壁面效应对剪切稀化流体内气泡上浮特性的影响

数值研究了壁面效应对剪切稀化流体内气泡上浮运动特性的影响,气液两相的界面捕捉采用流体体积(VOF)法,剪切稀化流体流变特性和气液相间表面张力的计算分别采用Carreau模型和连续表面张力模型.详细研究了不同流变指数下,壁面效应对气泡形状、液相流场和气泡终端速度的影响.结果表明,强的壁面效应或弱的剪切稀化程度会限制气泡的变形和尾涡的形成,使气泡的终端速度减小;气泡终端速度最易受壁面效应的影响;强的壁面效应和强的剪切稀化程度会导致高剪切速率区域出现在壁面附近,引起壁面附近液相表观黏度大幅度的下降.     

梢涡流场中气泡轨迹及形态数值模拟

针对气泡在舰船尾迹涡流场运动特性,根据其是否为尾涡所捕获,将数值模拟过程分为两个阶段:准球状运动阶段和非球状运动阶段．分别应用单向耦合质点粒子追踪法（PTM）和边界元法（BEM）模拟这两个阶段,将第1阶段结束的物理量作为第2阶段的初始条件,从而完成整个数值模拟过程．在已有数值研究结果和实验数据基础上,探讨空化发生条件,追踪尾迹空泡运动轨迹,模拟尾迹气泡的运动、变形、溃灭等,以及被尾涡捕获后的撕裂等运动特性,旨在为优化设计尾流场提供参考．     

气泡幕中的声传播及其反演

本文提出了用声学反演法测量气泡幕中气泡尺寸分布参数、气体的体积分数(浓度)以及气幕的有效厚度的方法.根据文献[3]引入的等效入射场的概念插写气泡多次散射相互作用的方法,考虑到气泡尺寸分布,得到了气泡介质的复声传播常数的表达式,并将它应用到气泡幕情况.实验测出气泡幕的反射透射数据,应用最优化方法反演得到气泡幕的上述几个参数,理论与实验符合得较好.     

部分植被化复式河道水流的二维解析解

运用涡粘模型理论对部分植被化复式河道的水流水深平均流速和边壁切应力分布进行了求解.通过对水流微元体进行纵向受力分析建立相应的控制微分方程,其中植被对水流的影响归结为拖曳力项.同时将复式渠道划分为3个子区域,通过联立求解各区域微分方程中的定解系数,最终得到均匀流的条件下各区水深平均流速的横向分布的解析解.在获得水深平均流速的横向分布后,可进一步给出对泥沙输移有重要影响的河床切应力的横向分布.通过与试验测得的资料比较,表明给出的解析解能够为工程设计提供足够精度的水力特性的预报.     

不同功能梯度压电压磁层状介质中共线界面裂纹的动态性能分挝

对不同功能梯度压电压磁层状介质中,共线界面裂纹对简谐应力波作用下的动态问题,进行了分析.经Fourier变换,使问题的求解转换为求解以裂纹面上位移间断为未知量的三重对偶积分方程,三重对偶方程可以采用Schmidt方法来求解,进而分析了功能梯度参数、入射波频率和层状介质厚度对应力、电位移和磁通量强度因子的影响.     

圆柱振荡绕流的三维不稳定性研究

通过数值求解三维不可压缩Navier-Stokes方程,研究了振荡圆柱绕流的旋涡不稳定性.研究表明,在一定的参数范围内,由于旋涡不稳定性,振荡流动由二维演化成三维流动,并沿圆柱轴向形成交错排列的三维涡结构.数值计算合理地预测了三维涡结构的空间失稳波长,并与实验测试值相符很好.文中还进一步研究了圆柱的受力特性,通过求解Morison方程,计算了圆柱的阻力和惯性力特性,其计算结果与已有的实验数据相吻合.     

基于线性涡模型的风洞孔壁干扰特性分析

发展了一种适用于二元翼型试验洞壁干扰特性的评估和修正方法.基于Prandtl-Glauert速度势方程和布置在模型及洞壁表面的线性涡,采用迭代方法计算了风洞孔壁对翼型表面压力分布特性的影响,分析了不同孔壁透气特性参数的影响规律和量值,利用与国外参考结果及风洞试验结果的对比确定了该方法的准确性.结果表明,孔壁对翼型绕流的影响主要反映在上翼面吸力峰和最大厚度位置之间,使压力系数减小,积分后的升力系数降低,且随着孔壁透气特性参数的增大,洞壁干扰由实壁特性向开口特性发展,洞壁干扰、影响量急剧增大.与传统方法相比,该方法计算快速,结果可靠,同时具备试验前评估的能力,可用于亚临界范围内翼型表面压力的快速估算,以及翼型试验的洞壁干扰修正.     

裂纹群应力强度因子分析的广义参数有限元法

利用广义参数有限元法直接求解了裂纹群裂尖应力强度因子.首先根据改进的Williams级数建立典型裂尖奇异区Williams单元,然后通过分块集成形成求解域整体刚度方程,进一步利用Williams级数的待定系数直接确定各裂尖应力强度因子,最后通过算例分析研究了裂纹间距、裂纹与X轴夹角等参数对计算结果的影响.结果表明,该文方法能够有效克服断裂分析的传统有限元法的缺陷,具有更高的计算精度和效率.而且对于含有多条等长共线水平裂纹的无限大板,当相邻裂纹间距与裂纹半长之比大于9时,可忽略裂纹之间的相互影响,按照单裂纹进行计算;对于沿Y轴对称分布的偶数条等长斜裂纹的无限大板,随着裂纹与X轴夹角的增大,KⅠ逐渐减小,KⅡ先增大后减小.     

集中力作用下多铁性板状复合材料的断裂分析

针对多铁性板状复合材料在外表面任一点处存在集中力的界面裂纹问题,建立断裂力学模型.利用Fourier(傅里叶)积分变换和Green(格林)函数推导出该裂纹模型的Cauchy(柯西)奇异积分方程组;通过Chebyshev(切比雪夫)配点法将该方程组离散为对应的代数方程组,进而数值求解裂纹尖端应力强度因子.通过对数值结果的分析可以得到:在外表面集中力作用下,压电层厚度、裂纹长度以及集中力作用位置是影响裂纹尖端应力强度因子的3个主要因素.分析讨论了在该模型下各项参数对应力强度因子的影响规律,可以在工程应用中为此类复合材料的防断裂优化设计提供一定的理论参考.     

高温高压模拟井筒应力分析与评价

模拟井筒是用于模拟油田井下高温高压环境的实验装置，为高温高压厚壁容器.基于热力学及大涡模拟(LES)理论，建立了模拟井筒温度场物理方程.基于热弹性力学理论，建立了热应力物理方程.采用投影法求解温度场控制方程，采用梯形法数值积分求解热应力控制方程，给出了控制方程的离散格式.通过虚拟密度法对流固耦合传热进行求解，根据应力叠加原理对模拟井筒热应力和压应力及其耦合作用进行了数值求解分析.研究结果表明：设计壁厚最小值为0.18 m的模拟井筒，强度能够满足在400℃加热环境、内部加压220 MPa工作参数下进行高温高压实验.通过实验验证了所建立的数学模型与数值求解方法的正确性，为高温高压厚壁容器设计提供了理论依据.     

非牛顿流体中气泡过程的数值模拟

本文通过对有限区域内不同流体介质(如Carreau流体、Maxwell流体)下的淹没喷嘴产生的气泡生长过程的数值模拟,成功地求解了集气泡的非球性、流体流变性的复杂性以及流场本身的复杂于一身的典型流动问题,并探讨了流体的流变性、物性参数、外部条件对气泡过程的影响机理。     

壁面结构对三维可压缩气泡群影响的数值模拟研究

基于流体体积(VOF)法追踪自由液面,研究了壁面结构对三维可压缩气泡群流动的影响.通过在待测壁面上设置不同形状的壁面结构(长方体、椭球体和圆锥体)并改变它们各自的几何参数(位置和长度),来研究壁面结构对壁面附近的气泡群流动的影响,该影响表现为气泡群对壁面的空间平均压力.研究发现,壁面结构对气泡群的拓扑结构的影响会造成壁...     

狭窄流域内气泡破裂现象数值模拟

基于边界积分法建立狭窄流域内气泡破裂数值模型,开发相应的计算程序,分别模拟对称破裂与非对称破裂两类典型工况并与相应实验结果进行对比,计算值与实验值吻合很好,表明三维数值模型的有效性．从狭窄流域内气泡运动的基本现象入手,基于开发的程序系统地研究气泡的对称破裂与非对称破裂,在已有数值研究成果和实验数据基础上,提出气泡破裂的可行性准则,研究分裂后子气泡的动力学特性,并分析距离参数对气泡破裂特性及子气泡动力学行为的影响,总结相应规律,旨在为相关气泡破裂特性研究提供参考．     

热弹性波在偶应力固体界面上的反射和透射

基于广义热弹性无能量耗散的G-N理论,研究了两种不同偶应力固体界面上弹性波的反射和透射.首先,建立偶应力弹性固体中的运动方程和边界条件.然后,根据非传统界面条件推导出弹性波反射和透射的振幅比.最后,用法向能量守恒验证了数值计算结果,根据数值计算结果,讨论了微结构参数和热力学参数对弹性波反射和透射的影响.结果显示,偶应力热弹性固体界面处存在三种体波和一种表面波;微结构参数对所有波的传播都有影响,而热力学参数只对热波的影响显著.     

在柱坐标系下研究由拉伸缸引起的Casson纳米流体流动与传热传质现象

首次利用柱坐标研究速度滑移和对流表面边界条件下,由拉伸缸引起的稳态层流Casson纳米流体流动、传热及传质现象.采用恰当的相似变换将偏微分控制方程转化为高阶非线性耦合常微分方程,并通过打靶法进行数值求解,图示并详细分析了不同物理参数对速度、温度及浓度分布的影响.结果显示,速度受滑移参数的影响较大,温度和浓度分别受Biot数和Lewis数的影响较大;随着Casson参数的增大,速度下降而温度和浓度都增加;温度随着Brown(布朗)运动参数或热泳参数的增加而上升;浓度随着Brown运动参数的增大而减小,随着热泳参数的增大而增大,当热泳参数较大时,浓度出现了"回流"现象.     

温差影响下的局部滑移接触行为的研究

针对不同温度装配件间接触界面的局部滑移问题,建立了三维稳态热弹性局部滑移接触的半解析求解模型.基于热弹性理论与热传导方程,构建了半空间受热流载荷和力载荷作用下的频响函数并建立了相应的影响系数矩阵.借助离散卷积-快速Fourier变换等数学工具,实现了针对高温压头与热弹性半空间局部滑移接触问题的高效求解.接触界面间的热量传递满足Fourier热传导定律,并且黏/滑状态由Coulomb定律确定.基于该半解析模型分析了不同荷载及温差对表面法向压力分布、摩擦力分布、刚体位移及接触区黏/滑演化行为的影响.研究结果表明,当法向荷载和切向荷载一定时,温差的上升会导致接触区域的减小,引起接触面法向压力及摩擦力的峰值增大,并且会显著影响黏着区与滑移区的分布情况.     

放/吸热流体在两个充满多孔材料的竖直平行板之间作不稳定的自然对流

在一个由两块无限竖直平行板组成的管道中,充满着多孔的介质材料,使用Darcy模型(Brinkman模型的推广)的动量方程,连同能量方程,计算不可压缩、粘性、放/吸热流体在该管道中的不稳定自然对流,即Couette流动.流动是由于边界平板有不对称的加热,以及作加速运动所引起.选用合理的无量纲参数,对控制方程进行简化,通过Laplace变换进行解析求解,得到闭式的速度和温度分布曲线解,随后导出表面摩擦力和传热率.发现在竖直管道中的不同剖面,流体的流动及温度分布曲线随着时间而增加,且在运动平板附近更高.特别是,流体的速度和温度随着平板间距的增加而增加,但是,表面摩擦力和热传导率随着平板间距的增加而减小.     

二维土壤洗盐模型分析

本文用有限元方法模拟二维入渗沟排水的洗盐过程,三角单元的剖分随饱和—非饱和自由界面而变化,用迭代方法求解水流方程。对Darcy流速、溶质(盐分)浓度分布,脱盐率等进行了定量的研究,讨论入渗率与时间、入渗率与脱盐率,沟间距、沟深与脱盐率等之间的数量关系。     

可渗透收缩薄膜引起的三维

研究可渗透收缩薄膜上的不稳定粘性流动.通过相似变换得到相似方程.在不同的不稳定参数、质量吸入参数、收缩参数、Prandtl数下,数值地求解相似方程,得到速度和温度的分布,以及表面摩擦因数和Nusselt数等.结果发现,与不稳定的伸展薄膜不同,在质量吸入参数和不稳定参数的某一范围内,可渗透收缩薄膜上的不稳定流动存在双重解.     

不可压缩流体三维Rayleigh-Taylor不稳定性的大涡模拟

对不可压缩流体三维Rayleigh-Taylor不稳定性问题建立被动标量输运模型,用大涡模拟方法计算了正弦初始扰动和随机初始扰动下不稳定性发展各个阶段的瞬时速度场和标量场,以及混合过程中计算尺度和亚格子尺度上的平均湍流脉动能、平均剪切应力和被动标量通量;分析了界面形状、被动标量浓度分布的演化规律及气泡、尖钉速度和混合层宽度随时间的变化规律,计算结果与其他数值模拟和实验结果相吻合,验证了大涡模拟方法应用于该问题的可行性.