窄通道内层流-紊流转捩区流动与传热特性分析

为了研究壁面加热对窄通道内层流-紊流转捩点的影响,通过测量转捩区的阻力与传热特性,间接分析了转捩起始点的影响因素,并结合流迹显示实验对流动传热实验结论进行了验证.研究表明:壁面加热导致层流-紊流转捩延迟,粘性变化对转捩过程的影响非常小,加热导致径向速度剖面发生变化是影响转捩的主要因素;此外,转捩区的壁面温度沿轴向不是线性变化,层流突变导致局部努赛尔数的轴向变化存在一个拐点;层流突变点处的局部努赛尔数及局部雷诺数主要受入口雷诺数的影响.     

局部加密的正弦波纹微通道强化传热的数值研究

文中提出了一种局部加密的新型正弦波纹微通道,采用数值模拟的方法研究局部加密位置(上游、中部、下游)对波纹微通道流动换热性能的影响.结果表明,较矩形直通道,波纹微通道的传热性能显著提高,底面最大温差大幅降低.这主要归结于波纹形状的弯曲壁面使流体产生扰动,促进了流体混合;波纹微通道增加了对流换热面积,增强了对流换热效果.局...     

梯形截面通道三面加热时层流换热性能数值模拟

在恒热流工况下,对梯形截面通道不同结构参数下三维层流换热的热力性能进行数值模拟.研究了底面夹角θ为60°、75°、85°,结构参数b/a(上底宽为a,高为6)的范围为1/4～4/3,梯形截面通道三面加热(下底壁面绝热)时不同截面上的温度场和速度场,以及轴向不同截面上平均努谢尔特数的变化规律,并把结果与四面加热时的情况进行了比较.研究结果表明,梯形截面通道三面加热时的温度分布、传热性能和结构参数的影响规律与四面加热时有明显的不同.     

圆管分层层流的流动规律

从流体力学中N－S方程出发，建立了圆管两相分层层流流动的数学模型，通过两相分层层流的相互作用的流体力学分析，提出了两相流动界面的耦合条件，从而得到了一组完整描述两相圆管分层流的数学方程，再通过数值求解分层流的数学方程，得到了对工程实际应用有重要价值的流动规律，应用圆管两相分层层流的流动规律，可以实现高粘流体的高效率输送，其节能效果十分明显。     

设置三角形阻流件的通道内传热强化数值研究

对常物性流体在通道内的周期性充分发展层流对流换热特性进行了二维数值计算分析 ,所研究的通道是由两平行平板和交错布置于两平行平板上的多个三角形阻流件构成 .讨论了不同Pr数和不同Re数下阻流件高度、顶角和间距对换热系数的影响状况 .     

流体在矩形通道中作层流流动时的规律

平行壁面是环形通道当内圆半径趋于无限大时的极限情况,流体在矩形通道中流动时所受的内摩擦力或压降是流体在两个平行壁面间流动时产生的内摩擦力或压降的叠加,从以上结果出发推导出矩形通道截面上速度分布公式和摩擦系数式中M的数值。     

圆管层流脉动流动的数值模拟

为研究圆管层流脉动流动特性,建立了二维非稳态轴对称模型,对壁温恒定、入口速度周期性变化的流体进行数值模拟.分析了速度振幅和频率对层流流动的影响,得到了频率和振幅对压力、温度、壁面摩擦系数影响的规律.研究表明:脉动流动时,压力、温度、壁面摩擦系数围绕相同Re下稳态流动时的数值波动;压力与速度之间存在相位差;压力、壁面摩擦系数的波动与速度振幅和频率成正比;温度的波动与速度振幅成正比,与频率呈反比;当流体脉动的频率和振幅足够大时,会在近壁面处出现回流,并且出现回流的时间会随着频率和振幅的增大而增长.     

粗糙度对微细通道内流动特性影响的实验研究

对几何特性相似而粗糙度不同的3种不锈钢矩形微槽内水、乙醇和正己烷的流动特性进行了实验研究．研究发现,在层流区随着雷诺数（Re）的增大,摩擦阻力常数fRe也缓慢增大,与传统理论的fRe是常数不同,且相对粗糙度越大,fRe值也越大．对于相对粗糙度较小（k／Dh〈3％）的两种微槽转捩Re均在1685～1760之间,与传统理论相比,转捩并未提前．但相对粗糙度为3．15％的微槽的转捩Re数为1500,与传统理论相比,转捩已提前．层流区摩擦阻力系数均高于传统理论预测值,相对粗糙度较小（k／Dh〈3％）的两个微槽的摩擦阻力系数在Re〈1600的层流区域基本相同,但在Re=200～2800的测量范围内,相对粗糙度大于3％的微槽的摩擦阻力系数均比相对粗糙度小于3％的微槽的要大．过渡区域的摩擦阻力系数均比传统预测值高30％～40％．工质极性对摩擦阻力的影响很小．     

层流脉动流动对流换热数值分析

为了改进换热器设计方法及提高设备换热效率,通过建立恒定热流密度加热的圆管内层流脉动流动数学模型,对流量脉动条件下的流动与传热特性进行了数值分析.研究结果表明,脉动流动时速度与压降发生同周期的变化,但两者之间存在相位差,随着脉动频率增加,相位差逐步趋近于π/2;脉动速度的径向分布在一定频率范围内出现环状效应,频率越大速度脉动幅值越小,但环状效应越明显;温度脉动幅度随脉动频率、普朗特数增加而减小,随速度脉动幅度增加而增加.     

横掠膜片管束周期性充分发展流动的数值模拟

本文用ＳＩＭＰＬＥ方法对横掠顺排和叉排膜片管束周期性充分发展层流流动进行了数值模拟，得到了不同Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数下的流动阻力系数和流动图象。计算发现，Ｒｅ＞９００，流动已进入自模化。     

波状板上流动的数值分析

本文对波状板上的势流和层流运动进行了计算分析。对于势流场分别采用了理论解析法及有限解析(FA)法,两者的结果尚能较好地吻合。对于层流运动主要进行了数值分析。计算中应用了仿边界坐标变换及更加完善的FA法。成果表明当波高与波长之比α/λ值较小时势流与层流的壁压分布图差别不大,与此相反,当α/λ值较大时两者差别甚大,且仅在层流流场中出现了大的分离区。     

偏心圆环管中非牛顿流体流动的数值计算

通过坐标变换,在偏心圆环域中生成正交结构化网格,用有限差分法以及二阶精度的离散格式,研究计算非牛顿流体在充分发展层流情况下的流动特性,并将其计算结果同牛顿流体和实验结果相比较.在不同偏心率(0≤∈*≤0.6),不同半径率(0.2≤r*≤0.8),和不同流体指数(0.2≤n≤ 1)范围内寻找流动滞止规律,以此为石油化工工业生产过程提供有参考性的结果.     

Fully Developed Turbulence of Power-Law Fluids in Circular Pipe Based on Large Eddy Simulation

幂律流体圆管湍流的大涡模拟

王淑彦^1,2, 李淼¹, 王树青³, 李好婷¹, 陈羽佳¹, 马一玫¹, 孙启冀¹

（1.东北石油大学 石油工程学院, 黑龙江 大庆 163318;

2.提高采收率教育部重点实验室（东北石油大学）, 黑龙江 大庆 163318;

3.中国石油大庆油田股份有限公司第四采油厂, 黑龙江 大庆 163511）

摘 要：本文采用动态亚格子模型,对幂律流体在圆管内的充分发展湍流流动进行了大涡模拟（LES）,得到了不同幂律指数下的湍流流动信息。文中分析了平均轴向速度、脉动速度均方根和雷诺应力等随着幂律指数增加的变化趋势,得出随着幂律指数的增加对数区的平均轴向速度减小,脉动速度均方根和雷诺应力的值增大,模拟结果表明剪切稀化流体比剪切稠化流体的非牛顿特征更明显。同时对湍流流动的高阶统计量（偏斜因子和平坦因子）进行了分析,结果表明随着幂律指数的减小,轴向脉动的偏斜因子和平坦因子在近壁面区增大,随着幂律指数的减小轴向脉动的间歇性和非对称性更强。不同幂律指数下的湍流流动变化明显,进一步说明了幂律指数对幂律流体的湍流流动有重要影响。模拟结果与直接数值模拟结果吻合较好,证实了大涡模拟可以用来预测较大雷诺数情况下幂律流体流动的湍流特性。

关键词：大涡模拟;幂律流体;充分发展湍流

     

壁面凸体层流绕流流场的数值计算

采用贴体坐标变换方法将直角坐标系中不规则的流动区域变换成规则的计算区域．对求解原始变量（ｕｋ，ｐ）的ＳＩＭＰＬＥＲ方法进行了改进，应用有限分析法给出了由正常网格求解原始变量的选代方法．然后计算了台阶绕流和任意凸体绕流的流速、压力场．计算结果表明该方法简单有效，压力、速度收敛效果好，计算精度较高．可以用于计算各种流动区域的流场．     

瞬态层流流动过程中牛顿流体的非牛顿效应

对牛顿流体在瞬态层流流动过程中所表面出来的非牛顿效应进行了详细的理论分析，提出了动量传播速度的概念，对牛顿粘性定律在瞬态层流问题中的应用进行了分析，建立了动量微分方程。并以牛顿流体一维瞬态层流流动问题为例对本文所述问题进行了分析和讨论。     

大加速度场对流预混火焰影响的理论计算

建立了大加速度场中的层流预混火焰的一维模型,并应用改进的克莱法就加速度场对层流预混火焰传播速度及火焰面结构的影响以丙烷和空气的预混气为例进行了理论计算通过分析计算讨论了加速度对火焰传播速度,火焰面和密度分布及化学反应速度的影响及产生原因,为大加速度 场中的燃烧试验提供了一定的理论指导。     

层流紊流共存时径向滑动轴承热流体润滑性能分析

研究了无限宽动压径向滑动轴承油膜中层流、紊流2种流态共存和热效应对轴承特性的影响.在考虑油膜中同时存在层、紊流2种流态的条件下,对雷诺方程、能量方程和黏温方程联立求解,得到油膜压力分布、温度分布、黏度分布、承载力、摩擦力等特性参数,并将某工况下混合流态时油膜特性结果与单一层流流态时的结果进行比较.结果表明,在绝热条件下,与单一层流流态相比,混合流态下油膜承载力、摩擦力较大,温升较高,黏度变化较大;热效应使轴承承载力明显下降.     

一种新型旋流排沙渠道的试验研究和数值模拟

为解决多泥沙河流引水时的水沙分离问题,提出了一种渠道排沙新技术——旋流排沙渠道,并采用试验研究和数值模拟相结合的方法,研究了渠道内水流的水力特性和排沙特性,分析了该技术的可行性。结果表明：流速、水面线等参数数值模拟结果与试验值一致,数值模拟能够反映旋流排沙渠道内水流的运动状态;起旋室流态随渠道来流量的增加呈自由流、临界流及淹没流的流态演变序列;在淹没流流态下排沙洞内能形成有利于泥沙悬浮卷扬的旋转水流,且对引水渠道内的流态影响很小;随着上游渠道水深增加,排沙洞的分流比呈非线性规律减小,在上游渠道内水深H/B=0.97时,排沙洞的分流比仅为6.07%;上游渠道内水深H/B=0.21时排沙洞内最大流速较渠道平均流速增大了175%,对粒径为(0.075～3)mm泥沙的截沙率达93.7%。旋流排沙渠道是一种高排沙率、低耗水量的渠道排沙技术,成果有利于丰富引水工程中的水沙分离技术,可为这种排沙新技术在工程中的设计和应用提供参考。     

曲率和挠率对螺旋状矩形管流动特性的影响

利用基于带有物理基的非笛卡儿张量分析的广义矩阵法，在非正交的螺旋线坐标系中，推导出了连续性方程和Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程组。并利用有限元法，解出了上述偏微分方程组。借以分析研究了螺旋状矩形管在定常、充分发展的层流流动中，管的曲率、挠率和横截面倾斜角对流动特性的种种影响。