对流边界层顶部光学湍流的室内模拟研究

对流边界层顶部夹卷层是边界层和自由大气之间的过渡带,夹卷层的湍流结构是其主要特征之一。由于夹卷层的位置较高,进行精细结构观测很难,对此认识较少。利用尺寸为150 cm×150 cm×60 cm室内对流水槽模拟了大气对流边界层的发生和发展。将准直光通过模拟对流边界层,根据光在湍流介质中的传输理论得到混合层顶部夹卷层的温度结构常数的特点,在夹卷层内,归一化的温度结构常数满足相同的规律;在高度0.8zi处,温度结构常数最小,随着高度增加,温度结构常数增大,zi处达最大,然后又随着高度减逐渐小,在高度1.2zi处湍流消失。在边界层顶部zi处,归一化的温度结构常数处于一定的变化范围,归一化温度结构常数处于0.08~0.3之间,这可能与夹卷层的大尺度结构有关。     

绕Hydronautics水翼空化云流动的实验研究

采用高速全流场显示技术和DPIV对空化水翼近壁处的空化云流动形态和运动机理进行了讨论.结果表明:绕Hydronautics翼型的空化云运动是一个准周期性过程:稳定空泡团初生在翼型前部,向翼型后部发展布满整个翼面,在翼型后缘出现汽泡团旋涡,伴随反向运动,最终向下游脱落.当前条件下空泡团旋涡脱落周期约为74 ms.空化区与主流区的交界面上存在较大的速度梯度,一组对涡出现在翼型尾部处交界面上.此外,采用以空泡为示踪粒子的DPIV能够对空化流动流速分布进行有效测量.     

模拟的对流边界层光学湍流的特征尺度分析

边界层作为地面与自由大气的过渡带对人类活动影响很大。边界层湍流结构尤其是夹卷层的湍流特征,是边界层研究的一个重要方面,这对于加深对边界层的认识以及研究边界层参数化具有十分重要的意义。由于边界层上部位置较高,难以进行精细结构观测。在室内对流水槽(150cm×150cm×60cm)中模拟了大气对流边界层的发生发展。将准直光通过模拟对流边界层得到光斑图像数据。利用改进协方差法对光斑图像进行功率谱分析,找出功率谱密度最大值所对应的频率即峰值频率,峰值频率对应的波长为涡的特征尺度。研究结果表明,在混合层,峰值波长较小,说明此处混合比较均匀,小尺度结构占主导地位。而夹卷层的峰值波长较大。夹卷层的平均峰值波长与对流Richardson数存在一定的关系,这种关系受下垫面类型以及对流状况的双重影响。     

FVM-MD耦合算法中非周期性边界条件的研究

本文研究了广泛应用于耦合算法中的非周期性边界条件(NPBC),获得了耦合算法中粒子区边界附近原子所受边界力与边界处局部密度和温度的关系。基于此,本文拟合得到了边界力与局部密度和温度的关系式,与平衡态分子动力学模拟结果的对比验证了拟合公式的可靠性。最后本文将边界力的拟合公式应用到耦合算法中求解Poiseuille流动,结果表明粒子区边界附近的密度振荡大大减小,且速度和温度分布曲线能很好地与纯MD方法结果吻合。     

模拟的对流边界层大气闪烁频谱特性研究

边界层是地面与自由大气的过渡带,对人类活动有重要影响.由于边界层上部位置较高,进行精细结构观测很难.在室内对流水槽(150 cm×150 cm×60 cm)中模拟了大气对流边界层的发生发展.将准直光通过模拟对流边界层得到光斑图像数据,对光斑图像数据进行频谱分析.根据光在湍流介质中的传输理论确定无标度区间得到边界层各高度处的标度指数.研究表明,均匀下垫面标度指数在混合层基本在-8/3左右,接近各向同性湍流的理论值.而夹卷层的标度指数,实验初期严重偏离理论值,但在实验后期,由于对流剧烈也逐渐接近-8/3,此时夹卷层也趋于混合均匀.夹卷层平均标度指数与对流Richardson数存在一定的关系.标度指数廓线随高度的变化特点与同时刻的热通量廓线和归一化光强方差廓线有比较一致的对应关系.     

微波击穿大气电子温度与电子密度依存关系

给出了描述高功率微波脉冲大气非线性传输及微波大气等离子体特征演化的方程组,并在以微波群速度运动的局域坐标系下完成程序编制。据此模拟分析了高功率微波大气长程非线性传输及自产生大气等离子体的基本物理过程,给出了在击穿建立过程中,电子数密度增长与电子温度升高之间的关系。模拟结果表明:由于大气层中本底自由电子数密度较低,高功率微波脉冲到达时会迅速地将大气中现有的自由电子加热至平衡温度,与之相比导致电子数密度雪崩式增长的击穿过程要缓慢得多,而且随着击穿过程的开始电子温度会从平衡温度快速下降。     

旋转效应下射流冲击速度对换热的影响

采用数值计算方法模拟磨削工件表面的射流冲击对流换热过程,对不同射流冲击速度,考虑旋转盘诱导的气旋卷吸和射流冲击的耦合作用下,研究分析加热壁面的对流换热效果。在转盘诱导的气旋流动影响下,冲击射流向转盘和加热表面之间区域的侵入能力受到抑制,而射流速度的提高能够加强射流冲击的穿透力;在旋转盘诱导的气旋运动和卷吸作用下,空气射流冲击能有效改善磨削弧区的对流换热,且随着射流速度的增加,其强化对流换热的效果更显著。     

恒热流边界条件下流体横掠多孔介质中平板的边界层分析

基于Brinkman-Forchheimer-extended Darcy流动模型,对恒热流条件下流体横掠多孔介质中平板的强制对流进行了边界层分析。通过建立二维流动的连续方程、动量方程和考虑流体与多孔介质局部非热平衡时的能量方程,应用数量级分析和积分的方法对方程组进行简化和求解,得出了流体的速度分布、温度分布、速度边界层和温度边界层的厚度、对流传热的理论关联式。研究结果表明:恒热流条件下流体横掠多孔介质中平板的速度边界层与光板时完全不同,其在平板前端迅速增长,随后沿着流动方向变得非常平坦并趋于一定值;而温度边界层的厚度发展则与光板时类似,沿着流动方向不断增长,且与壁面处热流密度的大小无关。     

槽式太阳能集热器集热性能分析

本文运用蒙特卡罗光线追踪法(MCRT)模拟了抛物槽式系统聚光特性,并与计算流体与传热有限容积方法(FVM)结合,进一步研究了吸热管内耦合传热过程.聚光特性分析中考察了光不平行夹角、几何聚光比和边界角对太阳热流密度分布的影响;耦合传热模拟中考虑了液体油热物性随温度的变化以及吸收管外管壁辐射换热.模拟计算表明;模拟计算结果与文献数据对比符合较好,验证了计算方法与模拟程序的正确性.光不平行夹角主要对热流密度圆周方向分布产生影响,使其分布平缓,对热流密度轴向分布影响不大;随着几何聚光比的增大,太阳热流衰减区的角度跨度增大;随着边界角的增大,热流密度圆周分布曲线向圆周角90°方向平移,同时热流密度极大值降低.在太阳直射强度大致相同情况下,入口流速与入口温度对接收管表面对流换热与最大温差影响很大;同时变物性对流体对流换热影响也较大.     

热带对流活动日变化的模拟研究

利用一个云分辨与海洋的耦合模式,模拟研究了热带对流活动的日变化.通过对模拟结果的分析,揭示了热带地区不同海温日变化条件下,对流活动的云物理特征.利用热带海洋与全球大气响应观测实验（TOGA COARE）的观测资料作为模式的初始与边界场,来驱动耦合模式.对热带海表温度按照其日变化幅度的大小进行了分类,分为强、弱海表温度日变化两种类型,并在此基础上进行了合成分析.结果表明：1）在弱的海表温度日变化下,云中的云冰含量大于云水含量,说明云中以层状云为主;而在强的海温日变化下,云中的云水含量大于云冰含量,说明云中以 关键词： 热带对流日变化 地面降水率 云冰含量 云水含量     

溶解与热对流对固体颗粒运动影响的直接数值模拟

对牛顿流体内溶解与热对流对单颗粒在垂直管道中的沉降运动进行了直接数值模拟.流体运动由守恒方程计算,密度和黏性的变化考虑流场温度变化的影响,通过积分黏性应力和压力获得颗粒的受力跟踪颗粒运动,溶解引起的相变及其形状的变化由溶解潜热、溶解质量与分散相边界处的温度梯度的关系建立的方程决定.通过颗粒和流体间相互的作用力和力矩及边界条件的施加实现相间耦合.分别模拟了颗粒在等温流体、热流体、冷流体及颗粒溶解四种情况下的沉降过程.结果表明,在一定雷诺数内,热对流产生的颗粒尾迹处涡的脱落以及溶解引起的颗粒表面形态的变化引起了颗粒的横向摆动,并使颗粒沉降速度发生了变化. 关键词： 溶解 热对流 颗粒两相流 直接数值模拟     

Entropy generation analysis for peristaltically driven flow of hybrid nanofluid

Present study investigates entropy generation analysis for peristaltic motion of hybrid nanofluid. Hybrid nanofluid is composed of iron-oxide and copper nanoparticles suspended in water. Effects of Hall current, Ohmic heating and mixed convection are taken into account. Governing equations are simplified by utilizing lubrication approach. The numerical solutions for resulting system of differential equations are obtained with the aid of Shooting method. Attention has been given to the analysis of hybrid nanoparticles, Hall parameter and Grashoff number on entropy generation, heat transfer rate, velocity profile and pressure gradient. Outcomes reveal that insertion of nanoparticles decreases the temperature of hybrid nanofluid. It is found that increase in Hall parameter reduces the heat transfer rate at wall. Increment in Hall parameter reduces the entropy generation. Velocity and pressure gradient increases by enhancing Grashoff number. It is believed that the present flow model can prove useful in improving the efficiency of similar thermodynamical systems.     

流体低速绕流振动圆柱对流换热数值研究

运用Fluent的动态网格技术,对空气低速绕流振动圆柱的对流换热进行了研究,分析了流动和振动参数对换热的影响。数值计算表明,在本文计算范围内,壁面振动可使换热强化,最大可强化9倍,换热的强化随振幅和频率的增大而增大。场协同分析表明,圆柱振动强化换热的原因在于速度场和温度梯度场之间的协同程度得到了改善。     

双颗粒在溶解条件下沉降的多相流动特性

对牛顿流体内溶解双颗粒在垂直管道中的沉降运动进行了直接数值模拟. 流体运动由守恒方程计算, 密度和黏性的变化考虑流场温度变化的影响, 通过积分粘性应力和压力获得颗粒的受力跟踪颗粒运动, 溶解引起的相变及其形状的变化由溶解潜热、溶解质量与分散相边界处的温度梯度的关系建立的方程决定. 通过颗粒和流体间相互的作用力和力矩及边界条件的施加实现相间耦合. 对双颗粒在等温流体无溶解条件和非等温流体溶解条件下的沉降过程进行了计算. 结果表明, 在一定雷诺数内, 热对流产生的颗粒尾迹处涡的脱落以及溶解引起的颗粒质量、颗粒表面形态的变化引起了颗粒的横向摆动, 并使颗粒沉降速度发生了变化.     

磁热场协同作用下的传热传质强化

通过三维非稳态动量和能量方程的模拟,对圆管通道内空气的磁热风作用机理进行了分析。得出了无量纲长径比为 20、30、62和100,带电线圈和管道的直径比从2到200时磁场密度的梯度的影响规律。磁场与温度场的协同作用改变了速度和温度边界层的分布,存在最优条件下的强化传热、传质效果。     

Modelling of ions for seeding technique to electrify the atmosphere

There are number of ways in which weak electrification can affect the microphysics of clouds, with consequences for cloud lifetime, radiative properties, and precipitation efficiency. Kauffman [2011] suggested ions produced by direct current generators will add to and enhance the catalysing effects that cosmic ray ions are now known to produce in among other things, lowering nucleation barriers, stimulating charged particle growth and stability and increasing the scavenging rate in clouds. Thus to electrify the atmosphere ions can be generated artificially in abundance along with large electric field.Ions can be generated by the corona effect using Atmospheric electrifiers (a device used to generate negative ions) which makes use of corona discharge phenomenon to charge the air particles. Exact assessment of electric field and charge density distributions and the flow dynamics inside the electrifiers is essential to understand the particle behaviour inside the electrifiers.In this paper, a novel model of governing equations to evaluate the space charge density, electric field intensity and velocity of ionized airflow is suggested as a function of applied voltage. The Poisson and charge conservation equations are derived and hence can be used to estimate the electric field and charge density distributions. Navier stokes equation can be used to get the velocity of ionized airflow because of electric force on the air. Simulation is carried out to validate the proposed model and verify that velocity is function of input voltage and is proportional to it.     

非牛顿流体沿竖直平板自然对流传热的计算研究

非牛顿幂次流体沿竖直平板层流自然对流为非线性两点边值问题,其速度场与温度场需耦合求解。采用几种数值方法对该问题进行了计算,研究了各种普朗特数(Pr)及不同幂次流体对沿壁面平均努赛尔数(Nu)的影响变化,并与有关文献的结果进行了对比分析。     

绕汽柱热毛细对流的数值模拟

本文建立了一个在常重力及微重力情况下绕汽柱热毛细对流的数学模型,并采用有限差分法来积分非稳态动量方程和能量方程,得到了不同参数下热毛细对流的数值解．通过数值模拟,得到了不同参数下热毛细对流的速度矢量场,了解了有关无量纲参数对热毛细对流的影响规律．得出结论：热毛细对流不仅在微重力条件下存在,即使在重力场中,在特定情况下也是不能忽略的。     

Convective flow past a vertical plate under the influence of magnetic field and thermal radiation subjected to a variable surface temperature in the presence of heat source/sink

In the present analysis, a numerical study is performed to examine the heat transfer characteristics of a convective flow over a vertical plate under the combined effects of magnetic field and thermal radiation in the presence of heat source/sink. The surface of the plate is subjected to a variable surface temperature. The boundary layer equations governing the flow are reduced to non-dimensional equations valid in the free convection regime using the suitable non-dimensional parameters. The dimensionless governing equations are solved by an implicit finite difference method of Crank—Nicolson type which is fast convergent, more accurate and unconditionally stable. Numerical results are obtained and presented for velocity, temperature, local and average wall shear stress, local and average Nusselt number in air. The present results are compared with the results available in the literature and are found to be in an excellent agreement.     

Axisymmetric convection flow of fractional Maxwell fluid past a vertical cylinder with velocity slip and temperature jump

A novel finite volume method is developed to investigate the axisymmetric convection flow and heat transfer of fractional viscoelastic fluid past a vertical cylinder. Fractional cylindrical governing equations are formulated by fractional Maxwell model and generalized Fourier's law. The velocity slip and temperature jump boundary conditions are considered across the fluid-solid interface. Numerical results are validated by exact solutions of special case with source terms. The effects of fractional derivative parameter and boundary condition parameters on flow and heat transfer characteristics are discussed. The viscoelastic fluid performs evident shear thickening property in the fractional Maxwell constitutive relation. Moreover, the boundary condition parameters have remarkable influence on velocity and temperature distributions.