幂律非牛顿流体在偏心圆环管中流动和传热的数值计算

以剪切应力符合Ostwald-de Waele关系式的幂律非牛顿流体为研究对象。针对幂律非牛顿流体的表观黏度随剪切速率变化且计算过程有别于牛顿流体的问题,运用基元中心法对非线性粘性系数进行离散。采用有限体积法对幂律非牛顿流体在偏心圆环管中的充分发展层流流动和传热进行数值计算。计算结果表明流体的幂律因子对流动的影响较大,但对传热的影响受到到偏心率的影响。流道偏心会引起圆环通道内速度和温度的周向分布不均匀,且偏心程度越严重,周向分布不均匀性越强烈。     

气泡在水中上升运动的数值模拟

基于流体体积函数(VOF)模型,借助Fluent软件,数值模拟了气泡在水中上升运动.考虑不同初始位置以及气泡大小对气泡在水中运动的影响,监测气泡在不同时刻的变形,分析了速度随时间的变化,并考察了气泡在不同密度比和粘度比的酒精流场和乙醚流场中运动.结果表明:直径大的气泡在上升过程中速度变化较大,上下表面速度差较大,大气泡较不稳定.气泡运动中,底部射流区域的速度先达到最大,然后降低,降低到一定程度会反弹.外部流体与气泡粘度比、密度比、表面张力系数对气泡运动有较大影响.     

高粘度流体中气泡与自由液面相互作用实验研究

气泡的运动形式与边界条件密切相关.当气泡在近自由液面附近运动时,会与自由液面发生相互作用并产生复杂的水冢和射流现象.目前相关研究大多是在理想流体中进行,然而气泡在化工、生物及医学等高粘度流体中广泛存在,其运动规律尚未探明.因此,文中在前人研究的基础上,通过水下低压放电装置生成气泡,研究高粘度流体中气泡与自由液面相互作用...     

船舶远程尾流场中气泡上浮运动模型

针对尾流气泡运动过程中上浮速度与半径变化互相影响的动态耦合问题,分析了气泡的受力情况,考虑到非恒定Basset力的影响,得出了气泡瞬态加速度模型;并在气泡传质模型中引入非平衡传质理论,得出了气泡的瞬态非平衡传质模型;进而依据气泡质量变化率实现了两模型的耦合,以此构建了完整的船舶远程尾流场中气泡上浮运动模型.计算结果表明,Basset力对运动初始阶段的速度变化影响显著,而引入非平衡传质理论的计算结果与实验吻合更好.     

三维陷落腔脉动压力分布特性实验研究

文章针对均匀流场中三维深型陷落腔因流分离而产生的流激振荡问题开展了一系列的实验研究.在来流流速为0攻角时实验时的雷诺数变化范围:Re=1.55×105～8.74×105.实验中分别测量了三维深型陷落腔侧壁周向及垂向流体压力,分析了腔体内脉动压力周向、垂向的分布规律及腔口处剪切层自持振荡特性.实验结果表明:均匀流场中三维深型陷落腔内脉动压力分布较为复杂.在剪切层随边处的脉动压力最大,随边角点处脉动压力随相对高度的增加而陡降为0,但腔口导边及侧面处的脉动压力随相对高度增加而略有增大.剪切层自持振荡频率的无量纲数St数随Re变化为一常数值,但其值比气流场中二维陷落腔的St数略大.     

波浪中螺旋桨推力变化的近似计算

螺旋桨在波浪中随船运动是前进、旋转和振荡三者的结合。本文近似计算波浪中桨流体动力性能相对于静水中性能的变化,将波浪中螺旋桨运动分解为旋转兴波和振荡兴波两部分线性迭加。利用Ｇｒｅｅｎ函数法,求解其兴波问题,给出桨推力的变化值。编制程序进行了系列数值计算。结果表明,波浪中螺旋桨推力系数变化值随桨轴浸深、桨升沉振荡频率和幅值而变化。     

不同攻角时等高型陷落腔流激振荡特性研究

针对均匀流场中三维等高型陷落腔因分离流而产生的流激振荡问题开展了系列的实验研究。实验过程中分别考虑了来流攻角为0°和15°时、雷诺数变化范围(Re=2.06.105～1.16.106)时三维等高型陷落腔的流激振荡特性。实验中分别测量了三维腔体侧壁周向及垂向流体压力,在分析腔体内稳态压力和脉动压力的周向、垂向分布规律及腔口剪切层自持振荡特性的基础上,研究了攻角对流体压力分布和剪切层振荡频率特性的影响。实验结果表明:均匀流场中三维陷落腔内部压力分布复杂且当雷诺数大于某值时腔体内稳态压力全都呈现出负压,同时来流攻角的增加使腔口导边、随边和腔体内稳态压力明显地减小,顶流点处的稳态压力随相对高度增加先减小后增大。攻角的增加使剪切层振荡频率减小,但并未影响剪切层振频无量纲St数随流速的变化规律。     

不同宽高比叶片对明渠水流影响的试验研究

采用宽高比尺寸1比20、1.5比13.3和2比10的矩形薄片模拟等面积不同几何形态的植物叶片.通过水槽试验对同一水流条件作用下三种叶片对水流的时均流速、紊动强度、雷诺应力的影响进行研究发现:宽高比越大的叶片对水位的影响越小;植物区同一水深的流速随植物宽高比的增大而减小;同一水深宽高比越大的叶片摆动频率越高,其紊动强度也越大;紊动强度、雷诺应力和时均流速的垂向分布类似都表现出了一定的相似性,说明矩形叶片水流紊动具有三维各向紊动同性,而且叶片宽高比的改变并不影响其紊动的各向同性;植物的存在时会使明渠糙率系数极大的增加.     

波浪中螺旋桨流体动力性能变化的近似计算

螺旋桨在波浪中随船运动,总的状态应该是前进,旋转和振荡三者结合的。本文为了近似计算波浪中桨流体动力性能与静水的变化,将波浪中运动的螺旋发解为旋转兴波和振荡兴波两部分线性迭加。利用Ｇｒｅｅｎ函数法求解其兴波问题,从而给出桨推力的变化值。文章根据编制的程序进行了系列数值计算,结果表明：波浪中螺旋桨推力系数变化值随桨轴浸深、桨升沉振荡频率和幅值而变化。     

均匀流场中含自由液面的陷落腔脉动压力分布研究

在有自由液面的情况下,针对横剖面为圆形的陷落腔模型,在均匀流场条件下,开展水动力实验研究,模拟了大量的工况,测量了腔体壁面的流体脉动压力.本文分析了模型所受的脉动压力随傅汝德数在不同腔体位置的变化趋势,并讨论了晃荡现象对压力分布的影响.实验时发现,傅汝德数小于0.35的工况有明显的晃荡现象发生,而傅汝德数小于0.35的工况的脉动压力系数也明显大于其他工况,且变化剧烈.本文认为,流体剪切层自持振荡与腔内液体深度驻波振荡共振是产生晃荡现象的原因,本文实验中Fr≤0.35的工况对应的流速正是达到以上两种振荡频率耦合所需要的流速.本文对工程应用中的腔体尺度和形式的设计有一定的指导意义.