摆动行波的时空结构

基于流体力学方程组,对长高比Γ=30腔体内混合流体对流中摆动行波的时空结构进行了数值模拟。结果发现:当分离比Ψ=-0.6,-0.4时,在摆动行波存在的下临界附近,摆动行波的对流滚动有消失也有产生,对流平均波数在周期内变化;在摆动行波存在的上临界附近,摆动行波的对流滚动既无消失也无产生,对流平均波数保持为常数。随着相对瑞利数r的增加,对流滚动的摆动幅度和摆动周期明显减小。当分离比Ψ=-0.6时,摆动行波是准周期的;当分离比Ψ=-0.4时,摆动行波是周期的;当分离比Ψ=-0.2时,在摆动行波存在的下临界附近,观察到了一种沿着行波的对称轴线两侧发生对称的摆动行波的新型对流结构。在摆动行波存在的上临界附近,摆动行波是无周期的。随着分离比负值减小,摆动行波存在的上、下限下移,摆动行波存在的稳定区间Δr减小。     

大长高比腔体中的摆动行波

通过数值求解流体力学方程组,探讨了大长高比Γ(28)20的腔体中的摆动行波。研究结果表明:对于较小的相对瑞利数r,两端壁处有滚动产生且摆动行波消失,波长在空间上变化较大;对于较大的r,两端壁处不再有滚动产生且摆动行波消失,平均波数不再随着时间变化;随着r的增大,摆动幅度减小,摆动周期变小;随着长高比Γ的增加,摆动行波存在的范围增大;相同相对瑞利数情况下,长高比Γ较大的腔体,摆动行波存在的周期较大。     

小长高比腔体内的摆动行波

通过流体力学基本方程组的数值模拟,探讨了具有Soret效应(分离比ψ=?0.47)和小长高比(Γ=8)腔体中混合流体摆动行波对流的动力学特性。研究表明:在相对瑞利数r3.467时系统出现了行波状态;在r=3.647～6.227的范围内,发现了摆动行波对流;且对流振幅随着时间的变化存在两种不同特性,其摆动周期随瑞利数r增大而减小,对流振幅和努塞尔数随瑞利数r增大而增加;当r增大到r=6.228时,摆动行波过渡到定常对流状态。因此,在行波对流向定常对流过渡的过程中存在摆动行波对流.     

具有强SORET效应的混合流体 Undulation行进波对流斑图

本文通过流体力学基本方程组的数值模拟,探讨了具有强Soret效应（分离比ψ=-0．6）的混合流体Undulation行进波对流斑图的动力学特性。在相对瑞利数r〈6．436时,首次发现一种没有源缺陷的左右相对传播的CPW（Counter propagating waves）状态向行进波状态的过渡形式。在r=6．436—10.8的范围内,发现了两种不同结构的Undulation行进波对流斑图。当6．436〈r〈10时,出现了腔体内的平均波数在时间上变化且局部波数或当地波数在空间和时间上连续变化的Undulation行进波对流斑图。当r=10—10．8时,出现了腔体内的平均波数在时间上保持为常数而局部波数或当地波数在空间和时间上连续变化的Undulation行进波斑图。在两种状态下,Undulation行进波的摆动周期随瑞利数r增大而减小,它的对流振幅和Nusselt数随瑞利数r增大而增加。在Undulation行进波斑图形成以前,存在以中心为对称的Undulation行进波斑图,它的存活时间依赖于r。当r增加到11．0时,Undulation行进波过渡到定常对流状态。     

三种不同对流结构的行波斑图

利用二维数值分析,探讨了长高比Γ=20、分离比ψ=-0.4的三种行波对流斑图。结果表明:在r?(1.67,2.0]范围内出现了具有两个间歇性缺陷的行波斑图,第一缺陷和第二缺陷发生的位置固定;第一缺陷的出现周期随着相对瑞利数r的增加而增加。当相对瑞利数r较小时,第二缺陷的出现周期不确定;当相对瑞利数r较大时,第二缺陷的出现周期随着相对瑞利数r的增加而增加。在r?(2.0,2.59]范围内出现了具有一个间歇性缺陷的行波斑图,缺陷发生的位置不固定;缺陷的出现周期随着相对瑞利数r的增加而增加。在r?(2.59,4.6]范围内出现无缺陷的行波斑图,这说明随着相对瑞利数r的增加,行波对流结构变得简单化;同时发现不同的行波对流结构有不同的对流振幅变化过程。     

局部行波对流的时空结构

通过流体力学方程的数值模拟,研究了矩形腔体长高比Γ(28)20和混合流体分离比ψ(28)-0.4的无缺陷的局部行波对流和有缺陷的局部行波对流的特性。结果表明:局部行波可以存在于腔体左端壁附近,也可以存在于右端壁附近,但传播方向始终在背离端壁面的方向,对流存在区间长度随着相对瑞利数r的增加而增加;沿着对流分叉曲线增加r,当r超过临界值后,系统从无缺陷的局部行波过渡到有缺陷的局部行波状态;对于流体参数,无缺陷的局部行波存在于r∈[1.519,1.600],有缺陷的局部行波存在于r∈(1.600,1.670];有缺陷的局部行波中对流区间长度随着r增加基本保持为常数;缺陷出现在腔体中的相对位置基本不变,距背离传播方向的端壁5.8左右,缺陷出现的周期随着r增加呈增加趋势,腔体的长高比足够大是出现有缺陷的局部行波的一个必要条件。     

瑞利数对行波对流缺陷特性的影响

通过流体力学方程的数值模拟,研究了瑞利数对分离比ψ=-0.6的混合流体行波对流缺陷结构的影响。结果表明:对于给定的相对瑞利数r,缺陷的出现是间歇性的,缺陷出现的位置固定,缺陷出现的周期保持为常数;对于不同的r,缺陷形成时滚动的分裂是不对称的,可以在原滚动的上方也可以在原滚动的下方形成一个新的滚动,从而形成缺陷,缺陷出现的位置基本稳定在腔体的中部,缺陷出现周期随着r的增加而增加;在具有缺陷的行波存在的下限附近,缺陷出现周期减小得较快;在具有缺陷的行波存在的上限附近,缺陷出现周期增加得较快。有缺陷和无缺陷的行波的对流垂直流速最大值δwmax都随着时间在周期变化,但规律是不同的。具有缺陷的行波中,垂直流速最大值δwmax的周期代表缺陷出现的周期;在无缺陷的行波中,垂直流速最大值δwmax的周期代表行波的周期。     

具有水平流动的Rayleigh-Bénard对流进口段特性分析

采用SIMPLE算法对二维流体力学基本方程组进行了数值模拟,对普朗特数Pr=0.0272的具有水平流动的Rayleigh-Bénard对流进口段特性进行了研究。结果表明,在某些流体参数下具有水平流动的Rayleigh-Bénard对流由进口段和行波对流段组成,进口段长度取决于雷诺数和相对瑞利数。对于雷诺数Re=150的情况,当相对瑞利数r≤4时腔体内是水平流动;当r≥12时腔体内是行波对流;在40随着雷诺数变化的表达式。进口段长度随相对瑞利数的增大而减小,随着雷诺数的增大而增大。行波对流区的对流波数随着雷诺数的增大而减小。     

极小长高比腔体内混合流体Undulation行波对流

通过二维流体力学基本方程组模拟了具有较强Soret效应(分离比ψ=-0.47)的混合流体在极小长高比(Γ=4)腔体内的Rayleigh-Benard对流运动.研究了极小长高比行波对流的动力学特性,得到了稳定的Undulation行波存在的r值范围,给出了稳定后的Undulation行波摆动周期Tp的变化规律,分析了极小长高比行波对流的r依赖性及稳定性.首次发现极小长高比Γ=4时,与长高比Γ=12和Γ=8时相比,在腔体两端的滚动生成和消失的现象不再出现.讨论了长高比对Undulation行波向行波过渡的影响.     

混合流体对流中行波斑图的三重稳定性

本文利用Simple算法对流体力学基本方程组进行了数值模拟,探讨了矩形腔体混合流体中对流行波斑图的多重稳定性问题.当分离比Ψ=-0.4,r=1.8时,首次发现存在三种不同的依赖于初值的稳定对流斑图,即缺陷源摆动的对传波,向左传播的有缺陷行波和向右传播的有缺陷行波的三重稳定性.两种有缺陷的行波传播方向不同,但缺陷出现周期及最大振幅随着时间的变化规律一致;缺陷源摆动的对传波与有缺陷的行波的斑图不同,最大振幅随着时间的变化规律差别较大.结果说明在本文参数情况下混合流体对流行波斑图存在三重稳定性或者初值依赖性.     

长矩形截面腔体内具有缺陷的对传行波斑图

在长高比Γ=40、分离比Ψ=-0.6情况下,通过流体力学基本方程组的数值模拟,得到了一种新的有趣斑图,即单侧缺陷摆动对传行波.通过分析单侧缺陷摆动对传行波各物理场随时间变化的等值线图、波形图,讨论了其形成过程及时空动力学特性.进一步对比不同相对瑞利数下的单侧缺陷摆动对传行波,探讨了缺陷数、缺陷周期以及缺陷方向等缺陷特征对相对瑞利数的依赖性.     

缺陷源摆动的对传波

基于流体力学方程组,对长高比Γ=30腔体内混合流体对流中缺陷源摆动的对传波的特性进行了数值模拟.结果发现,当分离比Ψ=-0.6时,缺陷源摆动的对传波的缺陷源由两个对流圈同时被拉长同时被分裂后形成.对传波的存在区间为Dr=0.198,对传波的摆动周期较小并且基本都稳定在T_o=4.8.对传波的摆动幅度较小并且几乎不随着相对瑞利数r变化.当Ψ=-0.2时,对传波的缺陷源下方対流圈轴线与缺陷源移动方向保持一致,没有对传波分支产生.对传波的缺陷源上方存在多个与缺陷源移动方向几乎垂直的対流圈的轴线,存在对传波分支,在对传波分支上出现间歇性的缺陷.从而形成具有单侧缺陷的缺陷源摆动的对传波.对传波的存在区间为Dr=0.16.对传波的摆动周期为To=65.9-85并且随着相对瑞利数的增加而增加.对传波的摆动幅度较大,并且随着相对瑞利数的增加而减小.     

水平流动对周期加热的Rayleigh-Bénard对流的影响

采用二维流体力学基本方程组对普朗特数Pr=0.0272的具有水平流动周期性加热的Rayleigh-Bénard对流特性进行数值模拟.结果说明,当相对瑞利数给定时,对流斑图的形成取决于水平流动强度.由对流斑图随着时间的变化确定了对流周期.随着相对瑞利数的减小,对流周期适应的水平流动强度减小,并且水平流动强度的存在范围减小.随着相对瑞利数的增加,对流周期变小.随着水平流动强度的增加,对流周期变小,并且对流周期变化的梯度变小.随着水平流动强度的增加,两个局部行波对流区的范围减小,水平流动区间增加.然后,随着水平流动强度的进一步增加,第一对流区先消失.当水平流动强度足够大时第二对流区也消失.腔体内形成水平流动.随着相对瑞利数的增大,第一对流区和第二对流区消失的临界水平流动强度也增大.     

具有间歇性缺陷的混合流体行进波对流斑图

本文通过流体力学基本方程组的数值模拟,探讨了具有中等Soret效应的混合流体行进波斑图的动力学特性.当分离比Ψ=-0.3时,首次发现一种没有源缺陷的左右相对传播的CPW(Counter propagating waves)状态向行进波状态的过渡形式,并且在r=1.50-1.60的范围内,行进波对流斑图中存在着间歇性缺陷结构.这种缺陷出现的周期随瑞利数r增大而增加.在缺陷出现的周期内,对流振幅也以行进波的周期在周期的变化,对流振幅的振动次数或行进波的周围数也随相对瑞利数r增大而增加.当r增加到1.65时,行进波对流斑图中的缺陷结构消失.由于缺陷引起的对流振幅的周期性变化也随之消失,而以行进波的周期在整个时间段上周期的振动.     

连续和重复频率激光对旋转壳体加热效率比较的数值模拟

基于有效利用激光能量的目的,开展了连续和重复频率激光对旋转壳体加热效率的比较研究。在一定条件下,重复频率激光要比连续激光的加热效率高,而且加热效率与重复频率、占空比等有关。数值计算结果表明:以平均功率密度相同为前提,在频率相同条件下,占空比减小,温度上升加快,即加热效率随占空比的减小而增大;在相同占空比条件下,重复频率越低,温度周期变化越明显,振荡峰值越大;当占空比较小时,随着辐照时间增加,重复频率对加热效率影响减小。     

混合流体局部行波对流斑图选择的初值依赖性

利用Simple算法对流体力学基本方程组进行了数值模拟,初步研究了局部行波对流斑图选择的初值依赖性问题。分离比ψ-(28)6.0、相对瑞利数r(28)2.1时依赖于初值的有间歇性缺陷的行波,位于腔体右端的局部行波和位于腔体左端的局部行波的多重稳定性;分离比ψ(28)-0.6、相对瑞利数r在1.855~2.118范围内依赖于初值的位于腔体右端的局部行波和位于腔体左端的局部行波的多重稳定性等。虽然在不同初值下,局部行波存在的区间有所不同,局部行波的空间位置有所不同,但局部行波的特性参数变化规律基本一致。结果说明混合流体局部行波对流斑图选择的初值依赖性是存在的。     

气膜孔径向角角度对冷却效率的影响

为了探讨在不同径向角下动量比和湍流度对圆柱形气膜孔流动和换热的影响规律,采用数值模拟方法,研究了涡轮叶片的冷却效率.结果表明:随着动量比的增大,二次流出口处高温区域逐渐偏离气膜孔出口叶片的下游区域,气膜孔出口二次流的影响范围变大;二次流径向角β越大,其自气膜孔出口流出后在叶片表面的轨迹偏斜程度就越大;在湍流度保持不变的情况下,随着动量比增加,冷却效率随着x/d值的增加在总体上呈现逐渐减小的趋势;随着湍流度的增大,冷却效率先增加后减小;在动量比I≤2时,冷却效率随着湍流的增大而减小;随着径向角的增大(0°～45°范围内),冷却效率逐渐降低.     

混合流体对流中具有间歇性缺陷的缺陷源摆动的对传波

通过数值模拟,研究了长高比Γ_x=40和分离比ψ-=2.0时有间歇性缺陷的缺陷源摆动的对传波。研究表明:对于给定的相对瑞利数r,在缺陷源摆动的对传波中,缺陷源做"S"型曲线摆动,缺陷源两侧行波分支上存在间歇性缺陷,行波分支上的缺陷数量不固定;随相对瑞利数r增加,缺陷源沿腔体水平方向的摆动振幅不断减小,缺陷源两侧行波分支上的缺陷数量呈减少局势,缺陷源初始摆动方向由向左变为向右;垂直流速最大值δw_(max)和下壁面努塞尔数Nu-1是相对瑞利数r的函数,并给出了它们随着相对瑞利数r的变化关系式。     

润滑状态下球-盘点接触摩擦副的低速轻载滑滚特性研究

选用镀Cr膜的玻璃盘和GCr15球作为摩擦副,在NGY-6纳米润滑膜测量仪上开展球-盘点接触摩擦副在润滑状态下的低速轻载滑滚特性试验,研究不同接触应力、钢球转速、滑滚比等参数对摩擦副的摩擦系数及对应油膜厚度的影响规律.结果表明:当接触应力和钢球转速一定时,摩擦系数随滑滚比的增大逐渐增加后达到稳定状态,当滑滚比较大时,滑滚比的变化对油膜厚度几乎没有影响;当滑滚比一定时,摩擦系数随接触应力的增大逐渐增大,随钢球转速的增大逐渐减小,油膜厚度随接触应力的增大逐渐减小,随钢球转速的增大逐渐增大.摩擦副在弹流润滑状态下,摩擦系数的增加幅度随接触应力的变化较小,而在薄膜润滑状态下,其增加幅度变大.摩擦副在薄膜润滑状态下,当滑滚比在0.10~0.50变化时,摩擦系数和油膜厚度基本处于稳定状态.     

一种升浮一体环形浮空器气动特性研究

选取填充轻质气体的环形浮空器为研究对象,采用数值模拟方法开展高空风力发电机用浮空器气动特性研究．采用有限体积法求解不可压N-S方程和S-A湍流模型来数值模拟风力机气流场,分别对翼型,安装角,长细比,雷诺数及风力机等因素对引入浮力后浮空器气动特性影响进行研究,对比分析引入浮力后布局外形气动力特性随各外形特征参数的变化规律．数值结果表明,截面翼型弯度越大,最大升阻比越小,出现位置有一定前移;截面厚度越大,三维效应越强,最大升阻比出现有一定的滞后性;增大安装角,相当于增大攻角,使得升力系数和阻力系数随攻角变化曲线均有一定前移;引入浮力后,最大合升阻比增大,并且存在一个明显前移;长细比越小,浮空器升阻比越大,随着长细比增大,浮空器最大升阻比出现越滞后;一定范围内,雷诺数增大,浮空器动升阻比增大,引入浮力后,基于来流风速变化时,浮空器合升阻比随雷诺数增大先迅速减小然后趋于平缓,但基于浮空器尺寸变化时,合升阻比则随雷诺数增大而增大;风轮转速增大,浮空器阻力增大,升力有一定下降．