Bingham流体在旋转圆盘上流动的数值解

导出了描述Ｂｉｎｇｈａｍ流体在旋转圆盘上流动的基本方程，用差分方法数值解薄膜厚度分布方程，得到二种类型的厚度分布。数值解分别和计算机磁盘的厚度分布，Ｊｅｎｅｋｈｅ等的实验结果定性一致。     

高速转动圆盘流动数值模拟研究

重点研究高速离心压气机叶轮与机匣间的间隙流动及其温度分布。研究将离心压气机简化为高速转动圆盘,搭建了相关实验平台,并开展了相应的数值模拟研究。通过改变转动圆盘的转速和轴向进入的冷却流的流量,研究了转速和流量对于间隙内温度和速度分布的影响。结果显示,转速是影响温度变化的最主要因素,转速越大,温度越高;同等幅度的流量变化对温度的影响则较小。研究发现,在实验和模拟对应的大雷诺数条件下,无量纲的速度分布基本不受到圆盘转速、冷却流量和温度场的影响。     

幂律流体在旋转圆盘上的流动

早在五十年代末六十年代初由于彩色电视显象管的荧光屏采用旋转甩涂法,美国的一些流体力学工作者研究了这一问题。最早研究这一问题的是文献[1]的作者,他们考虑了牛顿流体在旋转圆盘上的流动。实际的甩涂材料都是非牛顿流体。文献[2]的作者研究了幂律流体在旋转圆盘上的流动,指出 ...     

粘弹性流体在旋转圆盘上的流动

利用线性Maxwell模型,研究了粘弹性流体在旋转圆盘上的流动．并应用摄动法：求得涂层厚度的近似解析解．发现增加涂料的弹性,有助于甩涂．     

Casson流体在旋转圆盘上的流动

本文研究Casson流体在旋转圆盘上的涂层流动特性,得到基本流动的速度分布,并且用Runge-Kutta法进行数值计算,得到薄膜厚度随时间和流态参数的变化规律,还用能量法检验了流动稳定性。     

触变性流体在旋转圆盘上的流动

采用甩涂过程的基本方程，导得触变性流体在旋转圆盘上流动的速度分布．并利用特征线法，得到薄膜厚度的方程．对其定性分析表明，流体的重建系数越小和破坏系数越大，将加快甩涂过程．     

旋转方形截面螺旋管内流动与传热特性

利用数值计算方法研究了旋转矩形截面螺旋管内的粘性流动，分析了在离心力，科氏力共同作用下曲线管道中的二次流动结构、轴向流速分布、截面温度分布、摩擦系数比以及管道Nusselt数比随各参数的变化情况。计算结果表明：当旋转方向和主流方向相同时，旋转的作用与增大Dean数的作用相同，使得管道摩擦系数变大，管道换热效果增强，而当旋转方向和主流方向相反时，管道内流动结构变化十分明显，当F≈-1．2时(F为科氏力与离心力之比)，二次流出现类似于直扭管内的鞍状流动结构，轴向速度类似于静止直管内的流动结构，管道内的摩擦系数与静止直管内的摩擦系数大约相等，换热效果减至最弱；挠率对流动结构以及摩擦系数比和Nusselt系数比的影响效果与F有关。     

旋转圆盘中的多裂纹问题

一、引言 因为各种发动机转盘中经常遇到裂纹问题,所以圆形域的裂纹问题得到国内外研究者的重视。在文[4]中,Isida用边界配置法计算了旋转圆盘中的单裂纹问题,显然这种解法无法用于多裂纹情况。在文[5,6]中,Yarema提出了以位移间断值沿裂纹方向的导数为未知函数的Fredholm积分方程方法,并用级数方法求解。不难看出,Yarema文中的推导和计算是很复杂的。在文[3,8-10]中,汤任基、蒋柱中和Rooke等提出了径向裂纹和径向裂纹系的解法。不过,这些解法对于非径向裂纹是不适用的。最近,张相周提供了圆盘裂纹问题的一种求解方法。     

湍流冲击射流流动与传热的数值研究进展

湍流冲击射流由于其冲击表面时具有很高的局部传热率和冲击力,被广泛应用于如表面的加热、电子元件的冷却、纸张的干燥和材料的切割等工程应用和工业过程中.由于其流动的复杂性,也常被作为一种理想的测试实例来评价湍流模型的性能.此外,湍升力射流与地面之间的空气动力作用对V/STOL (垂直或短距离起落)飞机的性能具有很大的影响.长期以来,人们从理论分析、实验测量和数值模拟方面对冲击射流进行了广泛而系统的研究,积累了丰富的资料.本文在分析了湍流冲击射流的数值研究现状的基础上,对近年来有关湍流冲击射流流动与传热的数值研究方面的文献有选择地进行了综述,重点评述了不同湍流模型对冲击射流流动与传热的预测能力,讨论了存在的问题并对该领域今后的研究方向进行了展望.      

井内流动与传热的三维耦合数值模型

钻井过程中,井内的压力、流场及温度分布是钻井作业必需的重要参数。本文提出了一个描述井内流动和传热的三维数学模型,用SIMPLER方法获得了该数学模型的数值解。该数值模型考虑了温度、压力对钻井液的流变性、密度以及各种介质的热物理参数的影响。现场试验数据与数值模拟结果的对比表明：本文提出的数学模型及采用的数值计算方法是可行的。     

纳米流体在伸/缩楔体上的MHD流动数值研究

对纳米流体在伸/缩楔体上的磁流体(MHD)流动进行了数值研究。首先,通过相似变换将控制偏微分方程转化为非线性常微分方程组;然后,利用Matlab软件,借助打靶法,结合四阶五常龙格库塔迭代方案进行数值求解;最后,详细讨论了各控制参数对无量纲速度、温度、浓度、表面摩擦系数、局部Nusselt数和局部Sherwood数的影响。结果表明,楔体在拉伸情况下只有唯一解,理论上不会出现边界层分离;而在一定收缩强度范围内存在双解,边界层流动在壁面处可能会出现边界层分离,壁面抽吸会使边界层分离推迟;楔体在拉伸情况下,磁场参数对表面摩擦系数的影响较大,对局部Nusselt数和局部Sherwood数的影响较小。     

管内充分发展流动与传热数值模拟的教学方法探讨

由于缺乏数值计算的基础理论知识,工科本科生在学习流体流动与传热过程的数值模拟方法并进行程序设计时,往往觉得难度较大。本文围绕圆管内不可压缩流体充分发展流动与传热,采用边界层积分法,推导出无量纲控制方程组;针对层流工况和湍流工况,开发出相应的数值方法。基于该方法的程序代码易于理解,且计算结果表明该方法具有预测精度高、收敛速度快的优点。本文的工作可以为计算流体力学、数值传热学及热工计算等系列课程的本科教学提供参考。

     

自由液压流体流动问题的数值分析研究

对国内外具有自由液面的流体流动问题研究的数值求解方法进行了较为全面的评述。文中首先讨论了自由液面流体流动问题的数值求解方法，包括差分法、有限元法和边界元法等，然后说明了自由液面的跟踪和网格更新等问题。     

旋转圆盘空蚀试验中的硅材料破坏过程研究

利用自制旋转圆盘空蚀试验装置,以流动自来水为介质,对磨片、化抛片、抛光片和刻蚀片等4种硅片进行连续8 h试验以及对磨片进行连续14 h跟踪观察试验,研究硅材料的微观破坏过程,并利用扫描电子显微镜、触针式表面形貌仪和原子力显微镜对其表面微观形貌进行分析.结果表明:经连续8 h空蚀试验后,磨片原始表面的片状层基本消失,表面破坏程度最严重,化抛片次之,其表面尖锐的边缘发生了钝化,抛光片和刻蚀片的表面变化不大;化抛片的表面粗糙度Ra值由227.79 nm降至173.31 nm,抛光片的Ra值由0.483 nm增加至3.455 nm,磨片在14 h试验后其Ra值由0.3304 μm降至0.1965 μm;一定尺度的表面微观形貌对硅材料产生显著影响.     

MHD控制超声速边界层的理论研究和数值分析

对MHD(mechanisms of magnetohy drodynamics)控制超声速平板湍流边界层的机理进行了理论研究和数值模拟. 理论上,采用等离子体低频近似碰撞频率模型,建立等离子体中电子和离子的力平衡方程,得到等离子体速度、极化电场以及边界层速度. 数值上,通过空间HLLE格式、LU--SGS时间推进求解时均磁流体动力学湍流方程,其中湍流模型采用sst--k\omega双方程模型. 研究结果表明:(1)边界层速度的理论结果和数值结果误差在7%范围内;(2)只有磁场而电场为零时,洛仑兹力起到减小摩阻的作用. 施加电场后,洛仑兹力能够加速边界层低速区流体;(3) 在边界层外层,越靠近壁面,作用参数越小;而在边界层近壁区黏性底层,虽然惯性力减小, 但黏性力却迅速增加,因此越靠近壁面,作用参数反而越大,加速低速流的代价增加.      

带有障碍物溃坝流动问题的有限元数值模拟研究

针对下游带有障碍物的溃坝流动问题,本文基于两相流动模型,在有限元算法框架下对其进行数值模拟研究。依据水平集(Level Set)方法追踪运动界面,并引入了一个简单的修正技术,保证较好的质量守恒性。为了精确表示运动界面,采用稳定和有效的间断有限元方法求解双曲型Level Set及其重新初始化方程。对于两相统一Navier-Stokes方程,首先利用分裂格式对其解耦,然后通过SUPG(Streamline Upwind Petrov Galerkin)方法进行数值求解。模拟研究了下游带有障碍物的牛顿流体溃坝流动问题,得到的数值结果与文献已有模拟结果及实验结果均吻合较好。此外,还考虑了幂律型非牛顿流体,并分析了不同特性非牛顿流体对于溃坝流动过程和界面形态等的影响。     

圆盘结构下旋转爆震波传播特性的实验研究

为研究圆盘结构下旋转爆震波的传播特性,通过改变反应物的质量流率及当量比,在非预混圆盘形旋转爆震模型发动机（rotating denonation engine,RDE）上进行实验研究。结果表明,爆震波在圆盘形RDE上成功起始并能够连续传播,得到了两种传播模态:单波模态和双波模态,在发动机工作过程中发现,集气腔与燃烧室存在相互作用。当反应物质量流率小于159.20 g/s时,旋转爆震波以单波模态稳定传播,爆震波传播频率为4.56~4.62 kHz,越靠近燃烧室外圆,爆震波的压力峰值及传播速度越大;当质量流率大于186.89 m/s时,旋转爆震波以双波模态传播,传播频率为8.59~8.64 kHz。双波传播模态经历四个阶段:起爆阶段的单波段、稳定双波段、不稳定双波段、排气阶段转单波段。当质量流率介于159.20~186.89 g/s之间时,旋转爆震波以单/双波混合模态传播。反应物当量比在1附近时,爆震波的传播过程较稳定,偏离1,爆震波传播不稳定,初始阶段起爆失败或传播过程中存在间断。     

高压旋转射流流动特性的实验研究

测量了叶轮导引高压射流喷嘴在不同叶轮螺旋倾角和喷嘴收缩角下高压水的喷射形状参数,通过分析给陋了此种射流的外边界曲线方程形式及射流扩散角与叶轮螺旋倾角、喷嘴收缩角的关系,最后对射流机理进行了探讨,并给出一种微团轨道模型研究方法。     

分离流动数值模拟的几个问题

介绍了分离流动现象.给出了三维定常粘性流动分离识别准则,研究了分离流动的性态.给出了应用于分离流动的六种模型及有关的控制方程.讨论了求解NS方程的数值方法和数值模拟的前景.特别研究了应用于分离流动的Eulcr方程的数值模拟问题.      

非均匀介质中流动和传热问题的有限分析法

数值求解非均匀介质中的输运问题广泛应用于科学计算和工程领域．介质的强非均匀性给相关问题的准确求解带来极大的困难．近年来,本课题组将有限分析法拓展到该领域,建立了非均匀介质中输运问题的有限分析法．该算法基于网格奇点邻域内类拉普拉斯方程局部解析解构建,算法具有很高的精度,且不依赖于介质的非均匀性强度．不管相邻网格传导率差异如何,仅需对原始网格进行很少地细分就可以获得非常准确的计算结果,因此与其他传统数值算法相比,可以大幅提高计算精度和效率．该算法可广泛应用于求解非均匀多孔介质中的渗流、复合材料中的热传导及电场分布等问题．