壁面约束对裙带气泡动力学的影响

基于流体体积法(volume of fluid,VOF),数值模拟了装满黏性液体的圆柱形汽缸中的裙带气泡的浮升运动,研究了侧壁面约束对裙带气泡浮升动力学的影响.用雷诺数(Re)、韦伯数(We)、长宽比(χ)、裙带厚度(T/d)和裙带长度(L/d)等参数来表征不同约束比条件下(1.1≤Cr≤10)裙带气泡的运动和变形特性,分别在全局参考系和局部参考系下分析了壁面对气泡内外流场的影响.模拟结果显示,当Cr≥8时,裙带气泡的行为特性与在无界流域条件下的情况相当,可视作壁面无关的.当Cr8时,壁面对裙带气泡的浮升速度和形状演化有显著影响.随着壁面的靠近,裙带气泡受到的阻力增大,造成浮升速度下降.约束比降低使裙带厚度增厚而长度变短直至裙带消失,裙带气泡受挤压而被拉长并逐渐变为椭圆球帽形最后到子弹形.相反,约束比增大时,裙带气泡尾流效应增强,气泡边缘处流场产生明显的循环流动(涡环),促使裙带的形成.研究表明壁面会加剧裙带气泡产生破碎,印证了前人的推断.模拟结果与已有的经验公式吻合良好,分析了前人公式的适用性.     

预测气液两相分层流界面剪切应力的新方法

针对水平管气液两相分层流界面剪切应力的预测,建立了基于计算流体力学（CFD）方法的剪切滑移壁面模 型,即将气液界面处理为固定的具有均匀剪切应力的水平滑移壁面。利用FLUENT 软件模拟了气相流动,气液界面采 用剪切滑移壁面边界条件,通过对比实验测量的气相流场分布得到气速和界面剪切收敛值,并由收敛值拟合得到界 面摩擦因子与气相雷诺数的关联式。应用这一关联式的预测结果与实验间接测量值吻合较好,并且在气、液相雷诺 数9 4006ReG650 000 和21 0006ReL630 000 范围内优于Taitel 和Dukler 与Sidi-Ali 和Gatignol 模型。表明剪切滑移壁 面模型可以有效地控制关键参数,提高预测效率和精度,为CFD 方法预测气液两相分层流界面剪切应力提供了新的 思路。     

格子玻尔兹曼模拟壁面剪切应力的精度

采用SRT和MRT格子玻尔兹曼模型在反弹和曲线边界条件下模拟了二维斜管中的Poiseuille流,比较了不同斜管倾角、计算网格大小和雷诺数情况下的速度和壁面剪切应力计算误差.结果表明,采用曲线边界条件时,壁面剪切应力值在紧邻壁面的流点处计算精度更高;而采用反弹边界条件,计算壁面剪切应力时考虑到边界楼梯状近似的影响,壁面剪切应力的计算不应该选在离壁面最近的流点上,而应选择离壁面很近但不紧邻边界的流点,同时,MRT模型相对于SRT模型来说模拟结果稍微更精确一些,但没有明显的改进.     

分子动力学模拟壁面附近流体特性及降温过程

采用三相模型计算结果表明:近壁区内流体密度呈现出"层状化"的特点,切向应力张量呈"振荡"分布;固液界面张力随温度增加而降低;进一步增强壁面浸润性,固液界面张力变化不大;同温壁面对近壁区流体特性的影响较大,近壁区之外的流体特性与两相模型吻合较好.降低壁面温度的模拟表明,当温差减小时,传热量减小,界面接触热阻占主导地位.     

壁面渗透燃烧微燃烧器结构参数优化实验研究

针对一种圆柱多孔壁面组织渗透燃烧微尺度燃烧器,本文在甲烷/空气不同燃料当量比和混合气流量下,对比实验了关键参数燃烧室内径(d)和燃烧室高度(h)变化对燃烧器性能的影响.结果表明随燃烧室内径减小,吹熄极限速度显著下降,烟气平均温度升高,同时壁面温度下降;燃烧室高度减小,可燃烧极限当量比和淬熄极限速度均增大;在高径比h/d接近1时,烟气平均温度最高,壁面最高温度不变,大流量下壁面温度降低更快.因此,当缩小壁面渗透微燃烧器时,为防止燃烧效率降低和热损失增加,应优先缩小内径并保持高径比接近1.0.     

壁面热特性对超声速燃烧室热环境的影响

在分析燃烧室壁面的对流-辐射耦合换热特性基础上,考虑燃烧室热环境与冷却系统间的相互关系,提出了一种以燃烧室材料许用温度为约束的非均匀冷却壁面热特性设计方法.以某型超声速燃烧室为例,采用混合分数平衡化学反应和液滴离散相模型,计算分析了壁面热特性对燃烧室壁面热流构成、热环境及冷却系统热负荷的影响.结果表明,壁面热特性对超声速燃烧室热环境的影响值得重视,非均匀冷却壁面热特性设计能有效减少燃烧室热损失.     

静止水中单个上升气泡的直接数值模拟

本文发展了基于Front Tracking的直接数值模拟方法研究气液两相界面的迁移特性,该方法对气液两相采用半隐式的分步法直接求解N-S方程,耦合Front Tracking Method获得两相界面的三维变形。针对无边界以及垂直壁面附近静止水中的单个气泡上升过程进行模拟,研究气泡运动的机理以及气泡与壁面的相互作用。数值模拟准确再现了气泡的上升过程和变形,不同Re数下气泡的上升速度计算结果同经验关联式非常吻合,验证了该方法的有效性。随后分析了气泡周围流场的结构,发现壁面对气泡周围流场的抑制是壁面对气泡作用力的主要原因,将导致气泡逐渐偏离垂直壁面。     

湿法脱硫系统中的新型高性能气气换热器

对一种大直径三维内肋管进行了管内对流换热实验研究,实验结果显示,与光滑管相比,其强化换热因子hl/hs在1.65～1.70之间,而压降比ΔPl/ΔPs在1.65～1.89之间;基于对换热和管壁温度影响因素的分析,提出了一种新型气-气换热器,并研究和提出了该换热器的设计计算方法;通过工程实例表明,该换热器管壁温不仅比光滑管换热器明显提高,而且换热能力提高约20%;另外,与其它类型的换热器比较,具有较高的综合性能。     

壁面条件对异向锥形双螺杆挤出硬质聚氯乙烯过程的影响

 数值模拟了壁面条件对异向锥形双螺杆挤出硬质聚氯乙烯（RPVC）过程的影响。由Navier线性滑移定律确定螺杆壁面熔体所受的剪切应力与熔体滑移速度的关系,在不同壁面条件下,使用Polyflow软件的Eolution法,数值计算了异向锥形双螺杆计量段流道内RPVC熔体的体积流量和三维等温流场。结果表明,熔体在螺杆壁面无滑移时,螺杆流道内熔体速度大,速度梯度大,剪切速率等值线形状不规则,分布杂乱。当滑移系数小于104Pa·s/m时,锥形双螺杆流道内熔体的体积流量不变。当滑移系数大于104Pa·s/m时,随着滑移系数的减小,锥形双螺杆流道内熔体的体积流量增大,速度梯度减小,压力和剪切速率梯度减小,参考线上熔体压力波动减小。因此,改善壁面条件有利于提高聚合物螺杆挤出过程的稳定性,降低制品的残余应力,提高制品质量。     

沥青稳定基层沥青混凝土路面抗剪性能的理论分析

沥青稳定基层沥青混凝土路面是否会出现严重车辙,为人们所担忧。理论计算分析表明,在静力荷载作用下沥青层中最大剪应力发生在深度8cm处,且随着基层厚度的增加剪应力降低,故采用沥青稳定柔性基层不产生结构性车辙;当基层模量增大时,沥青层中下层剪应力反而增大;沥青混凝土面层采用高模量材料能有效降低剪切应变,而当采用复合基层时也有利于面层剪应力的减小。