二维剪切流的粘性-无粘湍流干扰理论

对二维不可压缩近壁剪切湍流,本文提出一个粘性-无粘湍流干扰理论.主要内容有:从分子粘性考虑出发确定干扰湍流的流动结构及其物理尺度,导出空间为小尺度的局部流动结构随顺流距离的演变规律,导出支配干扰湍流流动的简化Reyno-lds(SR)方程和扩散抛物化K-ε方程.该SR方程是作者早先提出的简化Navier-Stokes(SNS)方程的湍流形式,它的重要性质是“简化运算”和时间Reynolds平均运算的顺序可以交换.关于最大湍流剪应力、本理论计算值与实验测量值很好相符.经典湍流边界层理论、Clauser平衡湍流边界层以及湍流分离Triple-deck理论均是本文理论的特例.证实了顺流方向长度尺度随干扰增强而显著减小的实验结论.     

微重力下悬浮区的热毛细对流及其控制

本文主要定量研究用沿熔体表面喷射惰性气体的方法来控制Marangoni对流,抑止振荡现象的机理与可行性.导出了支配悬浮区热毛细对流的基本方程与正确边界条件,给出了粘性与边界层情况的对应关系,并应用ADI方法对微重力下悬浮区热毛细对流进行了数值模拟,讨论了各种参数(如Ma,R_σ,Gr)对于流动的影响.     

两互相垂直的平面间的层流边界层

本文得到了两互相垂直的平面间的层流边界层的三级近似解.在边界层中,边界层方程中的粘性项和惯性项具有相同的数量级[3].本文则首先假定惯性项大于粘性项去求解边界层方程;然后,令粘性项大于贯性项.最后,取二者的平均值作为边界层方程的真实解.本文所得一级及二级近似解和文献[1]的结果相同.本文的三级近似解则较[1]的结果更精确.     

简化Navier-Stokes方程的层次结构及其力学内涵和应用

本文在文献[1]的基础上,按照流场中长度尺度分布,惯性项与粘性项相对大小及数量级简化基本方程和划分流动区域的原则,给出:(1)可压缩绕球粘性流和射流的简化Navier-Stokes(NS)方程的层次结构和诸简化NS方程(SNSE),表明从边界层方程到NS方程和从Euler方程到NS方程的层次结构均包含十多种SNSE,但就SNSE的数学特征而言证明只有椭圆型,扩散抛物化和抛物型三类;(2)扩散抛物化方程(DPE)的数学特征与Euler方程一致,力学上表示扰动通过“压力梯度项”向上游传播,高阶扩散项“规定的”椭圆型下游效应可以忽略,故判断诸DPE优劣的标准应看能否准确计算压力场。(3)提出粘性流的多层结构模型,对绕固壁附近的流动为三层,即粘性层、过渡层和无粘层,给出了分层的准则;适用于三层的最简单和最重要的SNSE分别为边界层方程、诸层匹配(LsM)-SNSE和Euler方程;LsM-SNSE同时适用于三层、即适用于全流场,并可准确计算压力场。LsM-SNSE把两层、即内外层匹配SNSE推广为多层。(4)对平板绕流,给出附着流及分离流的新的三层结构,阐明了附着流三层向分离流三层过渡的力学特征。     

传热传质对有抽吸的收缩薄片上的非线性磁流体动力学边界层流动的影响

研究有抽吸作用的可收缩薄片上的磁流体动力学粘性流动.讨论了二维轴对称可收缩问题.利用相似变换给出了无量纲形式的边界层控制方程.利用现代数值技术,数值地求解变换后耦合的非线性常微分方程组,并与现有文献的结果进行了比较.得到了无量纲速度、温度、 浓度的分布, 以及表面摩擦、传热率、传质率和沉积率的数值结果,并用图形显示了与解有关的重要参数.     

修正特征线有限元法的局部逐点误差估计

本文考虑抛物型对流占优的扩散问题的集中质量特征有限元方法,给出了与小粘性参数无关的局部逐点误差估计,即此格式在边界层外关于小粘性一致收敛.     

朝向产热或吸热伸展平面的MHD驻点流动

分析了微极流体朝向加热伸展平面的磁流体动力学(MHD)驻点流动,考虑了粘性耗散和内部产热/吸热对流动的影响.讨论了指定表面温度(PST)和指定热通量(PHF)两种情况,采用同伦分析方法(HAM)求解边界层流动和能量方程.通过图表的显示,研究了感兴趣物理量的变化.注意到高伸展参数时解的存在与外加应用磁场密切相关.     

能量方程一种新形式的研究

关于流动过程的能量方程现已有多种形式。本文详细地推导和讨论了该方程中仅含有基本变量的新形式,即其中的因变量与连续方程和动量方程的因变量是相同的。这一能量方程的新形式特别适用于气体动力学的特征线法,因为它就是沿着迹线的相容方程。文中还阐明了非等熵函数φ和粘性耗散函数φ之间的关系式,推导出计算任一流体音速α的公式。最后,分析与讨论了这一能量方程新形式在某些特定过程的应用。     

粘性耗散和热源对含尘流体在不稳定伸展面上流动及其传热的影响

研究含尘流体在不稳定伸展面上,作水动力学边界层流动及其热交换问题.研究中计及摩擦生热(粘性耗散)和内部发热或吸热的影响.应用适当的相似变换,将控制流动和热交换的基本方程组,变成一组非线性的常微分方程.利用Runge-Kutta-Fehlberg-45格式对变换后的方程进行数值求解.按发热进程分两种不同情况分析:VWT(变壁面温度)和VHF(变热通量).物理参数,如像磁场参数、流(体)-固(体微粒)的相互作用参数、不稳定参数、Prandtl数、Eckert数、含尘微粒的数量密度以及热源/汇参数,分别绘出这些物理参数变化时的速度和温度分布曲线;同时,列表和讨论了对壁面温度梯度函数和壁面温度函数的影响.     

风浪发展对海面阻力系数的影响

考虑海气界面附近大气边界层内不同风浪发展程度下的海气动量交换 .建立有效波加表面粗糙度的海气界面模型 ,提出了表面粗糙度的计算公式 .采用κ-ε模式以计算湍流流场 .计算所得海面阻力系数CD 随风速及波龄变化的规律与实测结果符合良好;所得流场结构包括风速廓线、湍流动能、湍能耗散及湍流粘性系数等都较合理     

具有延伸表面的驻点流动和传热问题的级数解

研究了在延伸表面上不可压缩二维驻点流动的动量和热量传输问题.通过一系列相似变换把轴对称和平面二维驻点流的控制方程组转化为常微分方程组,利用同伦分析方法求得了速度分布和温度分布的级数解.结果表明,当主流流速大于平面延伸的速度时,就形成了一个边界层,而当主流流速小于平面延伸的速度时,却形成一个反边界层.通过图形和表分析各个物性参数对速度边界层和温度边界层的影响.     

论简化Navier-Stokes方程组(SNSE)

本文论述简化 Navier-Stokes 方程组(SNSE),利用十种 SNSE分析Jeffery-Hamel流动并简要分析已知完全 Navier-Stokes 方程组(CNSE)精确解的八类流动。表明:不同SNSE结果之间的实际差异能够大大超出O(Re^-1/2)量级的理论误差范围,甚至给出不同的流动图案。因此,SNSE 的粘性项如何取舍值得重视。内外层匹配SNSE和薄层二阶SNSE的解在八类流动情况下均与CNSE的精确解完全一致;而所有其它SNSE 的解则与CNSE的精确解不完全一致,它们的解在不少情况下实际就是经典边界层理论的解。内外层匹配SNSE包含了法向轴相对流向轴剪切的剪应力项和法向轴伸缩的法应力项以及与该法应力项同量级的粘性项,且对惯性项和粘性-惯性项相互关系的处理较合理,故在力学上和数学上都比较可取。     

多孔饱和矩形管中粘性随温度变化对熵产、热和流体流动的影响

研究了充填流体-饱和多孔介质的矩形管中,随温度变化的粘性对充分发展强迫对流的影响.采用Darcy流动模型并假设粘性-温度为倒线性关系.管壁视为均匀热通量,即Kays和Craw-ford称为的H边界条件.当流体粘性随温度升高而降低时,管壁的Nusselt数增大.求解速度和温度分布时,利用热力学第二定律求解了局部平均熵产率.根据Brinkman数、Péclet数、粘性变化数、无量纲管壁热通量和管道截面宽高比,给出了熵产率、Bejan数、传热不可逆性和流体流动不可逆性的表达式.这些表达式是该类问题参数研究的基础.可以看出,当管道截面宽高比的增大使熵产率减小时,方形管中流动产生的熵大于矩形管,这类似于Ratts和Raut研究的明流(clear flow)情况.     

Navier边界条件下湖方程的边界层问题

考虑光滑区域上二维粘性湖方程在Navier边界条件下的无粘极限问题,证明了具有Navier边界条件粘性湖方程的边界层在Sobolev空间中是非线性稳定的,验证了具有较弱强度的边界层的渐近展开的合理性.     

滑移垂直壁面驻点附近的混合对流边界层流动

就粘性不可压缩流体,研究垂直壁面的滑移,对壁面驻点附近稳定混合对流边界层流动的影响.假定表面温度和外部流动速度与到驻点的距离呈线性变化.首先,将偏微分的控制方程,转变为常微分方程组,然后应用打靶法进行数值求解.对不同数值的控制参数,按分顺流和逆流两种情况,分析和讨论了流动特性和热传导特征.结果表明,逆流时,在浮力参数的某一范围内出现双解;顺流时,解是唯一的.一般而言,速度滑移导致壁面热传导率增大,而热滑移使之减小.     

粘度与温度相关时对铁磁流体作有热交换轴对称旋转流动的影响

就粘度与温度相关时,研究粘度对铁磁流体作轴对称旋转层流边界层流动的影响.铁磁流体是不可压缩非导电的,在一块固定平板上作轴对称的旋转流动,固定平板受到磁场的作用并保持恒定的温度.为了达到上述目的,首先利用众所周知的相似变换法,将耦合的非线性偏微分方程组转化为常微分方程组;然后,运用常用的有限差分法,将耦合的非线性微分方程离散化;采用MATLAB软件中的Newton法求解上述离散化方程;借助Flex PDE求解器得到最初的猜测值.在求得速度分布的同时,还就粘度与温度相关时求得了表面摩擦力、热交换率和边界层位移厚度.所得的结果用图表表示出来.     

比热容非常值对高超声速平板边界层稳定性的影响

在高超声速条件下,边界层中气体的温度可能很高,以致气体的比热容不再是常数而与温度有关．这时边界层中的流动稳定性如何是值得研究的问题．采用线性稳定性理论,考虑比热容与温度有关时高超声速可压缩平板边界层的稳定性,并与假定比热容为常值的情况作比较,发现对第一模态和第二模态波的中性曲线、最大增长率都有影响．因此,在高超声速情况下,比热容随温度变化是研究边界层稳定性时必须考虑的一个因素．     

粘性流动有限差分计算的新策略 *

对粘性流动计算 ,提出有限离散单元流动的流体分析 (理论 )和耦合离散流体理论(CDFT)的差分格式 .利用CDFT差分格式计算Burgers方程和计算激波边界层干扰流动的数值实验表明 :对计算精度和计算效率的提高 ,CDFT格式比提高常用差分格式 (即离散流体力学方程得到的格式 )精度和改进常用格式形式等更有效 ,且运算量小 .     

非特征边界的MHD方程的边界层

考查了小粘性时非特征边界情况下MHD方程在边界附近的性质,说明速度在边界上不为零.源于之前非特征边界条件下不可压缩Navier-Stokes方程边界层的工作,证明了边界层的存在性,并得到了当粘性收敛于零时,MHD方程的解收敛于理想MHD方程的解.     

粘弹性流体流经竖直表面时的瞬时自然对流

静止流体中,在一个竖直的、不可渗透的等温表面附近,研究粘弹性边界层的流动及其热传导.得到其控制方程,并利用MackCormak技术对其进行数值求解.与先前发表的关于该问题特例的结果相比较,有着很好的一致性.对于不同的粘弹性参数值,图示了速度和温度分布、边界层厚度、Nusselt数、局部摩擦因数等典型结果.一般而言,粘弹性流体与Newton流体相比较,由于拉应力的促进作用,流体动力边界层里的速度是增加的,热边界层里的温度是下降的.粘弹性参数值越高,摩擦因数和传热系数越高.