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相似文献
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1.
非轴对称扰动下含悬浮固粒旋转射流场稳定性研究   总被引:1,自引:0,他引:1  
考虑含有悬浮固粒的理想不可压旋转圆射流的运动方程,借助势流理论推得扰动增长率随径向波数变化的表达式,进而得到含悬浮固粒射流稳定性的修正瑞利稳定性准则,求出了非轴对称扰动下不同扰动阶数、固粒质量密度、固-气脉动速度比值、固-气脉动速度相位差、斯托克斯数时旋转射流的增长率曲线。然后根据修正瑞利稳定性准则分析给出了关于悬浮固粒的属性对旋转射流场稳定性影响的几个重要结论,为控制旋转射流场和后续发展提供了合理的依据。  相似文献   

2.
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。  相似文献   

3.
基于插值补充格子波尔兹曼方法和幂律流体的本构方程,建立了贴体坐标系下适用于幂律流体的格子波尔兹曼模型,模拟了幂律流体的圆柱绕流问题,采用非平衡外推格式处理圆柱表面的速度无滑移边界,利用应力积分法确定曳力系数和升力系数,并与基于标准的格子波尔兹曼方法和有限容积法获得的数值数据进行对比,吻合良好. 进行了网格无关性验证之后,分析了稳态流动时,不同雷诺数下幂律指数对于尾迹长度、分离角、圆柱表面黏度分布、表面压力系数及曳力系数的影响,以及非定常流动中,幂律指数对于流场、曳力系数、升力系数和斯特劳哈尔数的影响. 获得的变化规律与基于其他数值模拟方法得到的结果相一致,充分验证了模型的有效性和正确性. 结果表明:插值补充格子波尔兹曼方法可以用来模拟幂律流体在具有复杂边界流场内的流动问题,通过引入不同的非牛顿流体本构方程,该方法还可以进一步应用于其他类型的非牛顿流体研究中.   相似文献   

4.
基于插值补充格子波尔兹曼方法和幂律流体的本构方程,建立了贴体坐标系下适用于幂律流体的格子波尔兹曼模型,模拟了幂律流体的圆柱绕流问题,采用非平衡外推格式处理圆柱表面的速度无滑移边界,利用应力积分法确定曳力系数和升力系数,并与基于标准的格子波尔兹曼方法和有限容积法获得的数值数据进行对比,吻合良好. 进行了网格无关性验证之后,分析了稳态流动时,不同雷诺数下幂律指数对于尾迹长度、分离角、圆柱表面黏度分布、表面压力系数及曳力系数的影响,以及非定常流动中,幂律指数对于流场、曳力系数、升力系数和斯特劳哈尔数的影响. 获得的变化规律与基于其他数值模拟方法得到的结果相一致,充分验证了模型的有效性和正确性. 结果表明:插值补充格子波尔兹曼方法可以用来模拟幂律流体在具有复杂边界流场内的流动问题,通过引入不同的非牛顿流体本构方程,该方法还可以进一步应用于其他类型的非牛顿流体研究中.  相似文献   

5.
二阶流体是工业界常见的非牛顿流体,因为其本构关系简单而被广泛采用和研究.逆方法预先假定流场满足某类特定的物理的或几何的特性,从而求出流体运动方程的精确解.本文通过假定平面定常二阶非牛顿流体的涡量场与受到扰动的流函数相等这一特定形式,采用求解非线性微分方程常用的逆方法,推导并获得了平面二阶蠕流流场的精确解,由此容易进一步获得流场的压力.所获得的精确解包含了Poiseuille,简单Couette平行流动以及两相向流体的相互作用等流动.这些精确解为实验,数值以及渐进解的检验提供了借鉴和参考.  相似文献   

6.
非牛顿流体入口收敛流动分析   总被引:5,自引:0,他引:5  
梁基照 《力学学报》1990,22(1):79-85
本文讨论了非牛顿流体的入口收敛流动问题,考虑到粘弹性流体在流动中的粘滑行为,应用最小能原理,导出了扩展的入口收敛流边界流线方程和流体自然收敛锥角方程,并与前人的工作进行了比较和分析。  相似文献   

7.
含悬浮固粒的旋转射流剪切层稳定性研究   总被引:1,自引:0,他引:1  
本文在理想不可压旋转圆射流的运动方程中添加了固粒作用项,由此推得了时间增长率的表达式,进而得关于含悬浮固粒放置射流稳定性的修正瑞利稳定性准则,求出了不同固粒质量密度固-气脉动速度比值,固气脉动速度相位差及Stokes数情况下旋转射流场的增长率与径向空间波数的关系曲线,在比较这些曲线的基础上,给出了关于固粒属性对旋转射流场稳定性影响的几个重要结论为控制旋转射流场和后续发展提供了依据。  相似文献   

8.
可压缩气固混合层中离散相与连续相的相互作用研究   总被引:2,自引:1,他引:1  
尽管已有许多文献采用数值模拟方法研究两相流问题,但主要是集中不可压流动方面.本文采用Eul-er-Lagrange颗粒-轨道双向耦合模型对时间模式下含有固粒的二维可压缩混合层流动进行了研究.气相流场采用非定常全Navier-Stokes方程描述,并应用具有空间三阶精度的WNND(Weighted Non-Oscillatory, Contai-ning No Free Parameters and Dissipative)格式进行数值高散.固相方程采用二阶单边三点差分离散.在考虑流场对固粒作用的同时,也计及颗粒对流场的反作用.主要研究混合层大尺度涡对颗粒扩散特性的影响及颗粒对流场结构的影响问题.在对流马赫数为0.5时,研究不同Stokes数颗粒在连续流场中的扩散特性,而在对流马赫数为0.8时研究了不同Stokes数颗粒对流场小激波结构的影响.  相似文献   

9.
为探讨口腔环境下流体的流动行为,采用数值方法与流变试验深入研究舌/上颚微间隙下流体流量的影响因素. 建立舌/上颚微间隙的简化模型及Reynolds方程,通过数值方法获取微间隙下流量变化;在DHR-2流变仪上研究非牛顿流体的黏度与剪切率的变化,探讨牛顿流体和非牛顿流体的流量影响. 结果表明:牛顿流体流量平方的倒数同载荷和黏度比值和时间均呈线性函数关系;所制备的非牛顿流体近似为幂律流体,其黏度随脂肪含量的增加而增大,而非牛顿流体流量率先高于后低于等效牛顿流体,其研究结果将为特定人群功能产品的研发提供技术支持.   相似文献   

10.
非线性流体-刚体结构相互作用问题的一种数值模拟方法   总被引:4,自引:0,他引:4  
给出了一种模拟非线性流体-刚体结构相互作用问题的数值方法.文中假定结构承受大的刚体运动,流体流动受非线性有粘或无粘的场方程支配并满足自由表面和两相耦合界面上的非线性边界条件,利用任意拉氏-欧氏(ALE)网格系统构造了数值模型.采用所探讨的多块数值格式,允许可动重造网格间有独立的相对运动,从而克服了流体网格与固体大运动匹配的困难.通过数值离散化,导出了描述非线性流固耦合动力学的数值方程并应用耦合迭代过程对其作了求解.通过算例,说明了所提出数值模型的应用.  相似文献   

11.
In this research, experimental studies have been performed on the hydrodynamic interaction between two spheres by using particle image velocimetry and measuring the force between the spheres. To approach the system as a resistance problem, a servo-driving system was set-up by assembling a microstepping motor, a ball screw and a linear motion guide for the particle motion. Glycerin and a dilute solution of polyacrylamide in glycerin were used as Newtonian and non-Newtonian fluids, respectively. The polymer solution behaves like a Boger fluid when the concentration is 1000 ppm or less. The experimental results were compared with the asymptotic solution of Stokes equation. The result shows that fluid inertia and unsteadiness play important roles in the particle–particle interaction in the Newtonian fluid. This implies that the motion of two particles in suspension is not reversible even in the Newtonian fluid. In the non-Newtonian fluid, in addition to inertial effect, normal stress differences and viscoelasticity play important roles as expected. In dilute solutions weak shear thinning and the migration of polymer molecules in the inhomogeneous flow field also appear to affect the physics of the problem.  相似文献   

12.
紊动流场中悬浮颗粒分布的随机理论   总被引:2,自引:0,他引:2  
通过分析固体颗粒在紊动流场中的随机运动,建立了二维流场中垂直于时均流动的方向上颗粒随机位移的概率密度分布函数所满足的方程。由该方程解出的分布函数在一定条件下即相当于颗粒浓度分布函数。运用这一方法研究了[1]、[2]中报道的壁面附近颗粒浓度降低的现象。  相似文献   

13.
当前,城市空气质量的不断恶化,引起了公众的普遍性关注.空气中的悬浮颗粒物,是城市大气环境重要污染源之一,其分布、运动及扩散规律已成为科学领域的研究热点.与连续流体不同,大气中的悬浮颗粒物是离散的,确定颗粒运动的模型是研究大气细微颗粒污染问题的关键.本文拟研究小空间静稳空气中亚微米级颗粒在汇作用下的运动规律,并构建其运动模型.在密闭实验空间中通过燃烧生成亚微米颗粒,利用静电吸附装置模拟颗粒汇,并通过粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)实验和激光多普勒测速仪(lasser Doppler velocimeter,LDV)实验技术测量分析不同空间内亚微米颗粒在大气中的热运动速度和在汇作用下的运动规律,并推导出颗粒物的速度分布经验公式.结果显示:粒子在汇作用下的运动与连续流体汇运动规律类似,但在小空间内颗粒的运动不满足流体连续方程;说明在无气流夹带输运情况下,利用汇作用及颗粒的扩散而发展的颗粒净化技术是可行的.  相似文献   

14.
1. Introduction The mechanisms of impact and rebound of solid parti- cles in particulate flow systems are of interest over a wide range of application areas such as fluidized beds, pneu- matic transport, filtration processes, erosion and pollution control of suspended particles. In many cases, the colli- sions of particles against themselves and against walls may affect the properties of the mixture. Efforts have been made to describe the fundamental mechanics of particle collisions. The conta…  相似文献   

15.
根据Lagrange颗粒运动微分方程及不可压缩湍流边界层中流体的壁面速度分布规律,数值求解了颗粒在湍流边界层中的运动,考虑了Saffman升为对颗粒运动的影响,壁面对运动阻力的影响,给出了固体颗粒沉积边壁,在边界层外缘上所需的最小速度和最小入射角,计算结果还表明边界层对固体颗粒撞击边壁的速度和入射角有较大影响,从数值结果可可以发现一个重要现象。  相似文献   

16.
许晓飞  童松豪  张达  董超  刘凤霞  魏炜  刘志军 《力学学报》2021,53(11):3071-3079
活性流体在用于开发新材料方面具有巨大潜力, 满足这一需求就要定量掌握活性流体所表现的特殊力学行为, 特别是流变行为. 扩展布朗运动方程, 建立自驱动活性粒子的运动模型, 基于反向非平衡法确定活性流体的黏度, 考察活性粒子体积分数、直行速度和转向扩散系数对活性流体流变行为的影响规律, 确定活性流体特殊流变行为的形成机理. 结果表明, 活性流体的流变曲线可被划分为黏度下降区、过渡区和牛顿区; 活性粒子体积分数越高, 活性流体的非牛顿特性越显著, 活性粒子的直行运动引起活性流体在低剪切速率区域黏度下降, 直行运动和转向运动的耦合作用导致中剪切速率区域流变曲线非单调变化, 活性粒子频繁发生转向运动会导致活性流体非牛顿特性受到抑制; 活性流体的宏观流变学特性和粒子的涨落直接相关, 活性粒子体积分数越高、直行速度越快和转向扩散系数越小, 活性流体中活性粒子越容易产生显著的涨落; 低剪切速率区域内活性粒子涨落明显, 随着剪切速率增大, 活性粒子的涨落逐渐被削弱, 粒子的聚集结构不断被破坏, 最终体系的流变行为类似一般被动流体.   相似文献   

17.
土体颗粒物流动是一种典型的大变形破坏,具有非牛顿流体的流动特征。准确模拟土体颗粒物的流动及冲击过程,对滑坡和泥石流等地质灾害的防治具有重要意义。物质点法是一种无网格粒子类方法,已在各类大变形问题中得到了广泛应用。以往土体颗粒物流动的模拟,通常采用弹塑性本构模型,但缺乏对非牛顿本构模型的模拟分析。本文引入非牛顿本构模型的模拟分析,旨在为土体颗粒物流动模拟提供一种新的方法与思路。非牛顿本构模型的模拟分析是将非牛顿广义Cross模型引入三维物质点法,通过人工阻尼力模拟颗粒间的摩擦力,对土体颗粒物的坍塌、沿斜面滑动以及冲击障碍物等问题进行了动态模拟,研究了其运动全过程,并与弹塑性本构模型的模拟结果进行了对比验证。结果表明,基于非牛顿流体本构模型的物质点法可以较好地模拟土体颗粒物加速、减速到再次稳定的流动全过程及其对障碍物的冲击效应。  相似文献   

18.
In this work, structural finite element analyses of particles moving and interacting within high speed compressible flow are directly coupled to computational fluid dynamics and heat transfer analyses to provide more detailed and improved simulations of particle laden flow under these operating conditions. For a given solid material model, stresses and displacements throughout the solid body are determined with the particle–particle contact following an element to element local spring force model and local fluid induced forces directly calculated from the finite volume flow solution. Plasticity and particle deformation common in such a flow regime can be incorporated in a more rigorous manner than typical discrete element models where structural conditions are not directly modeled. Using the developed techniques, simulations of normal collisions between two 1 mm radius particles with initial particle velocities of 50–150 m/s are conducted with different levels of pressure driven gas flow moving normal to the initial particle motion for elastic and elastic–plastic with strain hardening based solid material models. In this manner, the relationships between the collision velocity, the material behavior models, and the fluid flow and the particle motion and deformation can be investigated. The elastic–plastic material behavior results in post collision velocities 16–50% of their pre-collision values while the elastic-based particle collisions nearly regained their initial velocity upon rebound. The elastic–plastic material models produce contact forces less than half of those for elastic collisions, longer contact times, and greater particle deformation. Fluid flow forces affect the particle motion even at high collision speeds regardless of the solid material behavior model. With the elastic models, the collision force varied little with the strength of the gas flow driver. For the elastic–plastic models, the larger particle deformation and the resulting increasingly asymmetric loading lead to growing differences in the collision force magnitudes and directions as the gas flow strength increased. The coupled finite volume flow and finite element structural analyses provide a capability to capture the interdependencies between the interaction of the particles, the particle deformation, the fluid flow and the particle motion.  相似文献   

19.
The motion of freely suspended rodlike particles has been observed in the pressure-driven flow between the two flat plates of a Hele Shaw flow cell at low Reynolds numbers. Data are reported for rodlike particles with aspect ratios of 12.0 suspended in a Newtonian fluid for gap thickness to particle length ratios of 3, 6, and 20; and for rodlike particles with aspect ratios between 5 and 8 in a non-Newtonian fluid (79.25 wt.% water, 20.2 wt.% glycerine, and 0.55 wt.% polyacrylamide). For the Newtonian fluid, the time-dependent orientation of the particles near and far from walls was shown to be in quantitative agreement with Jeffery's theory for ellipsoids suspended in a simple shear flow if an effective aspect ratio is calculated from the experimental period of rotation. Particles aligned with the flow direction and less than a particle half-length from a wall interacted irreversibly with the wall. For the non-Newtonian fluid, the timedependent orientation far from a wall was shown to be in qualitative agreement with Leal's theory for a second-order fluid; however, particles that were aligned with the flow direction and were near walls did not rotate.  相似文献   

20.
The motion of solid particles in a fluid flow is represented as a random process with independent increments. The resulting kinetic equation for the particle distribution has the form previously proposed [1]. The solution to this equation provides a system of equations for the hydrodynamics of the assembly of solid particles. These equations differ from ones previously proposed [2, 3] in having additional terms related to relative motion of the components, whose presence is due to anisotropy in the distribution of the normal stresses in the pseudogas.I am indebted to V. G. Levich for valuable discussions and for constant interest in the work.  相似文献   

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