非均匀磁场中磁流体热磁对流的实验研究

建立了测量非均匀磁场条件下圆柱腔体内磁流体热磁对流特性的实验系统,实验结果显示,磁流体热磁对流特性受磁场强度、温差以及磁场梯度方向与温度梯度方向之间关系的控制,当磁场梯度方向与温度梯度方向一致时,外加磁场强化了磁流体的热磁对流过程,且随着磁场强度和温差的增大,热磁对流强度加强。当磁场梯度方向、温度梯度方向以及重力方向三者相同时,磁流体的热磁对流强度最剧烈。     

热化学模型对高超声速磁流体控制数值模拟影响分析

针对等离子体流场的模拟准确性问题及其对高超声速磁流体控制的影响,通过数值求解三维非平衡Navier-Stokes流场控制方程和Maxwell电磁场控制方程,建立了三维低磁雷诺数磁流体数值模拟方法及程序,分析了不同空气组分化学反应模型和壁面有限催化效率等因素对高超声速磁流体控制的影响.研究表明:不同空气组分化学反应模型对高超声速磁流体流场结构、气动力/热特性控制的影响不容忽视;对于本文计算条件,Park化学反应模型在组分模型一致性、等离子体模拟准确性等方面具有一定优势;磁控热防护效果,受壁面有限催化复合系数影响较大,两者呈非线性关系,不同表面区域差异较大;磁场对磁阻力伞及其磁阻力特性影响,受壁面催化效应的影响相对较小.     

外磁场作用下磁流体的对流换热特性

实验研究了外加磁场作用下水基磁流体的对流换热特性,分别测量了均匀磁场和梯度磁场条件下磁流体横掠加热细丝的对流换热系数,分析了外加磁场强度和方向对磁流体传热性能的影响.实验结果表明,外加磁场是影响磁流体对流换热的一个重要因素,应用外加磁场可以控制磁流体对流换热过程.     

通道内空气热磁对流的协同分析

为研究通道内空气热磁对流的流动规律,用数值模拟方法,研究了磁场作用下二维模型水平通道内的流动换热过程,获得了通道内的磁通密度分布和空气温度轴向分布,在此基础上,建立了一维通道内空气热磁对流的数学模型,就温度场和磁场的相对关系对水通道内热磁对流过程的影响进行了数值计算,获得了通道内不同温度场、磁场以及其不同相对位置下的通道空气流量,并讨论了磁极形状对空气流量及其变化的影响。     

水平圆管通道内热磁对流的实验研究

由于温度分布不均匀而导致磁场中的磁性流体受到非平衡的磁场力作用,而发生流动的现象,称为热磁对流。它是一种由体积力驱动的类似自然对流的流动,可以通过设计合适的磁场来控制热磁对流的强度和方向。本文对水平圆管通道内热磁对流进行了实验研究,测量了通道内及壁面的温度分布,并通过两种不同的方法根据实验测得的温度分布估算了热磁对流的流量和速度的大小。     

磁流体流动与传热的格子Boltzmann模拟

考虑外加磁场下磁流体中纳米磁性粒子所受的各种作用力,建立了用于模拟磁流体流动与传热特性的两相格子Boltzmann模型,模拟了外加不同方向梯度磁场下平板间磁流体的流动与传热过程,计算了磁流体与平板间对流换热的Nusselt数,分析了磁场梯度方向、大小对Nusselt数的影响．     

多层膜巨磁电阻特性及电流最佳测量

测量了不同方向外磁场和温度下多层膜巨磁电阻的磁阻特性,给出了巨磁电阻模拟传感器用于电流测量的最佳磁偏置.结果表明:外磁场强度相同但方向不同,对巨磁电阻的作用效果不同,巨磁电阻饱和时,阻值与外磁场方向无关.温度不同,巨磁电阻的阻值不同,磁电阻变化率也有改变.     

磁场对水平温度梯度下双层流体热对流的影响

在水平温度梯度下,双层流体交界面的表面张力会出现梯度,驱动热毛细对流运动,造成热剪切层内的扰动.本文数值模拟了不同重力条件下,双层流体内的对流现象,得出了在微重力时,对流运动将引起热剪切层内强烈的扰动.为了减弱这种扰动,我们利用磁场对流体的运动进行控制.为此,又对微重力条件下,不同方向应用磁场下的热剪切层内扰动行为进行了数值研究,结果显示,磁场对热剪切层稳定性有促进作用,加入法向的应用磁场最为有效.     

温度敏感型磁流体冷却回路的实验研究

建立了温度敏感型磁流体自动冷却回路实验系统,实验研究了不同加热功率、冷却温度、加热位置及磁场分布对其冷却性能的影响.结果显示,温度敏感型磁流体在外加磁场及温差时可以持续稳定地流动,无须机械泵的驱动而实现热量的传输.流动速度及冷却性能受磁场与温度场协同作用的影响.     

磁流体管流的直接数值模拟研究

在开源的CFD 工具包OpenFOAM 环境下开发了基于低磁雷诺数的磁流体湍流数值模拟求解器,对 2π ×1×1的方管中无磁场湍流和磁流体湍流进行直接数值模拟研究,给出了截面瞬时速度、平均速度的分布,截面对称中心线上的脉动速度的均方根值、湍动能的分布。计算结果表明,外加磁场对磁流体湍流具有抑制作用和并且这种抑制作用具有各向异性。     

Influence of the meridional flow and thermomagnetic convection on characteristics of magnetic fluid seal

For the low-speed magnetic fluid seals, the influence of the meridional flow, induced by the shaft rotation, on the distribution of magnetic particles concentration, is studied. Influence of the thermomagnetic convection on the structure of this flow and on the temperature distribution in high-speed magnetic fluid seals is investigated also. The problems were examined by numerical methods. It is discovered that even very slow rotation of the shaft homogenises distribution of the magnetic particles concentration in the seal and thereby enlarges its operation life. For high-speed seals thermomagnetic convection provides the penetration of the fluid flow in the region of the narrow gap and levels off the temperature distribution decreasing its maximum value and thereby enlarges its operation life too. It is found also that the influence of thermomagnetic convection grows with the viscosity increasing.     

Thermoconvective flow velocity in a high-speed magnetofluid seal after it has stopped

Convective flow is investigated in the high-speed (linear velocity of the shaft seal is more than 1 m/s) magnetofluid shaft seal after it has been stopped. Magnetic fluid is preliminarily heated due to viscous friction in the moving seal. After the shaft has been stopped, nonuniform heated fluid remains under the action of a high-gradient magnetic field. Numerical analysis has revealed that in this situation, intense thermomagnetic convection is initiated. The velocity of magnetic fluid depends on its viscosity. For the fluid with viscosity of 2 × 10^?4 m²/s the maximum flow velocity within the volume of magnetic fluid with a characteristic size of 1 mm can attain a value of 10 m/s.     

圆柱腔体内水凝固过程热对流实验研究

本文通过匹配折射率和标定技术,应用PIV测量了圆柱腔体内水在底部冷却过程中热对流的变化规律．实验发现了主流场的涡结构;另外在底部拐角处出现新的涡,并且不断向上推移;冷却后期整个液相区出现流动反转现象,靠近壁面处水向上流动,中心区域水向下流动。因为存在着复杂的热交换和密度变化,水在凝固过程中存在流动结构失稳,使得液相区内发生强烈的热对流．最后流动强度减弱,重新形成稳定结构。结合泰勒不稳定性分析,本文对这一过程给出了合理解释．     

The stability of ferrofluid flow in a vertical layer subject to lateral heating and horizontal magnetic field

We use the Langevin law of magnetization to study the linear stability of a convective flow in a flat vertical layer of ferrofluid subject to a transverse temperature gradient and a uniform magnetic field. The stability of the flow against planar, spiral and three-dimensional perturbations is examined, and the stability boundaries and characteristics of critical disturbances are determined. The competition between the monotonic mode and two types of wave modes is analyzed taking into account the properties of the fluid (magnetic susceptibility and Prandtl number) and the magnetic field strength. The domain of parameters where the oscillatory thermomagnetic wave instability exists is found.     

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.     

前缘弯掠风扇叶尖涡的数值分析与PIV实验

本文采用三维Navier-stokes方程、κ-ε两方程湍流模型和SIMPLE算法,对空调用前缘弯掠开式斜流风扇转子叶尖涡的三维流动特性进行了数值分析与PIV实验测量。结果表明:沿子午面流动的主气流与从叶顶外侧吸入的气流之间的卷吸作用导致在吸力面叶顶区域产生了叶尖涡。叶尖涡从25％叶顶弦长位置到50％弦长位置不断发展,同时沿吸力面向下游移动;叶尖涡随后逐渐向压力面移动;叶尖涡从75％叶顶弦长位置至转子下游逐渐耗散,沿着一条与叶轮旋向相反的斜线向转子下游发展,大致持续到转子下游65％叶顶弦长位置。计算结果和PIV的实测结果吻合,表明用 CFD工具可以预测流场,同时为前缘弯掠开式斜流转子在大型中央空调室外机上的应用和风机系统的优化设计及其降噪提供了重要的内流数据。     

水泵吸水池后台阶内部流场试验研究

本文利用 PIV 技术测量了卧式开放式水泵吸水池内部台阶附近的流场,得到了定常不同工况下的流场速度分布图等水力参数结果,通过对试验结果的分析发现,台阶高度、进口来流速度和淹没深度的变化对吸水池内部流场都产生重要的影响.     

不同磁致纵向涡形式对空气对流换热的影响

为揭示不同磁致纵向涡对通道内空气对流换热的影响规律,分别就两极和四极钕铁硼永磁体作用下的矩形通道内的对流换热进行了数值模拟。模拟以通道入口段的流动和换热为对象,得到了不同Re和不同壁温下的流场和温度场, 对流换热的Nu和阻力系数,以及场协同数Fc。结果表明,不同纵向涡形式下的流场和温度场的协同性不同,具有八纵向涡形式的对流换热的协同性优于四纵向涡形式,强化效果也优于四纵向涡。