平面射流中纳米粒子积聚的矩方法

应用大涡模拟方法求解平面湍射流场,矩方法求解纳米粒子的一般动力学方程．通过对每种情况3 000个时间步的平均,得到了Schmidt数和Damkohler数对纳米粒子动力学特性的影响．结果发现, 当气体参数不变时,Schmidt数的变化只对直径小于1 nm的颗粒数密度的分布产生影响．直径小的颗粒其颗粒数密度沿流动方向下降迅速,而具有大Schmidt数的颗粒,沿横向的分布较窄．较小的颗粒容易发生积聚和扩散,并且体积增长较快,因而颗粒多分散性较为明显．小的颗粒积聚时间尺度能增强颗粒的碰撞和积聚频率,导致颗粒尺寸迅速增大．Damkohler数越大,颗粒的多分散也越明显．     

气固两相弯管湍流场中圆柱状颗粒取向和沉积特性的研究北大核心CSCD

针对在Reynolds数Re=3000~50000、Stokes数S_(tk)=0.1~10、Dean数De=1400~2800的情况下,长径比β=2~12的圆柱状颗粒流经弯管湍流场时的取向与沉积特性进行了研究.圆柱状颗粒的运动采用细长体理论结合Newton第二定律进行描述,取向分布函数由Fokker-Planck方程给出,平均湍流场通过求解Reynolds平均运动方程结合Reynolds应力方程得到,作用在颗粒上的湍流脉动速度由动力学模拟扫掠模型描述.通过求解湍流场以及颗粒的运动方程和取向分布函数方程,得到并分析了沿流向不同截面和出口处颗粒的取向分布,讨论了各因素对颗粒沉积特性的影响.研究结果表明,随着S_(tk)和颗粒长径比β的增加、De和Re的减少,颗粒的主轴更趋向于流动方向.颗粒的沉积率随着De,Re,S_(tk)和颗粒长径比的增大而增加,所得结论对于工程实际应用具有参考价值.     

Jeffrey流体流过有限长圆柱管时磁流体动力学的蠕动流

研究Jeffrey流体流过有限长管道时的蠕动流.在外加磁场作用时,流体呈导电性.分析是在长波长和低Reynolds数近似假设下完成.得到了压力梯度、体积流量、平均体积流量和局部壁面剪应力的表达式.研究了松弛时间、延迟时间和Hartman数,对压力、局部壁面剪应力以及蠕动泵机械效率的影响.还研究了回流现象,调查了沿管道壁波数非整倍数时的传播情况,研究有限长管道传播的内在特性.     

空间分数阶非Newton流体本构及圆管流动规律研究

对非Newton流体的本构及流动规律进行研究是分析、预测和控制非Newton流体在管道中流动的关键.实验表明非Newton流体在流动过程中具有历史记忆性,基于空间分数阶微积分方法,建立了分数阶非Newton流体本构模型;并推导了该模型在圆管中的流速分布、流量、平均流速、压降、平均Reynolds数等管道流动参数;提出了分数阶非Newton流体圆管流态判别准则.研究表明非Newton流体的圆管流层间的切应力可以通过流速的轴向分布大小来描述.对于不含屈服切应力的分数阶非Newton流体,分数阶的阶数越大,断面流速分布越均匀,记忆能力越强.分数阶的阶数大小反映了流体对全域空间的记忆性强弱;而对于含有屈服切应力的分数阶非Newton流体,分数阶的阶数越大,速梯区流速分布越均匀,流核区速度越小.分数阶的阶数大小反映了局部空间记忆性强弱.该研究为非Newton流体的记忆特征提供了一种新的建模方法.     

相互碰撞的圆粒子在竖直通道中沉降的数值研究

采用格子Boltzmann方法,数值模拟了考虑相互碰撞的两圆粒子的沉降,分析了Re数、初始相对位移及通道宽度对粒子沉降的影响．结果表明,在0.1＜Re＜20范围内, 粒子沉降具有周期性．Re数越大,两圆粒子的相互作用越强,粒子横向位移的幅度也越大．在大Re数时,沉降的过程是两个粒子交替领先;在较小Re数时,当后面的粒子接近的时候,领先的粒子被向右侧推了一段后仍会继续领先;对中等Re数,原先在后面的粒子在第一次加速后将取得领先位置并一直保持下去．粒子的初始分布位置对沉降的形态影响不大．管道宽度变化时,粒子总的沉降特性不变,而周期改变,管道越宽,周期越长．     

求解Oseen流的交替线松弛多重网格方法

利用Riemann解的通量差分分裂法——Godunov方法对Oseen流控制方程进行离散,得到了基于一阶上迎风格式的离散方程,并给出了使用多重网格方法求解该离散方程的V-循环算法和W-循环算法的收敛性分析.通过局部Fourier分析方法,对获得的离散方程的聚对称交替线GaussSeidel松弛的光滑性质进行了研究.结果表明:使用多重网格的两层网格及三层网格算法求解具有不同Reynolds数的Oseen流,即便是在高Reynolds数情况下,聚对称交替线Gauss-Seidel松弛具有很好的光滑性质,多重网格W-循环算法收敛性比V-循环算法好.     

基于球窝结构冷却通道的强化传热数值及实验研究

球窝作为一种小流阻的强化传热结构,在微型换热器中有较大的发展前景.该文采用实验与数值相结合的方法,研究层流条件下布置球窝结构的矩形通道内部的流动与换热特性,比较了不同球窝深度、不同Reynolds(雷诺)数对其强化换热特性的影响,并与光滑结构进行了对比.研究结果表明:随着Reynolds数的增加,换热效果逐渐增强.在3种Reynolds数(Re=500,1 000,1500)工况下,在球窝深度直径比在0.1~0.2之间时,球窝内部均存在流动分离且分离点位于球窝中心之前,球窝换热特性最好,与实验得出深度直径比为0.2时换热效果最好相吻合.在同一Reynolds数条件下,随着球窝深度的增加,其阻力特性逐渐降低.综合热特性随着Reynolds数的增大呈现下降趋势.     

长波在弯曲管道中的传播——Ⅰ变截面弯管中长波传播的基本分析

本文研究长波在三维变截面弯管中的传播问题.通过建立正交曲线坐标系,以波数k和管道横截面的特征半径a的乘积ka作为小参数,对波动方程进行无量纲处理,用正则摄动法,把三维的Helmholtz方程化为二维的Laplace(或Poisson)方程和一维的Webster方程.并分析了管道的几何参数(横截面面积、管道中心线的曲率和挠度)对复速度势渐近展开的各阶项的影响.文中指出,横截面面积的变化首先影响浙近解的零阶项.在横截面的形状具有某种对称性时,管道中心线的曲率首先影响渐近解的二阶项,而挠度首先影响渐近解的三阶项.最后,给出了长波在弯曲圆管中传播的实例.     

热泳和Brown运动对太阳能辐射下热分层纳米流体边界层流动的影响

在太阳辐射下的纳米流体中,数值地研究竖向延伸壁面具有可变流条件时的层流运动.使用的纳米流体模型为,在热分层中综合考虑了Brown运动和热泳的影响.应用一个特殊形式的Lie群变换,即缩放群变换,得到相应边值问题的对称群.对平移对称群得到一个精确解,对缩放对称群得到数值解.数值解依赖于Lewis数、Brown运动参数、热分层参数和热泳参数.得到结论:上述参数明显地影响着流场、温度和纳米粒子体积率的分布.显示出纳米流体提高了基流体热传导率和对流的热交换性能,基流体中的纳米粒子还具有改善液体辐射性能的作用,直接提高了太阳能集热器的吸热效率.     

小Reynolds数下粗糙圆管中黏性流场的理论解

在小Reynolds数下,针对粗糙圆管和花瓣圆管中的流场问题,将管内的粗糙表面视为光滑表面受到小扰动的情况,采用修正的摄动方法,对流体参数做微小扰动下的摄动展开.同时将具有复杂形貌的边界条件进行Taylor展开,进而近似得到光滑边界处的边界条件.联立求解流体力学方程,在一阶摄动展开的前提下,得到压力梯度的近似解,从而求出管道的静流阻和曲折度.通过数值模拟得到的流体参数和采用修正摄动方法求出的结果吻合良好.