对管内声场的影响。将双曲形、指数形、锥形、正弦形等四种变截面谐振管内的非线性声场与圆柱形直管的情况进行了比较。结果反映了谐振管内声场的压力波动受活塞振动速度及谐振管形状的影响;显示了当活塞振动幅度较大时,谐振管内出现的波形畸变、频率曲线偏移、共振频率滞后等非线性现象;揭示了变截面谐振管在抑制管内的高阶谐波及提高压比等方面的优越性。      

指数型热声谐振管的固有频率

采用计算流体力学软件Fluent模拟研究了11种不同形状参数的指数型热声谐振管内二维非线性声场特性,分析了驱动频率和驱动强度对管内声压演化过程及固有频率的影响,并探索了指数管的固有频率与理论计算谐频之间的关系.研究发现:当驱动频率偏离谐振管固有频率时,管内将出现明显的"拍"现象;指数管的固有频率随驱动强度的增加而增加,呈现硬弹簧效应,但驱动强度对固有频率的影响较小并且在任何驱动下指数管的固有频率均小于理论计算谐频.针对所研究的指数型管,获得了其固有频率与理论计算谐频之间的关系式.结果表明,相同驱动下,形状参数m值约等于2.8的指数管所能获得的压力幅值及压比最大,且m=2.8指数管的固有频率与理论计算谐频之间的关系式与其他管型略有不同.      

管内气体声振荡特性的气-动格式模拟

本文对活塞驱动的谐振管中气体的非线性振荡,给出了考虑热、黏作用的气-动格式模型,并数值分析了气体振荡的演化过程和谐振时的激波特性.研究了频率对谐振荡行为、模式及压力波形的影响.并分析了压比随频率的变化关系.计算结果与早期文献研究的实验及计算结果具有好的一致性.模拟结果显示了气-动格式在谐振管内非线性气体振荡模拟中的数值...     

锥型热声谐振管内非线性声场的数值模拟研究

从声学角度出发,考虑粘性耗散、非线性效应及管型结构变化的影响,利用伽辽金法,对锥型热声谐振管内的一维声场进行了数值模拟研究,对谐振管结构参数对声场的影响进行了分析,给出了锥型管内压比随谐振管结构参数变化的规律,通过与圆柱型直管的比较,揭示了锥型管在抑制谐波及提高压比等方面的优越性。     

基于LabVIEW的声波谐振管实验研究

为了更高效地测量声波谐振管的谐振频率,本文基于LabVIEW设计了测量声波谐振管谐振频率的扫频程序,分别得到了两端闭管条件下不同管长的谐振频率,以及首端闭管与尾端闭管条件下的谐振频率.此外,还通过绘制管内驻波波形图对声压波腹发生偏离的假设进行了验证.最后,对谐振管管身小孔开闭对谐振频率的影响进行了探究,发现小孔位置越接近驻波的声压波腹,谐振频率的偏离量越大.     

Laval喷管结构对流动特性和制冷性能的影响

Laval喷管作为天然气超音速旋流分离器的核心部件,其几何结构对喷管制冷性能和分离器的分离效率有着决定性影响。文中利用FLUENT软件进行数值模拟,系统研究了Laval喷管渐缩段线型、渐扩段张角及旋流器位置对Laval喷管内压力分布和制冷性能的影响。结果表明:渐缩段线型对喷管制冷性能有较大影响,采用维托辛斯基曲线进行Laval喷管渐缩段的设计可以获得较好的制冷效果;渐扩段张角越大,温降趋势越明显,喷管出口所能获得的温度越低,制冷效果也越好,但随着渐扩段张角的增大,在喷管存在背压的情况下易造成激波前移,破坏喷管内的低温环境;Laval喷管(加旋流器)的旋流分离能力和制冷性能存在着明显的制约关系,需要在二者之间寻找一个平衡点,使得Laval喷管(加旋流器)可以取得较好的旋流效应和膨胀制冷效果。     

非平行板叠驻波型热声发动机热力性能研究

热声发动机板叠两端存在较大的温度梯度,导致沿板叠轴向的热渗透深度出现严重的不均一性,影响到热声转换效应的发挥。本文提出了板叠结构形式与温度梯度相一致的结构设计理念,并构建了非平行板叠结构的驻波型热声发动机数理模型。针对不同板叠锥角热声发动机的热力性能展开了深入研究和对比分析,得出板叠锥角对热声发动机频率、压比、压力振幅和体积流率等热力参数的影响关系。结果表明:与平行板叠结构相比,当选取合适锥角时,渐缩和渐扩式板叠结构均可提高热声系统的性能,在1°和-2.81°时系统的最大声功流分别提高了103.9%和88.8%。研究结果为进一步改善热声热机性能提供理论支撑。     

周期性渐扩-渐缩通道层流流动与换热特性研究

以渐扩-渐缩通道内周期性充分发展的层流流动与换热为研究对象,采用SIMPLE算法,适体坐标网格及Amano周期性边界条件的实施方案对之进行数值模拟,计算了在层流范围内不同Re数下的流动与换热规律.结果表明,在Re=100~1000范围内,与平行平板通道相比,阻力增强了(10~200)%,换热增强了(40~320)%.     

基于标准格子的低马赫可压缩Boltzmann模型及应用于气体谐振的模拟

提出一种基于D2Q9标准格子的低马赫数可压缩格子Boltzmann模型,模拟了管内一维气体谐振。气体振荡由位于谐振管左端的活塞振动引起,传播至右端并反射回来。利用本文模型捕捉到了谐振频率附近不同频率下的激波现象,得到了谐振频率下不同位置处轴向速度、密度和温度随时间和沿轴向的变化规律。模拟结果和理论分析及前人文献结果相一致,验证了本文所提出的基于标准格子的低马赫数可压缩格子Boltzmann模型的有效性。     

谐振管谐振频率计算方法的研究

为了准确地计算声谐振管的谐振频率,提出了基于对管内声压分布进行理论模拟的声压模拟法,以及基于驻波最小点位置与管两端声阻抗关系的驻波最小点法。结果表明这两种方法因为考虑了声谐振管两端的声阻对谐振频率的影响,所得谐振频率更加精确、严格,所以特别适用于要求谐振管的谐振频率严格控制的声学领域。同时表明:声压模拟法与驻波最小点法虽然出发点不同,但谐振频率的计算结果完全相同。驻波最小点法计算比较方便,而声压模拟法在计算出谐振频率的同时,还可以给出管中的声压随位置的分布情况。     

谐振管内非线性驻波的有限体积数值算法

为了扩展谐振管内非线性驻波在工程中的应用, 以及克服现有数值计算方法仅局限于求解直圆柱形和指数形谐振管内非线性驻波的问题. 根据变截面的非稳态可压缩热黏性流体Navier-Stokes方程和空间守恒方程, 并基于求解压力速度耦合方程的半隐式算法和交错网格技术, 构建一种能够计算任意形状轴对称谐振管受活塞驱动时内部非线性驻波的有限体积算法. 分别对圆柱形、指数形和圆锥形谐振管内的非线性驻波进行仿真计算. 通过与现有试验结果以及数值仿真结果的对比, 验证了该方法的正确性.并获得除驻波声压之外的另外一些新的物理结果, 包括速度、密度、温度的瞬时变化.在直圆柱形谐振管内产生冲击声压波, 速度波形中出现钉状结构.而在指数形和圆锥形谐振管内产生高声压幅值的驻波, 没有出现冲击波, 速度波形中均未发现钉状结构. 计算结果表明谐振管内非线性驻波的物理属性与谐振管形状之间有密切关系.     

纵向涡强化换热特性及机理分析

本文在尼Re=190～1125范围内对两种不同形状纵向涡发生器(矩形、三角形)以两种不同方式(渐缩式、渐扩式)布置于平行通道内的流动换热特性进行了三维数值模拟研究,并利用场协同原理对其换热机理进行了分析.结果表明:纵向涡使通道换热得到很大提高,通道平均Num数最大可提高46%.比较了通道性能评价指标(Num/Num0)/(f/f0),综合性能三角翼优于矩形翼,对于三角翼布置方式不同对综合性能影响不大,对于矩形翼渐扩方式布置优于渐缩方式.纵向涡使速度与温度梯度的平均夹角减小,通道中流场和温度场协同程度得到改善.     

四分之一波长锥形谐振管共振频率的研究

在热声发动机系统中,谐振管用来调节系统的超振频率.通常的四分之一波长谐振管由一段谐振管后面连接一个比较大的气体容积构成,与二分之一波长谐振管相比,在相同的起振频率下前者可以有相对短的管长.锥形谐振管除了调节频率外,还可以提高热声发动机输出压力波的压比.本文通过数值计算软件Fluent6.0中的K-ε湍流模型模拟了不同长度、不同的进出口直径的一系列锥形谐振管,得出了近似四分之一波长锥形谐振管的共振频率与其长度、锥度之间的关系,并初步与实验进行了对照.     

指数型谐振管内非线性声场的模拟研究

采用气体动理学方法模拟研究五种不同驱动强度下,=0的圆直热声谐振管和=2 2的指数型热声谐振管内的非线性声场特征。研究发现:指数型管能抑制激波及声饱和现象,但管内会出现尖峰现象。尖峰处的压力波形发生了畸变;它们是非线性的能量传递与各种耗散的竞争过程中产生的不同形态的波特征;当活塞驱动位移幅值400μm时,指数型管内压力振幅增长速度明显下降。     

天然气液化用拉伐尔管结构设计数值模拟分析

拉伐尔喷管是天然气超音速液化分离管的核心部件,对制冷和分离效果具有重要影响。采用Fluent软件对天然气超音速液化拉伐尔喷管结构设计进行数值模拟,分析了渐扩段尺寸和渐缩段线型对天然气降温效果及气流运动规律的影响。结果表明,渐扩段锥度减小导致天然气不完全膨胀,将减少温降,不利于制冷;锥度过大导致天然气过度膨胀,压降过大,不利于旋流分离;渐缩段采用维托辛斯基曲线可以保持气流较好的均匀性,有利于气液分离。     

脉动流血液通栓的晶格玻尔兹曼模型

本文把血浆看为水,红细胞当作密度为水的悬浮刚性小球,模拟脉动流在锥形管的中的通栓.首先在一定的压积和压差下,在锥形管中产生稳定的栓塞,然后用脉动流来通栓.改变脉动流的频率研究脉动流通栓的条件.     

变截面超音速汽液两相流升压过程的研究

本文针对超音速汽液两相流在变截面通道中的升压过程进行了实验研究,得到了变截面混合腔中超音速汽液两相流的压力变化规律,通过实验结果的分析得出了变截面混合腔中的渐缩部分的压力分布与出口压力无关、变截面通道的渐扩部分为一个单相流体扩压管、压力突变发生在变截面混合腔喉部和随着出口压力升高而激波强度增大、变截面超音速汽液两相流升压技术具有定流量特征等结论。     

近临界区CO_2对热声谐振管性能的影响分析

谐振管是热声热机的主要部件之一,减小声功在谐振管中的耗散对改善热声热机输出特性具有积极意义。由于近临界区流体的热物性具有特殊性,用其作为工质时将会对谐振管内的声功损耗产生重要影响。本文对声功在以近临界区CO_2为工质的谐振管中的损耗情况进行了计算和分析。结果显示,在本文的计算条件下,相较于压力较低的CO_2,采用近临界区CO_2作为工质可降低谐振管内的声功损耗,并在工作压力略低于临界压力时,谐振管内的声功损耗可达到最小值.此外,在保持谐振频率不变的情况下,采用近临界区CO_2作为工质可一定程度上缩短谐振管的长度。