三维可压缩绕球流的整体线性稳定性研究

研究基于三维可压缩Navier-Stokes方程拟线化方法的整体稳定性问题的数值求解,采用隐式重启的Arnoldi方法求解其特征值问题.针对三维可压缩绕球基本流,研究其在亚临界参数Reynolds数Re=200,马赫数M=0.2,以及超临界参数Re=300,M=0.6下的整体稳定性问题.结果表明,Mach数的增加(直至M=0.6)对流场模态的转变没有定性影响.     

非均匀交错网格上的Temam方法及驱动方腔流动的数值模拟

给出一种有效求解多重尺度问题的计算方法,把作者在交错网格上的修正Temam格式^[5]推广到非均匀交错网格,网格分布是根据边界层厚度由无奇异连续坐标变换来实现,以保证计算精度,连续方程约束用压力修正投影法来实现.所导致的非均匀网格上的Poisson方程用FISHPACK中的广义循环约减法程序求解。对驱动方腔流动进行了数值模拟,给出了Re数为100,400,1000,5000的定常结果.这些结果定量上与文献中的结果一致,在Re数较大时分辨出三级涡,但计算效率有显著提高。     

微通道内椭球颗粒惯性聚焦行为数值研究

基于浸没边界-格子Boltzmann方法,对方形截面微通道内椭球颗粒的惯性迁移与旋转动力学行为进行数值研究,发现微通道内椭球颗粒的惯性迁移存在两种主要的运动状态：①翻转状态,即椭球颗粒前进过程中长轴始终在中心对称平面内;②滚动状态,即椭球颗粒前进过程中长轴始终垂直于中心对称平面.研究表明：在低Re数（Re=10）下颗粒以两种状态随流体迁移至平衡位置;在较大Re数（50≤Re≤200）下最终均以翻转状态随流体迁移,随Re数增加,平衡位置先逼近壁面后远离壁面.通过对不同运动状态下椭球颗粒周围的微观流场进行分析,提示该微观流动在颗粒惯性聚焦行为特征中有重要影响,并从流体和颗粒的惯性角度对颗粒不同运动状态的转换机理给出解释.     

MCS序列具有周期m的充要条件

文[1]完满地解决了给定模M下乘同余序列(MCS)达最大周期δ(M)的充要条件问题。本文将[1]的结果进一步推广,得到MCS序列具有周期m(≤δ(M))的充要条件。文后给出例子,说明本文所给结果的正确性。     

周期性波纹通道内换热与流动的数值研究

采用曲线坐标系下压力与速度耦合的SIMPLER算法,数值研究了一种紧凑换热器中波纹通道内周期性充分发展的层流流动与换热情况,流动Re数的范围为100~1100,Pr数为0.7.计算考察了不同波纹高度、波纹间距对流动与换热的影响,并对模型参数进行了性能评价.计算结果表明,整体Nu数及fRe数随着流动Re数的增加而增加.随着波纹高度的增加或波纹间距的减小,换热增强,特别是在高Re数下波纹高度的增加更加强化换热.最佳波纹高度和间距分别为1.15 mm和13 mm.     

通道中串列旋转圆柱的格子Boltzmann-虚拟区域方法的模拟

通过结合格子Boltzmann方法(LBM)和虚拟区域(Fictitiou sDomain)思想,建立格子Boltzmann-虚拟区域(LB-DF/FD)方法.采用两套网格系统,欧拉网格用于流体,拉格朗日网格用于固体.原有的LBM在计算运动固体的受力方面存在数据振荡,LB-DF/FD方法改进了此缺陷.为验证该方法,模拟圆柱绕流、圆形颗粒在无限长通道中平动及在无限大流场中转动三种情况,结果与其他数值解及理论解符合得很好.利用该方法模拟低雷诺数下通道中串列旋转圆柱周围的流场,分析圆柱间距(g)及雷诺数(Re)对流场结构的影响.给出Re=0.001,0.1和10下,0.2≤g≤8.0的流线结构、圆柱升力、阻力以及力矩等数值结果.结果表明,g对流场的结构及圆柱的受力有显著影响,Re对圆柱阻力及Stokes单元数目的影响较大.     

周期性渐扩-渐缩通道层流流动与换热特性研究

以渐扩-渐缩通道内周期性充分发展的层流流动与换热为研究对象,采用SIMPLE算法,适体坐标网格及Amano周期性边界条件的实施方案对之进行数值模拟,计算了在层流范围内不同Re数下的流动与换热规律.结果表明,在Re=100~1000范围内,与平行平板通道相比,阻力增强了(10~200)%,换热增强了(40~320)%.     

模M之m阶单位根的计数与确定

要根据[1]中给出的MCS序列x_n≡αx_n-1(modM)具有周期m的充要条件,确定其相应全部参数α,可归结为模M之m阶单位根的计数与确定问题,而此问题对一般复合模M至今未见解决。本文解决了这个问题,从而也解决了MCS序列具有周期m的全部参数α的计数和确定问题。     

两相方腔流的格子Boltzmann模拟

利用基于Shan-Chen多相模型的格子Boltzmann方法对方腔内上板拖动的两相流动问题开展较为系统的数值模拟,详细研究雷诺数(Re),毛细数(Ca)和壁面润湿性对流动以及混合特性的影响.结果表明:Re数、Ca数越大,方腔内两相流体的混合界面长度越大,混合效果越好.另外,壁面憎水程度越高,混合界面长度增加越快,然而对于强亲水壁面,混合界面长度最终趋于一常数.     

MC与$lt;i$gt;M$lt;/i$gt;$lt;sub$gt;$lt;i$gt;n$lt;/i$gt;+1$lt;/sub$gt;$lt;i$gt;AC$lt;/i$gt;$lt;sub$gt;$lt;i$gt;n$lt;/i$gt;$lt;/sub$gt;稳定性与电子特征的第一性原理研究

研究MC与M_n+1AC_n(M=Sc, Ti, V, Cr, Mn; A=Al, Si, P, S; n=1, 2, 3)结构的稳定性与电子特征有利于探究三元层状结构M_n+1AC_n稳定性的内在原因和设计新型M_n+1AC_n结构. 第一性原理计算研究表明, M-3d与C-2p轨道间的电子转移对MC与M_n+1AC_n 的形成焓有较大影响. 供电子能力较强的前过渡金属可以形成稳定的MC结构. 计算结果显示, MC结构是缺电子体系, 其趋向于与具有一定供电子能力的MA结构结合形成M_n+1AC_n. 与M₂PC和M₂SC 相比, M₂AlC和M₂SiC可以更为容易地被分离成二维 M₂C结构. 关键词： MAX相结构 第一性原理 电子结构 过渡金属碳化物     

普朗特数对槽内热磁耦合流动换热影响

针对矩形槽内导电流体普朗特数分别为 0.01、1、100 时,进行了流动形态和换热的数值模拟研究.数值结果表明:普朗特数对流动、温度分布影响不同,从而影响到对流换热的强弱,低普朗特数流体热浮升力作用大,流动以热驱动为主,换热强度弱,发现在低普朗特数下,数值模拟得出的努赛尔数并不能收敛到某一定值,而是在一个区间范围内"来回振荡";高普朗特数流体,电磁力作用大,流动以电磁力驱动对流作用,换热随着哈特曼数的增加而得到很大提高.     

Subcritical finite-amplitude solutions for plane Couette flow of viscoelastic fluids

Plane Couette flow of viscoelastic fluids is shown to exhibit a purely elastic subcritical instability at a very small-Reynolds number in spite of being linearly stable. The mechanism of this instability is proposed and the nonlinear stability analysis of plane Couette flow of the Upper-Convected Maxwell fluid is presented. Above a critical Weissenberg number, a small finite-size perturbation is sufficient to create a secondary flow, and the threshold value for the amplitude of the perturbation decreases as the Weissenberg number increases. The results suggest a scenario for weakly turbulent viscoelastic flow which is similar to the one for Newtonian fluids as a function of Reynolds number.     

Flow separation behind a rib in a channel with laminar flow

Visualization data and results of combined measurements of flow quantities in flow with separation past a rib at nominally laminar regime of channel flow are reported. In the separation region, the flow is found to be essentially three-dimensional and unsteady, exhibiting a distinct cellular structure and flow zones with transverse motion. It is shown that the rib-induced flow separation gives rise to low-frequency fluctuations of flow velocity and initiates the turbulence transition in the channel flow. The critical Reynolds number at which flow instability starts developing in the channel is estimated. It is shown that at Reynolds numbers higher than the critical Reynolds number the linear integral scale of flow velocity fluctuations in the channel is defined by the duct size.     

微细光滑管内气体的流动与传热特性研究

在评述当前微细管内流动和换热特性研究的基础上提出了需考虑流体压缩性对速度剖面的影响。可压缩流动守恒方程组的数值解结果表明：运动流体的压缩性不仅使管内平均流速增加，而且使速度剖面更加饱满，从而使局域阻力系数和换热系数增加。与此同时，尽管管道的长细比很大，亦不可能出现充分发展的速度和温度剖面。这是由于微细管道中由于阻力引起的压力降可以很大，它所引起的流动加速达较大马赫数时，压缩性对阻力系数和传热系数的影响就不能忽略。     

二维顶盖驱动半圆腔内流动MRT-LBM研究

本文采用多弛豫时间格子玻尔兹曼方法(multi relaxation time lattice Boltzmann method—MRT LBM)对二维顶盖驱动半圆腔内流动进行了数值模拟,得到了雷诺数为500～50000范围内半圆腔内流场分布情况。在二维顶盖驱动半圆腔流场中,随雷诺数的增大,流场内旋涡的数目逐渐增加,且流动依次呈现出稳定流、周期流、混沌流等状态。本文计算结果表明,MRT-LBM模型可显著提高计算的稳定性,适用于大范围的雷诺数流动情况。     

雷诺数对涡轮叶栅流动的影响

本文利用数值模拟手段模拟了涡轮叶栅内部三维流动,分析了雷诺数对涡轮叶栅内部流动图画的影响。结果表明在低于自模化雷诺数条件下,雷诺数的降低将对涡轮叶栅吸力面边界层的发展产生严重的不利影响。雷诺数降低至一定程度,将导致吸力面出现严重的分离,端部二次流流动相应加剧,使低雷诺数情况下涡轮叶栅性能恶化,在设计中应予充分重视。     

Second law analysis of the flow of two immiscible micropolar fluids between two porous beds

This work investigates the effect of entropy generation rate within the flow of two immiscible micropolar fluids in a horizontal channel bounded by two porous beds at the bottom and top. The flow is considered in four zones. Zone IV contains the flow of viscous fluid in the large porous bed at the bottom, zone I and zone II contain the free flow of two immiscible micropolar fluids, and zone III contains the flow of viscous fluid in the thin porous bed at the top. The flow is assumed to be governed by Eringen’s micropolar fluid flow equations in the free channel. Darcy’s law and Brinkman’s model are used for flow in porous zones, namely, zone IV and zone III, respectively. The closed form expressions for entropy generation number and Bejan number are derived in dimensionless formby using the expressions of velocity, microrotation and temperature. The effect of physical parameters like a couple stress parameter and micropolarity parameter on velocity, microrotation, temperature, entropy generation number and Bejan number are investigated.     

测量喷气Z箍缩负载的气流马赫数

 利用双压力传感器的方法测量了喷气Z箍缩负载的气流马赫数。测量得到的气流马赫数最高可达到4.25，它和定常计算的结果4.8很接近，这表明可以用定常计算来估算喷气Z箍缩中超声速喷嘴产生的气流马赫数。     

带通道插件管道流磁流体动力学效应的数值模拟

采用二维完全发展流模型对聚变反应堆包层带通道插件和压力平衡槽隙的矩形磁流体管流的MHD效应进行数值模拟,分析速度分布,MHD压降随哈德曼数以及通道插件的电导率的变化规律.与无插件磁流体管流相比,带绝缘通道插件管流MHD压降显著降低,MHD压降随哈德曼数的增加而减小,通道插件材料的电导率增加MHD压降系数减小.压力平衡槽隙处的回流与通道插件的电导率有关.在宏观上计算结果与实验结果和简化理论结果一致.     

Characterization of a diffuser flow by time-resolved PIV

Computational fluid dynamics is extensively used in the design methodology of medical devices. However, for such applications, the predictive capabilities of CFD codes are highly dependent upon geometry, which most of the time is extremely complex, and flow conditions. The study concerns a ventricular assist device (VAD) where the exit flow, generated through a diffuser, is of particular importance for blood damage predictions. The difficulty to predict the flow lies in the fact that the Reynolds number range includes the transition Reynolds number of the separated diffuser flow as well as the critical Reynolds number of pipe flows. In order to choose the appropriate CFD methodology in terms of flow hypothesis and turbulence model, an experimental setup of the diffuser was built to run PIV velocity measurements and to analyze the flow pattern with the influence of Reynolds number. The flow is described with mean and variance values of the in-plane velocity components and timeresolved results are used to visualize the development of unsteady phenomena introduced in the diffuser separated region. An optimal filter is also used to remove noise in measured velocity vector fields.