Multiple Solutions of Laminar Flow in Channels with a Transverse Magnetic Field

We present a numerical investigation for steady laminar flow of a viscous incompressible electrically conducting fluid through a channel of a rectangular cross-section with a transverse magnetic field and suction or injection wails. Multiple solutions are presented for values of suction Reynolds number R and velocity coefficients of accelerating walls. Additionally, the associated transfer characteristics are discussed in detail.     

基于层流动能湍流模型的数值模拟方法

从层流动能出发提出数值模拟原则;综合考虑自然、旁路和分离流转捩的因素构建实用的层流动能湍流模型,结合预处理和基本求解技术发展出适于转捩流动的数值模拟方法和程序.针对预处理技术,以Weiss-Smith矩阵为基础,考虑湍流粘性的影响;针对基本离散格式和边界条件,结合模型方程进行对角占优强化等特殊处理.最后通过平板边界层和典型翼型,特别是低雷诺数翼型的数值模拟,验证数值方法的有效性和鲁棒性.算例表明本文的方法能够为求解更复杂的流动提供参考.     

Linear stability of a fluid channel with a porous layer in the center简

We perform a Poiseuille flow in a channel linear stability analysis of a inserted with one porous layer in the centre, and focus mainly on the effect of porous filling ratio. The spectral collocation technique is adopted to solve the coupled linear stability problem. We investigate the effect of permeability, σ, with fixed porous filling ratio ψ = 1/3 and then the effect of change in porous filling ratio. As shown in the paper, with increasing σ, almost each eigenvalue on the upper left branch has two subbranches at ψ = 1/3. The channel flow with one porous layer inserted at its middle （ψ = 1/3） is more stable than the structure of two porous layers at upper and bottom walls with the same parameters. By decreasing the filling ratio ψ, the modes on the upper left branch are almost in pairs and move in opposite directions, especially one of the two unstable modes moves back to a stable mode, while the other becomes more instable. It is concluded that there are at most two unstable modes with decreasing filling ratio ψ. By analyzing the relation between ψ and the maximum imaginary part of the streamwise phase speed, Cimax, we find that increasing Re has a destabilizing effect and the effect is more obvious for small Re, where ψ a remarkable drop in Cimax can be observed. The most unstable mode is more sensitive at small filling ratio ψ, and decreasing ψ can not always increase the linear stability. There is a maximum value of Cimax which appears at a small porous filling ratio when Re is larger than 2 000. And the value of filling ratio 0 corresponding to the maximum value of Cimax in the most unstable state is increased with in- creasing Re. There is a critical value of porous filling ratio （= 0.24） for Re = 500; the structure will become stable as ψ grows to surpass the threshold of 0.24; When porous filling ratio ψ increases from 0.4 to 0.6, there is hardly any changes in the values of Cimax. We have also observed that the critical Reynolds number is especially sensitive for small ψ where the fastest drop is observed, and there may be a wide range in which the porous filling ratio has less effect on the stability （ψ ranges from 0.2 to 0.6 at σ = 0.002）. At larger permeability, σ, the critical Reynolds number tends to converge no matter what the value of porous filling ratio is.     

温度和雷诺数对表面活性剂溶液传热的影响

对不同温度和雷诺数下阳性离子表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)溶液在循环回路中的传热特性进行了实验研究。在水中加入表面活性剂后溶液的传热特性明显降低,在不同的温度工况下均存在一个临界雷诺数,随着溶液温度的改变而发生变化。在不同的实验浓度条件下均存在一个临界温度,在临界温度以下时,临界雷诺数随温度升高而增加;在临界温度以上时,临界雷诺数随温度升高而急剧下降。分析该表面活性剂溶液阻力减小和传热性能降低之间的关系,提出了通过对溶液温度的控制来改变减阻流体传热特性的方法。     

磁流体流动控制中的磁场配置效率研究

采用数值模拟方法研究了不同磁场空间构型对弹道式再入飞行器基准外形表面热流分布的影响. 计算模型为低磁雷诺数近似下的磁流体力学模型. 数值模拟结果表明两个大小相同、方向不同的磁偶极子对表面热流密度分布的影响存在较大差异,由此指出热流控制应用中磁场配置的效率问题. 随后的磁场详细作用机理分析表明上述差异的原因在于不同空间磁场分布对流动能量转化机制的影响不同. 以此为基础给出了在流动的不同区域,磁场空间分布应遵循的一般性原则.      

我怎样讲授边界层概念

本概述作在本科生流体力学课程中讲授边界层概念的体会：一方面通过实例反复阐明雷诺数极限下在物面附近引入边界层概念的必要性;另一方面通过反复练习培养学生掌握量阶分析方法。     

落球法测液体粘度实验的改进

采用光电计时装置,对落球法测定液体粘度实验作了改进,减少了由手控计时引起的误差,提高了实验的准确度,扩大了测量范围．     

高雷诺数壁湍流的研究进展及挑战

高雷诺数壁湍流(high Reynolds number wall-bounded turbulence,HRNWT)是目前湍流科学研究的一个热点也是一个难点,对其现象、规律及机制的认知不足,理论体系远未建立而且研究手段受到各种限制.本文基于对HRNWT主要研究手段的介绍,针对HRNWT中的湍流统计量、超大尺度结构(very large scale motions,VLSMs)的尺度和形态以及起源和影响及其与颗粒的相互作用,总结了HRNWT的研究现状和最新进展,特别梳理了近年来本文作者团队在HRNWT特别是高雷诺数颗粒两相壁湍流方面的研究成果,并对HRNWT的进一步研究给出了建议及展望.      

基于车身绕流的低雷诺数湍流模型改进研究

本文将汽车绕流模块化为各典型局部流动,通过常用湍流模型对各典型局部流动进行数值模拟,结果验证了湍流模型对转捩的捕捉能力是准确模拟汽车绕流的关键. 在分析汽车绕流分离及转捩机理的基础上,优化了稳态和瞬态求解方法,改进了湍流模型对转捩的预测能力,进而提高了湍流模型在汽车流场模拟上的精度. 针对汽车绕流的稳态问题,将流线曲率因子及 响应阈值引入 LRN $k$-$\varepsilon $ (low Reynolds number $k$-$\varepsilon $) 模型,获得了一种能够更准确预 测转捩的改进低雷诺数湍流模型 (modified LRN $k$-$\varepsilon $),改善了原模型对湍流耗散率的过强依赖性及全应力发展预测不足等问题;针对汽车绕流瞬态求解,通过分析 RANS/LES 混合湍流模型的构造思想及特点,引入约束大涡模拟方法,结合本文提出的改进的 LRN $k$-$\varepsilon $ 湍流模型,提出了一种能准确捕捉转捩现象 的转捩 LRN CLES 模型. 分别将改进的模型用于某实车外流场和风振噪声仿真中,通过 Ansys Fluent 求解器计算,并将计算结果与常用湍流模型的仿真结果、HD-2 风洞试验结果和实车道路实验结果进行对比,表明改进后的湍流模型能够更准确模拟复杂实车的稳态和瞬态特性,为汽车气动特性的研究提供了可靠理论依据及有效数值解决方法.      

高马赫数超燃冲压发动机技术研究进展

吸气式高超声速飞行在空间运输和国家空天安全领域具有极高价值,超燃冲压发动机是其核心动力装置.目前飞行马赫数4.0～7.0超燃冲压发动机技术日趋成熟,发展更高速的飞行动力技术成为今后临近空间竞争焦点之一.本文对飞行马赫数8.0～10.0的高马赫数超燃冲压发动机技术进行了分析和综述.首先论述其亟待解决的关键问题和技术,分别包括高焓离解与热化学非平衡效应、超高速气流燃料增混与燃烧强化技术、高超声速燃烧与进气压缩的匹配及工作模态、高焓低雷诺数边界层流动及其控制方法、高焓低密度流动/燃烧的热防护技术,以及高马赫数发动机的地面试验风洞技术.然后,进一步介绍了国内外高焓激波风洞与驱动技术以及国内外典型的地面和飞行试验进展.进而针对推进和热防护的总体性能评估、高马赫数发动机内凸显的高焓离解与热化学非平衡效应、超高速气流燃料增混和燃烧强化技术综述了相关研究进展及结论,讨论了高马赫数超燃冲压发动机的可行性以及各关键技术的特点.最后进行了总结并对后续研究提出了几点建议.