串列双圆柱时均流场特性分析

对Re=12000,间距比L/D=1.167,2.333,3.500和4.667的串列双圆柱后方速度场进行了实验测量,分析串列双圆柱后方不同剖面处的速度分布规律和湍流度分布规律.并通过流函数理论模型对小间距比串列双圆柱后方流场进行了分析,得出如下结论:与单圆柱相比,当串列双圆柱间距比较小时,后方圆柱的自由剪切层明显向内...     

微尺度串列双圆柱绕流的分子动力学并行模拟

本文采用基于空间分解算法的分子动力学并行模拟方法,研究了微尺度、低雷诺数（Re=40）下串列等大的双圆柱绕流现象。结果表明：随着间距比L＊／D＊的增加,流动存在3种特征状态：当L＊／D＊〈1．1时,同单一物体的绕钝体流动相似;当1．1〈L＊／0＊〈3．5时,涡脱落现象只在下游圆柱出现,在两圆柱之间有交替附着于下游圆柱的...     

被动控制下双圆柱静止绕流与流致振动研究

采用非稳态RANS方法结合Spalart-Allmaras湍流模型,对高雷诺数下被动控制的串列双圆柱静止绕流和流致振动进行数值计算。详细分析柱体受力、流致振动特性及尾流旋涡形态,结果表明双圆柱静止时,上游圆柱St随Re增加而增大,下游圆柱St先增大后减少,在Re=60000时达到最大值;双圆柱产生流致振动时,上下游圆柱的振幅率变化曲线出现三个不同分支,包括涡致振动初始分支、涡致振动上部分支和驰振分支,圆柱驰振时的最大振幅达到了2.8D。     

串列双圆柱流致振动及能量转换特性

采用二维非稳态RANS方法结合Spalart-Allmaras湍流模型,对高雷诺数下串列双圆柱流致振动进行数值计算。利用粗糙带改变圆柱表面结构,详细分析串列双圆柱流致振动响应及能量转换特性。结果表明双圆柱产生流致振动时,上下游圆柱的振幅和频率响应曲线出现涡致振动初始分支、涡致振动上部分支和驰振分支,圆柱驰振时的最大振幅达到了2.8D。在所研究的整个Re数范围内,双圆柱都能有效实现能量收集。在Re=100000时,圆柱流致振动能量转换最大功率达到了41.16 W。     

非等温流向振荡单圆柱绕流的格子Boltzmann模拟

本文采用格子Boltzmann方法模拟对非等温横向振荡圆柱绕流(Re=100)进行模拟,详细考察振荡频率(F=f_o/f_s=0.2～8.0)、振幅(A/D=0.1～0.4,A为圆柱流向最大位移,D为圆柱直径)对绕流换热的影响。结果表明:低频率、低振幅流向振荡运动将使圆柱换热增强,高频率、高振幅振荡使圆柱换热效果减弱;圆柱表面平均N_u脉动均方根值随着振荡频率、振幅的增大而增大;在锁定区域内,平均N_u及其脉动均方根值均出现极大值。     

串列对转双圆柱的多块LB模拟

结合格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method,简称LBM)和多块网格(Multi-Block Grid)技术,数值研究较小雷诺数(Re=100)下均匀来流绕串列对转双圆柱问题,综合分析圆柱中心间距比S/D和圆柱无量纲旋转速度α对流场结构的影响,考察前、后圆柱的涡脱落形态和升阻力特性.结果表明:当间距比为1.2时存在一临界旋转比α_c,转速超过这一值后前圆柱产生负Magnus效应;间距比为2时,流场出现类似单旋转圆柱时的第二不稳定模态;当间距比较大(S/D=4、6)时,前、后柱之间存在涡脱落,后柱尾涡中出现2S、2S^*、2P、P+S等多种形态.     

圆柱尾流温度标量场的小波分析$lt;font color="#ff0000"$gt;$lt;font color="#ff0000"$gt;（已撤稿）$lt;/font$gt;$lt;/font$gt;

通过使用一排16根冷线探头排在多个空间点同时测量微加热圆柱的尾流温度场, 用小波分析技术对瞬时温度场的时间序列信号进行多尺度分析, 目的是研究不同尺度脉动温度对总体温度场的贡献.直径为d = 12.7 mm 的圆柱产生了被测的尾流, 对应的雷诺数为5500, 测量区域位于下游距离为2d 和 20d 之间. 基于小波多尺度分辨技术, 尾流温度场被分解为不同温度脉动特征尺度的小波分量. 通过分析这些小波分量的瞬时温度等值线图, 能够直接观测到不同特征尺度的涡结构运动特征和湍流间歇过程. 特别地, 我们在近场区从原始信号分解获得的高频区域中发现了K-H涡的存在. 不同尺度的温度方差沿流向的变化表明, 在下游距离为x=3d和 20d之间, 中等尺度的结构比大尺度和小尺度结构对总的温度均方根的贡献更大. 不同尺度的自相关函数表明, 大尺度和中等尺度的结构显示出较大的相关性, 而高频的小波分量则更快地失去了原有的拟序性. 关键词： 湍流尾流 被动标量 小波分析     

三维串列双圆柱绕流气动流场及声场模拟

数值模拟三维串列双圆柱在不同间距比下湍流流态及其辐射声场.采用大涡模拟(LES)求解非定常不可压缩Navier-Stokes方程得到瞬时流场数据,从而得到声源相关数据,求解基于FW-H积分方程的Farassat-1A方程计算载荷噪声得到相应声场分布.通过对不同间距比下相应的声场及观测点的声压频谱图进行比较可以发现:随着间距的变化,流场呈现出3种不同的流态,其声场也呈现不同的特点,在临界间距比下,总噪声值最大.     

雷诺数对圆柱尾流中被动标量场的影响

本文通过实验研究雷诺数对加热圆柱尾流中温度场的影响.实验中雷诺数Re(≡U∞d/v,其中U∞为来流速度、d为圆柱直径、v为流体黏度)的取值范围为1200-8600.实验中温度是由直径为0.63 μm的冷线探针测量的.实验结果表明,一般而言,雷诺数对整个尾流的标量混合特性有着显著的影响.随着雷诺数的增加,平均标量场向外的扩散速度加快、标量脉动强度增加了但衰减也加快.本文还发现:尾流中似乎存在两个区域,一个位于卡门涡街下游靠后,另一个就是传统的远场自相似区;在这两个区域,某些描述标量和动量的相似关系式近似成立.     

圆柱尾流温度标量场的小波分析*

通过使用一排16根冷线探头排在多个空间点同时测量微加热圆柱的尾流温度场,用小波分析技术对瞬时温度场的时间序列信号进行多尺度分析,目的是研究不同尺度脉动温度对总体温度场的贡献.直径为d=12.7 mm的圆柱产生了被测的尾流,对应的雷诺数为5500,测量区域位于下游距离为2d和20d之间.基于小波多尺度分辨技术,尾流温度场被分解为不同温度脉动特征尺度的小波分量.通过分析这些小波分量的瞬时温度等值线图,能够直接观测到不同特征尺度的涡结构运动特征和湍流间歇过程.特别地,我们在近场区从原始信号分解获得的高频区域中发现了K-H涡的存在.不同尺度的温度方差沿流向的变化表明,在下游距离为x=3d和20d之间,中等尺度的结构比大尺度和小尺度结构对总的温度均方根的贡献更大.不同尺度的自相关函数表明,大尺度和中等尺度的结构显示出较大的相关性,而高频的小波分量则更快地失去了原有的拟序性.     

微小扰流元件对阵列冲击冷却流动换热的影响

通过实验方法,开展了Re数,冲击高度Z/D,微小扰流元件高度对阵列冲击冷却流动换热特性影响的研究。微小扰流元件的形状为长方体,尺寸为0.4 mm×0.4 mm(长×宽)。冲击孔直径D=4mm,孔间距X/D=Y/D=4,冲击距离Z/D的范围为0.75和3,微小扰流元件高度的范围为0.05D、0.2D、0.4D.对于冲击距离Z/D=0.75,Re数(基于冲击孔直径)的范围为2500～10000;对于冲击距离Z/D=3,Re数范围为5000～20000.结果显示,在微小扰流元件存在的情况下,换热系数显著增强,在本文实验工况下,换热增强达到30%～120%,同时,出流系数基本不变.     

过渡流下管束的流动、传热特性研究—串列双圆柱流场研究

本文从换热器管束中最基本的串列布置形式出发研究处于过渡流区域的小管径换热器的性能变化。通过基于作者研究开发的复合网格计算方法模拟了在低、中雷诺数条件下,串列双圆柱随中心距的变化下的流场、温度场的变化特性,并分析了其机理。计算结果表明,随着圆柱间中心距的逐渐增大,圆柱尾流呈现出从不稳定到稳定再到不稳定的变化规律。通过研究发现,两圆柱中间流场是否稳定与这一区域的u_m是否是连续的负值有着密切的关系,而流场的变化规律同两圆柱间的u_m的变化规律也十分相似。     

双液滴撞击平面液膜的流动与传热特性

采用耦合的水平集-体积分数法(CLSVOF)对双液滴连续撞击恒定壁温壁面上的热液膜的流动和换热特性进行了数值模拟及分析,得到了双液滴撞击热液膜后形态演变的过程.分析了液滴垂直间距、撞击速度、液膜厚度以及液滴直径对双液滴撞击液膜后的流动与传热特性的影响,结果显示,壁面平均热流密度随液滴撞击速度的增大而增大,液滴垂直间距、液膜厚度和液滴直径对平均热流密度的影响较小,但会对热流密度在撞击区域和交界区的分布产生重要影响.     

多尺度分形柱群的绕流换热特性研究

采用有限体积法,对多尺度分形柱群结构的流动换热进行了二维瞬态数值模拟。本文针对呈Sierpinski地毯配置,详细研究了多尺度分形柱群结构和均匀圆柱群内的流动换热,并做了比较分析,研究表明:在分形结构中,流体流动流线呈现弯曲和自相似的特征。分形圆柱群与方柱群的系统努谢尔数随雷诺数的变化趋势基本类似,但是分形圆柱群换热性能较好。同时将分形柱群系统努谢尔数拟合为雷诺数的幂函数,结果显示,随着分形柱群级数增加,雷诺数的指数逐渐增大。四级分形柱群的努谢尔数与雷诺数近似成线性关系。本文的研究可帮助进一步了解多尺度中换热的机理。     

基于浸入边界-多松弛时间格子玻尔兹曼通量求解法的流固耦合算法研究

针对流固耦合问题,发展了基于浸入边界-多松弛时间格子玻尔兹曼通量求解法(immersed boundary method multi-relaxation-time lattice Boltzmann flux solver,IB-MRT-LBFS)的弱耦合算法.依据多尺度Chapman-Enskog展开,建立不可压宏观方程状态变量和通量与格子玻尔兹曼方程中粒子密度分布函数之间的关系;采用强制浸入边界法处理流固界面使固壁表面满足无滑移边界条件,根据修正的速度求解动量方程力源项;结构运动方程采用四阶龙格-库塔法求解.格子模型与浸入边界法的引入使流固耦合计算可以在笛卡尔网格下进行,无需生成贴体网格及运用动网格技术,简化了计算过程.数值模拟了单圆柱横向涡激振动、单圆柱及串列双圆柱双自由度涡激振动问题.结果表明,IB-MRT-LBFS能够准确预测圆柱涡激振动的锁定区间、振动响应、受力情况以及捕捉尾流场结构形态,验证了该算法在求解流固耦合问题的有效性和可行性.     

基于MRT-LB伪势模型的液滴撞击液膜数值研究

运用改进的格子玻尔兹曼（LB）伪势多松弛多相模型,研究单/双液滴撞击液膜的流动特性.考察单液滴在不同气液相密度比时撞击液膜的发展.随着密度比的减小,冠状水花顶端开始向内弯曲,且底部半径显著减小.在大密度比情况下研究双液滴撞击液膜.结果表明：双液滴撞击液膜有中心射流的形成;液滴水平间距的增大,延缓中心射流的出现,并降低初始中心射流的高度;随Re数的增加,中心射流的高度明显增大.     

结露工况下平行流蒸发器性能模拟研究

通过对百叶窗翅片平行流蒸发器空气侧换热性能进行数值模拟,分析了翅片间距、百叶窗间距和角度对空气侧流动特性、换热性能和结露过程的影响,得到了不同情况下空气侧进出口压降、换热系数及蒸发器表面凝结水量的变化规律。研究表明:百叶窗间距增加导致空气进出口压降增大,空气侧换热系数和蒸发器表面凝水量则随之呈现先增后减的趋势;翅片间距增加造成空气侧进出口压降、换热系数和蒸发器表面凝结水量逐渐减小;百叶窗角度增加使空气侧进出口压降、换热系数和蒸发器表面凝水量逐渐增大。综合考虑,当压降在可以接受的范围内时,可考虑选择较小的翅片间距、较大的百叶窗角度,百叶窗间距范围在1.4mm~1.6mm间为佳。     

光学三题──选自美国研究生考题

1.用一个针孔与照相底片相距为D的针孔照相机,对远处发射波长为　的单色物体进行拍摄。要使底片上有最高的清晰度,则针孔直径x应是多大?曝光时间和距离D是什么关系? 2.波长　为.0.5微米的平行单色光垂直入射到双缝平面上,已知双缝间距t为0.5毫米。在双缝另一侧(即右侧)5厘米远处,正放置一枚象方焦距f‘为 10厘米的理想透镜 L,在L右侧12厘米远处放置一屏幕。问屏幕上有无干涉条纹?若有,则条纹间距e’是多少? 3.如图所示,共轴放置的两个理想透镜L1、L2,它们的间距为30厘米。已知L1的直径D1为 4厘米,象方焦距f1’为 10厘米; L2的直径 D2为2…     

基于浸入式边界方法的串联双矩形柱绕流数值模拟

基于浸入式边界算法(Virtual Boundary Method)中力源反馈边界的思想,改进其原有内部流体处理方法以减少计算耗费,并结合非等间距网格以便工程应用计算,模拟雷诺数范围内(Re=200–10³)串联双矩形柱绕流,研究表明:Re=200–300时,前柱尾流涡脱处于双剪切层控制阶段;柱间涡街为Karman类涡街,在小间距条件下被抑制,形成涡环;前柱对后柱屏蔽效应体现为后柱阻力系数远小于前柱;临界间距时柱间涡街充分发展,后柱阻力系数等气动参数亦在此发生跃升,但仍小于前柱值;随雷诺数升高,尾流涡街尺寸缩小,临界间距及跃升幅度变小. Re=400时,前柱尾流涡脱进入冲击剪切层控制阶段,阻力系数不再呈现规律性振荡;此后随雷诺数升高,冲击剪切层逐步完善,前柱流动分离使其表面产生更多附着涡,导致尾流旋涡尺寸进一步减小,屏蔽效应消失,涡脱更为剧烈,进而对后柱产生脉动冲击效应;适当间距比条件下此类脉动冲击效应使得后柱阻力系数发生跃升,并略高于前柱. 关键词： 浸入式边界算法 串联双矩形柱 屏蔽效应 临界间距     

开孔矩形翅片椭圆管流动与换热特性的数值研究

对电站直接空冷系统的基本换热元件矩形翅片椭圆管建立三维物理数学模型,对空气侧流动和传热性能进行数值研究．分析了不同迎面风速下翅片上无扰流孔和开有扰流孔两种情况下矩形翅片表面的局部表面传热系数分布规律,发现椭圆基管后存在的尾流区使得翅片的强化换热作用减弱。比较了扰流孔的尺寸、数目和位置对管外空气侧流动与换热的影响,结果表明:扰流孔尺寸对流动与换热存在明显影响,而扰流孔数目和位置的影响相对比较小．