生物芯片中周期性电渗驱动液体薄膜的流动特性

研究了二维周期性电渗驱动液体薄膜的流动特性. 以Debye-Hückel 假设近似下线性化的Poisson-Boltzmann方程描述双电层电动势分布和电荷密度的分布关系, 与黏性不可压缩流体Navier-Stokes方程相耦合, 得到流体在自由面与固壁之间的周期电渗流流场的精确解. 结果显示, 薄膜内速度振幅与流体黏性密切相关, 雷诺数越大, 速度振幅就越小. 该文还细致分析了雷诺数和自由面ζ电势对自由面的流速振幅和薄膜内速度相位差的影响.     

无人机螺旋桨气动力设计

结合某太阳能无人机总体设计方案要求,完成了无人机动力系统螺旋桨气动力设计任务。采用Glauert提出的片条理论作为螺旋桨气动特性的计算方法,并通过算例验证了该方法的可靠性。为使螺旋桨在电机输出功率约束下、在整个飞行包线范围内维持较高的气动效率,低雷诺数、高升阻比桨叶基本翼型的设计和桨叶角分布的优化设计是关键。对设计结果进行的全面系统的分析评估表明:在不同飞行状态下以及电机额定输入功率范围内,螺旋桨效率始终维持在80%左右,且巡航状态下其效率的最佳点与电机的额定功率完全匹配。     

Influences of initial velocity, diameter and Reynolds number on a circular turbulent air/air jet

This paper assesses the suitability of the inflow Reynolds number defined by Re_o ≡ U_oD/ν (here U_o and D are respectively the initial jet velocity and diameter while ν is kinematic viscosity) for a round air/air jet. Specifically an experimental investigation is performed for the influences of U_o, D and Re_o on the mean-velocity decay and spread coefficients (K_u, K_r) in the far field of a circular air jet into air from a smoothly contracting nozzle. Present measurements agree well with those previously obtained under similar inflow conditions. The relations K_u ∝ U_o and K_r ∝ 1/U_o for U_o < 5 m/s appear to work, while each coefficient approaches asymptotically to a constant for U_o > 6 m/s, regardless of the magnitudes of Re_o and D. It is revealed that Re_o may not be an appropriate dimensionless parameter to characterize the entire flow of a free air/air jet. This paper is the first paper that has challenged the suitability of Re_o for turbulent free jets.     

Spatio-temporal instability of two-layer liquid film at small Reynolds numbers

The onset of instability with respect to the spatio-temporally growing disturbance in a viscosity-stratified two-layer liquid film flow is analyzed. The known results obtained from the temporal theory of instability show that the flow is unstable in the limit of zero Reynolds numbers. The present theory predicts the neutral stability in the same limit. The discrepancy is explained. Based on the mechanical energy equation, a new mechanism of instability is found. The new mechanism is associated with the convective nature of the disturbance that is not Galilei invariant.     

基于低雷诺数串置翼型气动特性研究

基于低雷诺数,应用二维CFD方法,对串置翼型的气动特性进行了数值模拟。比较了串置翼型布局与常规单独翼型的升阻特性。分析了翼差角度对串置翼升阻特性的影响,并且在保持鸭翼±5°偏角不变的同时,研究了两翼之间的距离以及安装的相对高度对整个串置翼型升阻特性的影响。发现上鸭翼与主翼相结合具有相对较高的最大升力系数和临界迎角, 可以显著改善串置翼型的气动特性。     

有限分析系数的精确计算与插值算法

有限分析法是流体计算中一种有效的数值计算方法.但是在解高雷诺数的对流扩散方程时,有限分析系数计算将相当耗时且系数本身将严重失真.本文揭示了上述困难的成因,并提出一种改进算法.首先,建立了一套高精度计算系统,并利用它精确地求出所有基点上被称为“P_e”的函数值.在实际计算中,有限分析系数可通过插值得到的“P_e”值求出.实用算法在保证计算精度的同时,大大提高了有限分析系数的计算速度.     

微型飞行器低雷诺数空气动力学

微型飞行器(MAVs)设计绝不是常规飞行器在尺度上的简单缩小,面临许多技术难题.其中微型飞行器低雷诺数空气动力学是其最为根本的技术瓶颈之一,也是当前受到广泛关注的热点之一.本文紧密结合微型飞行器技术,对这一领域中所面临的低雷诺数空气动力学问题和近两年来该方向国内一些新的进展进行了较为详细的介绍.按照MAVs飞行方式和结构特性进行分类,简单介绍微型飞行器研究中的低$Re$数空气动力学问题.首先介绍了二维和三维固定翼低雷诺数空气动力学问题:包括层流分离泡,翼型升力系数小攻角非线性效应,静态迟滞效应,以及低$Re$数小展弦比机翼气动特性.第2,介绍了拍动翼低雷诺数空气动力学方面的研究工作.包括前人提出的昆虫低$Re$数下获得高升力的多种非定常拍动翼飞行机制:Wagner效应、Weis-Fogh效应(clap-and-fling)、延迟失速效应(delayedstall)、Kramer效应(rotational forces)、尾迹捕获效应(wakecapture)、附加质量效应(addedmass)等.以及国内学者近几年在拍动翼方面取得的一些研究成果.第3,介绍了柔性翼低雷诺数气动问题.研究表明柔性翼对于固定翼微型飞行器提高抗阵风能力,拍动翼微型飞行器产生足够的升力和推力.最后简单介绍了可变形翼(morphingwing)微型飞行器方面的一些研究工作,指出微型飞行器技术可以通过采用可变形翼设计,突破众多的技术瓶颈.另一方面,可变形翼概念可以通过在低成本,低速的MAVs上进行飞行试验,获得非常好的验证平台.      

纳米尺度绕流现象中流体分子运动行为研究

采用分子动力学模拟方法,研究纳米尺度低Re数(Re=20)条件下,氩流体流过铂(FCC(100))金属圆柱的绕流现象.从流线和速度矢量分布两方面刻画涡的周期性产生、发展和脱落过程.结果显示,一个涡脱落周期大约为0.3 ns,斯特劳哈尔数St约为0.2;时均对称涡的长度是圆柱直径的1.4倍,涡径与圆柱直径相当.从速度场和密度场的角度刻画回流区,并进一步研究典型区域(圆柱中心线附近区域及下游邻近区域)的速度分布特性.     

加权残值法对Stokes流的应用

本文通过综述加权残值法对流体力学一个分支——Stokes流动的应用,试图说明这一方法对于解决流体力学问题具有广阔的前景。      

明渠层流近床面颗粒拖曳力研究

泥沙颗粒受到的拖曳力是泥沙运动的主要驱动力，而当前应用于计算流体力学-离散颗粒法(CFD-DPM)耦合模型进行水沙运动模拟的泥沙颗粒拖曳力公式均没有考虑明渠流底床边壁作用的影响。求解不可压缩Navier-Stokes方程，对明渠层流不同雷诺数条件下床面附近不同高度处颗粒所受拖曳力进行了模拟，根据模拟结果变化规律，提出了综合考虑床面和水流惯性对标准拖曳力影响的修正拖曳力计算公式。与常用的单颗粒标准拖曳力公式和考虑遮蔽效应的多颗粒拖曳力公式相比，采用本文修正公式得到的水沙作用力更接近高精度数值解，应用于CFD-DPM输沙模拟获得的输沙结果与输沙率公式结果一致，应用分析表明输沙模拟应当采用粗糙底床边界。