微通道内流动沸腾气泡生长特性数值研究

利用FLUENT软件,采用VOF多相流模型对水在矩形微通道内流动沸腾过程中气泡的生长进行了数值模拟,分析了壁面热流密度、入口质量通量和接触角对气泡生长速率的影响,并得到了气泡周围的温度和压力分布。结果表明,壁面热流密度和质量通量的增大导致气泡生长速度的增加,而最小的接触角有最大的气泡生长速度,气泡边界上的温度梯度和压力梯度都较大。     

压力边界条件下微通道内气体流动换热特性研究

本文用直接模拟蒙特卡罗方法对给定进出口压力边界条件下微通道内气体的流动换热特性进行了数值模拟,给 出了壁面与流体的温差对气体沿程压力、温度及数密度分布的影响。计算结果表明,当壁温高于流体温度时,温差仅出现 在通道进出口处,但其发生机理却不同;流体可压缩性与稀薄性均得到增强,沿程压力分布更加非线性。     

双电层交叠时微通道内流动的数值模拟

本文采用有限容积法数值模拟了在电动效应作用下微通道内流体的流动特性。分别采用Poisson方程和Nernst- Planck方程计算电动势和离子浓度分布。结果表明在双电层相互交叠的情况下,微通道内轴向的流动电势先减小后增大,并逐渐趋于定值,从而导致了轴向电动效应不断增强。     

微通道冷却器内流动和传热特性的数值模拟

为满足固体激光器用微通道冷却器的换热要求, 根据冷却器结构分别建立了二维和三维物理模型, 利用计算流体力学方法首先对比研究两者的流动特性, 然后考察雷诺数和玻片生热量对微通道流动和传热特性的影响。结果表明：对于类似大平板间的矩形微通道层流流动区域, 其流动及传热特性可直接采用二维简化模型进行模拟分析;对于重点关注的转捩区, 采用三维模型模拟分析更好;当雷诺数增大到转捩点, 流体的传热效果得到明显增强;随着雷诺数的增大, 玻片生热量对通道内最低压力需求的影响逐渐减小;不同玻片生热量对微通道流动影响不可忽略, 对努赛尔数和通道总压降基本无影响。     

微通道冷却器内流动和传热特性的数值模拟

为满足固体激光器用微通道冷却器的换热要求, 根据冷却器结构分别建立了二维和三维物理模型, 利用计算流体力学方法首先对比研究两者的流动特性, 然后考察雷诺数和玻片生热量对微通道流动和传热特性的影响。结果表明:对于类似大平板间的矩形微通道层流流动区域, 其流动及传热特性可直接采用二维简化模型进行模拟分析;对于重点关注的转捩区, 采用三维模型模拟分析更好;当雷诺数增大到转捩点, 流体的传热效果得到明显增强;随着雷诺数的增大, 玻片生热量对通道内最低压力需求的影响逐渐减小;不同玻片生热量对微通道流动影响不可忽略, 对努赛尔数和通道总压降基本无影响。     

随机粗糙微通道内流动特性研究

采用计算流体动力学的方法, 研究了微通道内气体在速度滑移和随机表面粗糙度耦合作用下的流动特性. 其中, 利用二阶速度滑移边界条件描述气体的边界滑移, 利用分形几何学建立随机粗糙表面. 研究发现, 综合考虑二阶速度滑移边界条件和随机表面粗糙度在较大的平均Knudsen数范围内 (0.025-0.59) 得到的计算结果与实验数据符合得很好, 而一阶速度滑移边界条件只在平均Knudsen数较小时(<0.1)符合实验结果. 随机表面粗糙度对气体在边界处的滑移有显著影响, 相对粗糙度越大, 速度滑移系数越小. 并针对计算结果, 给出了滑移系数与相对粗糙度近似满足的关系. 随机粗糙表面对气体流动过程中的压强、速度、Poiseuille数也有显著影响. 关键词： 随机表面粗糙度 二阶速度滑移边界条件 分形 微通道     

微通道内气体流动的格子Boltzmann方法研究

采用格子Boltzmann方法模拟了微通道在滑移区内不同Knudsen数下的微气体Poiseuille流,分析了微气体流动的速度分布以及流量与压降的关系,并给出了相对滑移长度和Poiseuille数随Knudsen数的变化特性。研究结果表明,微气体Poiseuille流的速度轮廓呈抛物线分布,但是边界速度大于0,出现速...     

通断微通道流动特性的数值模拟研究

微通道换热器以其良好换热能力已被广泛地应用于当前的实验研究中,通过数值模拟的方法对通断微通道内的流动特性进行了研究。重点分析了通道结构对微通道内速度分布、压力分布的影响。结果显示,通断通道的整体压降比连续通道增加了17%,当微通道内的雷诺数>1 500时,微通道内单相流动达到了旺盛湍流,宽高比对压降的影响消失。通断通道结构下的流动转捩雷诺数600～800之间,比常规尺度下的转捩雷诺数低得多(2 300左右)。通过通道数对流动性能的研究发现,增加通道数,有利于降低整体压降并增加流动稳定性。     

对流梯形微通道内气液两相流动的数值研究

采用VOF方法,对梯形微通道内不可压缩气液两相流动进行了数值模拟研究,详细分析了气泡形成过程,以及当量直径、截面形状、液体表面张力和粘度等对气泡液柱形成过程和长度的影响,拟合出微通道气泡液柱长度计算公式。结果表明:气泡液柱的长度受表观气速和表观液速的影响较大;表面张力对气泡尺寸的影响较小,当液体粘度增加为水粘度的10倍时,形成的气泡形状不规则。增大表面张力,形成气泡的时间增加;增大粘度,形成气泡的时间减小。     

光滑矩形微通道液体单相流动和传热的数值研究

采用CFD方法对水在矩形光滑微通道内的流动和传热特性进行了数值模拟.计算结果表明微通道的长径比、当量直径、高宽比和孔隙率都对其流动和传热有着不同程度的影响.在保持长径比大于70而使流动的入口效应可忽略的前提下,分别模拟了当量直径,高宽比和孔隙率对微通道流动和传热的影响,得到了各种工况下的流动和传热规律.     

有限雷诺数情况下微槽道可压缩流动滑移流模型稳定性的数值模似

通过对微槽道一阶滑移流模型稳定性的理论研究，发现在不可压缩流和雷诺数趋于零的情况下，当Knudsen数Kn大于1／9时，会出现不稳定现象．这一理论结论在可压缩流和有限雷诺数情况下是否成立，尚不清楚，采用成熟的计算方法，用数值计算来研究可压缩流和有限雷诺数情况下一阶滑移流模型的稳定性，发现随着雷诺数的减小，不稳定的临界Knudsen数也不断减小，逐渐趋近于在不可压缩流和雷诺数趋于零的情况下得到的理论分析结果。     

矩形微槽道气体流动的速度分布

矩形微槽道的各个流向截面可以局部近似为平面Poiseuille流动,应用信息保存(IP)方法和直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法计算了从连续介质区到自由分子流区的平面Poiseuille流动,利用其结果对Beskok-Karniadadis公式和质量流率动理论因子进行修正和重新拟合,给出在整个稀薄气体流动领域都适用的微槽道气体流动速度分布.     

Development of a new correlation to calculate permeability for flows with high Knudsen number

Flows with high Knudsen number play a prominent role in many engineering applications. The present study is an effort toward the simulation of flow with high Knudsen number using modified lattice Boltzmann method(LBM) through a porous medium in a channel. The effect of collision between molecules and solid walls, which is required to accurately simulate transition flow regime, is taken into account using a modified relaxation time. Slip velocity on the wall, which is another significant difficulty in simulating transition flow regime, is captured using the slip reflection boundary condition(SRBC). The geometry of porous medium is considered as in-line and staggered. The results are in good agreement with previous works. A new correlation is obtained between permeability, Knudsen number and porosity for flows in transition flow regimes.     

气相爆轰波在分叉管中传播现象的数值研究

数值研究气相爆轰波在分叉管中的传播现象.用二阶附加半隐龙格-库塔法和5阶WENO格式求解二维欧拉方程,用基元反应描述爆轰化学反应过程,得到了密度、压力、温度、典型组元质量分数场及数值胞格结构和爆轰波平均速度.结果表明:气相爆轰波在分叉管中传播,分叉口左尖点的稀疏波导致诱导激波后压力、温度急剧下降,诱导激波和化学反应区分离,爆轰波衰减为爆燃波(即爆轰熄灭).分离后的诱导激波在垂直支管右壁面反射,并导致二次起爆.畸变的诱导激波在水平和垂直支管中均发生马赫反射.分叉口上游均匀胞格区和分叉口附近大胞格区的边界不是直线,其起点通常位于分叉口左尖点上游或恰在左尖点.水平支管中马赫反射三波点迹线始于右尖点下游.分叉口左尖点附近的流场中出现了复杂的旋涡结构、未反应区及激波与旋涡作用.旋涡加速了未反应区的化学反应速率.反射激波与旋涡作用并使旋涡破碎.反射激波与未反应区作用,加速其反应消耗,并形成一个内嵌的射流.数值计算得到的波系演变和胞格结构与实验定性一致.     

Numerical Study of Unsteady MHD Flow and Entropy Generation in a Rotating Permeable Channel with Slip and Hall Effects

This article investigates an unbiased analysis for the unsteady two-dimensional laminar flow of an incompressible, electrically and thermally conducting fluid across the space separated by two infinite rotating permeable walls.The influence of entropy generation, Hall and slip effects are considered within the flow analysis. The problem is modeled based on valid physical arguments and the unsteady system of dimensionless PDEs (partial differential equations) are solved with the help of Finite Difference Scheme. In the presence of pertinent parameters, the precise movement of the flow in terms of velocity, temperature, entropy generation rate, and Bejan numbers are presented graphically, which are parabolic in nature. Streamline profiles are also presented, which exemplify the accurate movement of the flow. The current study is one of the infrequent contributions to the existing literature as previous studies have not attempted to solve the system of high order non-linear PDEs for the unsteady flow with entropy generation and Hall effects in a permeable rotating channel. It is expected that the current analysis would provide a platform for solving the system of nonlinear PDEs of the other unexplored models that are associated to the two-dimensional unsteady flow in a rotating channel.     

摄动有限体积算法及其在两相流中应用

采用一种全新的摄动有限体积(PFV)算法和水平集(Level Set)技术对液液两相系统中液滴坠落进行数值模拟,数值结果表明,PFV新算法具有节点少、精度高,效率高,编程方便等优点,能成功模拟液液两相流动,为两相流动数值模拟提供了一种新的途径.     

强声波作用下烟气中滑移单颗粒煤粉传热传质特性

根据二维轴对称、非稳态,层流的质量、动量和能量守恒方程,研究强声波作用下烟气中滑移单颗粒煤粉的传热传质特性,颗粒与烟气之间有稳定的滑移速度.分析声压级范围为150 dB~170 dB,可听声频率范围内,及在声质点速度与滑移速度的不同速率比情况下,颗粒局部努赛尔数、表面平均努赛尔数以及时间-空间平均努赛尔数的分布规律.在可听声频率范围内,存在极值频率,此时煤颗粒表面的传热传质效果最佳.为强声波应用于电站锅炉中、强化煤颗粒燃烧提供理论基础.     

Analytic Solution for Diffusional Filtration across Granular Beds in Low Knudsen Number Regime

The collection efficiency of aerosols in the low Knudsen number region was studied using a system of multiple spheres. Kuwabara's free vorticity model was expanded to include the effects of gas slip at the collector surface, with the collection efficiency due to diffusion obtained analytically and compared with existing experimental results. The results showed that the diffusional collection efficiency increases as the Knudsen number increases due to gas slippage at the collector surface. The obtained analytical solution converged to the existing collection efficiency of a solid sphere system with a Knudsen number of zero, and that of a bubble with an infinite Knudsen number. The comparison of the experimental results with analytic solution in this study shows that the trends agree well. Therefore, this study is a subsequent expansion of the collection efficiency in the finite Knudsen number region, and can be used for a broad range of collector sizes, pressures and temperatures.     

Numerical simulation of LBGK model for high Reynolds number flow

A principle of selecting relaxation parameter was proposed to observe the limit computational capability of the incompressible LBGK models developed by Guo ZL (Guo model) and He SY (He model) for high Reynolds number flow. To the two-dimensional driven cavity flow problem, the highest Reynolds numbers covered by Guo and He models are in the range 58000－52900 and 28000－29000, respectively, at 0.3 Mach number and 1/256 lattice space. The simulation results also show that the Guo model has stronger robustness due to its higher accuracy.     

向心透平级叶轮内三维复杂流动的数值研究

对向心透平叶轮内部复杂流动在级环境下进行了全三维黏性数值模拟,结合拓扑学原理分析了设计工况和非设计工况下其内流动分离及各种涡系发展的演变过程,初步建立了向心透平叶轮内的旋涡模型,阐述了流动损失的形成机理。研究表明:向心透平叶轮内部涡系与轴流式透平存在较大差别,且流动分离及涡系主要集中在吸力面侧;设计工况下向心透平叶轮内的主要旋涡包括马蹄涡、通道涡及泄漏涡,其主要表现为通道涡与泄漏涡相互影响和掺混,是主要损失的形成原因;非设计工况下,主流在叶轮叶片前缘处发生大范围的分离及回流,造成了较大的能量损失,但二次流损失所占比例较小。