低Pr数流体自然对流边界层流动的直接数值模拟

在太阳能采暖通风系统中,空气在太阳辐射作用下于吸热壁上所形成的非稳态自然对流边界 层流动是决定系统热性能的关键所在. 对于线性分层的低普郎特数($Pr<1$)流体而言,标度分 析表明在起始阶段边界层的发展是与高度无关而只依赖于时间的,而处于稳态时,各项标度 关系与处于起始阶段终结时刻的大不相同,且都与高度和时间无关,而只与$Pr$数和线性分 层度相关. 直接数值模拟计算结果表明由标度分析所得的各项标度关系揭示了流动的特性参 数与控制参数之间的决定性内在联系. 但同时也表明标度关系并没有充分体现出 对$Pr$数的所有依赖关系,这一不足可利用直接数值模拟计算结果得到弥补.     

多孔介质中的非达西自然对流的分岔研究

利用分岔理论研究了多孔介质底部加热所引起的非达西自然对流。用有限差分方法计算了对流的分岔；确定了Beta数与临界瑞利数的关系。结果表明：随着Be从0增大到1，出现分岔的单胞对流的临界瑞利数Rac从39．35单调地增大到41．15。双胞对流亦有类似的趋势。这说明惯性－湍流效应有使对流稳定性增强的趋势。     

非稳态分数阶Oldroyd-B流体绕楔形体流动研究

研究了非稳态分数阶Oldroyd-B流体在多孔介质中通过楔形拉伸板的驻点流动问题。基于分数阶Oldroyd-B流体的本构模型建立了动量方程,并在其中引入了浮升力和驻点流动特征。此外,考虑了具有热松弛延迟时间的修正的分数阶Fourier定律,并将其应用于能量方程和对流换热边界条件。接着,采用与L1算法相结合的有限差分法求解控制偏微分方程。最后,分析了相关物理参数对流动的影响。结果表明,随着楔角参数的增加,流体受到的浮升力增大,导致速度加快;达西数越大,介质的孔隙度变大,流体的流动越快;此外,温度分布先略有上升后明显下降,这表明Oldroyd-B流体具有热延迟特性。     

气藏压裂水平井非稳态流动分析

应用Green函数和Newman积原理,建立了压裂水平井与气藏耦合的非稳态流动模型,并给出求解方法。所建立的模型可应用多种约束条件,考虑了井筒压降和加速度的影响,并适用于各向异性气藏。实例计算表明：水平井在早期非稳态阶段的流量比拟稳态阶段大得多。早期非稳态流动阶段,各条裂缝之间未发生干扰,流量的大小与裂缝条数成正比例关...     

具有水平流动的Rayleigh-Benard对流斑图

本文利用数值模拟,探讨了普朗特数 时有水平流动的Rayleigh-Benard对流结构．当水平流动强度 时,发现定常对流的多重稳定性．当 时,Rayleigh-Benard(RB)对流中存在三种对流斑图．它们的出现依赖于水平流动强度 和相对瑞利数 ．与 相比,在 时的行波具有不同的动力学特性．     

基于有限差分-谱方法的分数阶Burgers流体的非稳态驻点流动

研究了分数阶Burgers流体通过拉伸平板的非稳态驻点流动问题。将分数阶导数引入Burgers流体模型可以更好地模拟流动过程,但也增加了模型的复杂性和求解难度。首次运用有限差分-谱方法求解分数阶Burgers流体模型,离散格式构造简单有效。采用谱方法对控制方程中的空间项进行离散,利用有限差分方法分别结合L-1和L-2算法离散控制方程中的时间项,给出了两种离散格式,并且通过构造数值算例证明了离散格式的收敛性。结果表明,在靠近平板处,速度随着分数阶导数的增加而减小,而无穷远处的流体速度呈现出相反的趋势,体现了分数阶导数的记忆特性。此外,雷诺数越小,流体的粘度越大,导致流体速度越大。由于松弛时间参数的松弛特性,靠近平板处松弛时间参数对速度分布有抑制作用,远离平板处松弛时间促进流体流动。     

黏弹性纳米流体在垂直板上的自然对流与传热分析

基于分数阶Maxwell模型和分数阶Fourier定律构建黏弹性纳米流体在垂直板上的非定常二维边界层自然对流与传热控制方程,利用有限差分和L1算法获得数值稳定解,对不同物理参数下的速度、温度、平均表面摩擦系数和平均Nusselt数的变化趋势进行图形化分析。结果显示,速度和温度边界层均表现出短暂记忆和延迟特性;速度分数导数参数削弱了自然对流,而速度松弛时间的影响却相反;温度分数导数参数削弱了自然对流和热传导,而温度松弛时间的影响却相反。     

非稳态不可压缩自由表面粘性流体的三维数值计算

扩展了相对体积算法，计算了变速旋转的敞口圆筒内水的真实非稳态流动。采用了原始变量、交错非等分网格和显式迭代。计算结果与实验现象相吻合。当圆筒长时间等速旋转，其内流体与筒体一起作刚性旋转时，计算自由表面形状与流体力学理论公式的预言吻合得很好。     

环形液池内中等Pr数流体的浮力-热毛细对流

为了了解水平温度梯度作用时环形液池内的浮力-热毛细对流特性，利用 有限差分法进行了非稳态三维数值模拟，环形液池外壁被加热，半径为40 mm，内壁被冷却， 半径为20 mm，液池深度为3~17 mm，液池内流体为0.65cSt的硅油，其Pr数 为6.7. 模拟结果表明，当水平温度梯度较小时，流动为轴对称稳态流动，随着温度 梯度的增加，流动将会失去其稳定性，在浅的液池内(d=3mm)，转化成三维振荡 流动，在深的液池内(d≥6mm)，转化成三维稳定流动；模拟计算的 临界温差及表面温度分布图像与实验结果基本吻合.     

最大偏心圆环空间自然对流传热的数值分析

采用正切圆坐标变换 ,对不同直径比以及上、下、侧面三种偏心位置 ,偏心率达到最大值± 1的变壁温水平圆柱环形封闭空间内空气的自然对流传热进行了数学模拟 ,求出的二维空间温度分布与实验拍摄相应的温度干涉条纹图片吻合良好。计算结果同时给出流线分布及内、外壁面的局部传热系数、热流量。并与现有的偏心率小于 1的有关资料作对比分析。数值计算的范围是 :2 .0× 1 0 2 ≤ Ra≤ 3 .0× 1 0 5,1 .3≤ Do/Di≤ 3 .8,Pr=0 .70 6,|ε|=1 .     

有关多层流体对流的研究

简述多层不相混流体系统的研究发展，尤其是在空间材料生长过程中的应用；介绍多层流体系统内流体对流及传热现象，以及利用理论分析、实验研究和数值模拟方法研究二层及三层流体内的自然对流及热毛细对流的成果，并分析探讨覆盖液体层对被覆盖液体的动力控制特性及其系统的稳定性     

非牛顿幂律流体绕可渗透平板非定常流动的相似解

文（１）研究了平板表面吸吮速度按照某一规律变化时，非牛顿幂律流体绕可渗透平板非定常流动的运动方程的相似解。本文补充研究吸吮速度按照其它一些规律变化时该问题的准确的或近似的相似解。     

凝固界面前沿自然对流的实验研究

本文在水平Bridgman定向凝固装置中,对超薄试样中固液界面前沿的自然对流进行了实验研究。发现在厚度仅为200μm—700μm的试样中,由于水平温度梯度的存在,凝固界面附近仍然存在着不可忽视的自然对流,并系统研究了各种不同因素对界面前沿热对流的影响规律,为界而过程的微观分析和凝固理论的研究提供了丰富的信息,为采用该装置进行透明有机物模拟研究提供了设计依据。     

基于热格子Boltzmann方法的自然对流数值模拟

对Eggels和Somers提出的热格子Boltzmann格式进行了改进. 在不可压缩流动的假设下,提出了一种新的温度平衡分布函数,可以克服压缩性对温度统计的影响,并且相应地修正了统计宏观温度的方法. Eggels和Somers的方法对速度和温度均采用半步长反弹格式边界条件,适合无滑移的速度边界条件.但是对温度采用该边界条件在物理本质上显得不够准确,所以在边界上对二者统一采取算法既简单又容易实现的非平衡态外推格式,同时可以与Boltzmann格式的整体二阶精度保持一致. 最后,利用改进的热格子Boltzmann方法(TLBM)模拟了Ra=10^6和Pr=0.71(空气)的方腔中的自然对流,模拟得到的流动参数与其它数值方法的结果吻合得很好,表明改进的热格子Boltzmann方法可以有效准确地模拟非等温流动.      

竖直平板间自然对流大尺度相干结构的POD分析

POD方法是研究湍流相干结构的有效手段．将该方法应用于竖直平板间自然对流的问题,考虑到流场的热耦合性,采取了速度场与温度场相关联的POD分析．研究表明,该流场具有显著的结构性,流场中的主要含能流动形态为大尺度螺旋涡与纵向涡结构．用POD分析方法,得到广义“能量”在各模态问的分布,发现其分布有比较明显的收敛性．通过POD方法重构流场,可以用较少的模态捕捉到该流场的主要信息．     

幂率流体圆管非定常流动的数值分析

本文讨论水平圆管中幂率流体的起动问题。用显式和隐式两种格式,我们得到了问题的数值解并从而得到流动建立时间的近似公式。     

广义Maxwell黏弹性流体在两平板间的非定常流动

将分数阶微积分运算引入Maxwell黏弹性流体的本构方程，研究了黏弹性流体在两平板问的非定常流动．对于广义Maxwell黏弹性流体的分数阶导数模型，导出了对时间具有分数阶导数的特殊运动方程，利用分数阶微积分的Laplace变换理论，得到了流动的解析解．     

导电流体热对流中磁场的致稳作用

本文导出了在磁场作用下导电流体热对流流动的方程组及其定解条件,用数值方法模拟了由磁场控制的单晶生长热对流问题,计算结果说明磁场可以有效地抑制流动在壁面处的分离、单胞对流变为多胞对流以及速度和温度的振荡等热不稳定现象,说明了磁场对不稳定热对流有明显的致稳作用。     

低雷诺数翼型蒙皮主动振动气动特性及流场结构数值研究

针对低雷诺数(Re)翼型气动性能差的特点,文章通过对翼型柔性蒙皮施加主动振动的方法,提高翼型低Re下的气动特性,改善其流场结构.采用带预处理技术的Roe方法求解非定常可压缩Navier-Stokes方程,对NACA4415翼型低Re流动展开数值模拟.通过时均化和非定常方法对比柔性蒙皮固定和振动两种状态下的升阻力气动特性和层流分离流动结构.初步研究工作表明在低Re下柔性蒙皮采用合适的振幅和频率,时均化升阻力特性显著提高,分离泡结构由后缘层流分离泡转变为近似的经典长层流分离泡,分离点后移,分离区缩小.在此基础上,文章更加细致研究了柔性蒙皮两种状态下单周期内的层流分离结构及壁面压力系数分布非定常特性和演化规律.蒙皮固定状态下分离区前部流场结构和压力分布基本保持稳定,表现为近似定常分离,仅在后缘位置出现类似于卡门涡街的非定常流动现象.柔性蒙皮振动时从分离点附近开始便产生分离涡,并不断向下游移动、脱落,表现为非定常分离并出现大范围的压力脉动.蒙皮振动使流体更加靠近壁面运动,大尺度的层流分离现象得到有效抑制.