肋条减阻

随着世界上能源消耗的不断上升，使人们不得不认真考虑如何有效的保护有限的能源，探求节约能源的新技术和新方法。湍流减阻就是在这种应用背景下提出在新课。经过二十多年的努力，特别是湍流理论的发展，使得湍流减阻理论和应用得到了突破性的进展。就减阻技术讲，有肋条减阻、聚合物减阻、大涡硫碎减阻、吹气和吸气减阻、微气泡减阻等，这些减阻技术一个共贩考虑，就是要控制边界层内的湍流结构，特别是拟序结构，减少湍能的耗损以     

有压力梯度湍流边界层条纹结构的流动显示

本文利用氢泡技术对有压力梯度的湍流边界层进行了流动显示的研究，发现在不同的压力梯度下条纹结构的形状以及强度等发生了变化，得出：逆压梯度能够激励和促进湍流边界层条纹结构的发生和发展，而顺压梯度对之有抑制作用。     

V型沟槽尖峰形状对减阻效果及流场特性影响的数值分析

采用雷诺平均N-S方程和RNG k-ε湍流模型计算V型沟槽面的湍流边界层流动和黏性阻力,研究了V型沟槽尖峰形状对减阻效果、湍流边界层内的速度分布以及沟槽壁面切应力的影响.计算结果表明,沟槽尖峰处的圆角半径越小其减阻效果越好,最大减阻率可达6.6%;沟槽斜面中下部的壁面应力随着圆角半径的减小而降低,但尖峰处的局部壁面应力会随之而增大.沟槽尖峰处生成的二次涡是产生并影响减阻效果的根本原因.     

基于空间变化展向电磁力的槽道湍流壁面减阻特性研究

槽道湍流空间变化的展向Lorentz力可以有效干扰湍流拟序结构,抑制壁湍流的产生,达到良好的减阻效果。该文以槽道流形成的充分发展的湍流边界层为基本研究对象,利用Fourier-Chebyshev谱方法,通过直接数值模拟(DNS),对槽道湍流空间变化的展向Lorentz力控制和减阻问题进行了研究。传统方法往往直接对湍流进行研究,但由于湍流结构的复杂性,减阻机理不能完全解释清楚。为解决上述问题,提出了Lorentz力对湍流的控制过程实质上是诱导流场与固有流场相互作用。首先分析了诱导流场展向速度分布特点,然后介绍了固有流场典型特征,进而把调制流场和诱导流场、固有流场进行对比,发现调制流场是通过诱导流场与固有流场相互作用实现的。研究结果表明,在优化参数控制下,诱导流场逐渐主宰壁面边界层,这导致了壁面阻力的下降,平均减阻率最高可达39%。     

重力场下平板边界层内气液两相流动数值分析

通气减阻技术因具有降低能耗和环境污染小等效果,在工程领域内得到广泛关注。为研究重力场中气相在平板湍流边界层内流动演化过程及由此产生的减阻效应,该文耦合连续表面张力(CSF)的VOF多相流模型和标准k-?湍流模型,求解非定常RANS方程,对边界层内气液两相流动进行数值模拟。通过计算结果与实验结果的对比,验证了数值方法的有效性;进而对不同通气流量和来流雷诺数下,气泡当量直径、近壁区空隙率及流动减阻率进行定量分析。结果表明:减阻效应与近壁区空隙率密切相关;来流雷诺数和通气量的提高,均能增强减阻效应。     

壁面微结构流动控制技术的减阻机理研究

为了研究壁面微结构流动控制技术的减阻效应及其产生的原因,利用循环管路系统的方形管道进行了压降测定试验,并利用粒子成像测速仪测量了边界层内部结构和对应的参数。试验采用了沟槽和肋条两种不同类型的微结构壁面,每种形状的微结构各有3种不同的结构尺寸。试验研究结果表明:在一定的无量纲宽度s+范围内,6种不同的微结构壁面都具有减阻效果;减阻率随着s+的增大,呈现先增大后减小的趋势,其中沟槽壁面2的减阻效果最好,最大减阻率为9.90%;壁面微结构通过影响流场内部的涡结构、湍流脉动、雷诺切应力和平均流速等使得不同壁面微结构具有减阻效果。     

均匀切变湍流边界层的特性

本文运用快速畸变理论对均匀切变湍流边界层特性进行了研究，并重点探讨了均匀切变湍流边界层与无切变湍流边界层之间的联系，以及初始各向异性对均匀切变湍边界层特性的影响。     

沟槽面管道湍流减阻的数值模拟研究

采用标准κ-ε模型，通过数值计算考察了两种沟槽面管道湍流减阻性能，包括不同的沟槽深度、沟槽间距以及零压梯度和逆压梯度的阻力性能，获得最大11％的减阻效果，并对其进行了实验验证；探讨了沟槽面的减阻机理，分析结果与沟槽面平板湍流减阻的结果较一致。     

表面活性剂减阻流体热边界层温度脉动及传热特性实验研究

该文针对在水中添加阳离子表面活性剂产生的减阻作用同时降低传热性能的现象,应用相位多普勒激光测量系统和热电偶温度测量系统对二维流道内表面活性剂减阻流体热边界层内的湍流温度脉动以及传热特性进行了实验研究.研究表明,表面活性剂减阻流体平均温度梯度在流动缓冲层很大,热扩散率较低,而水的热阻主要发生在近壁区域的高扩散层.表面活性剂减阻流体温度脉动强度与速度脉动强度有相似的分布趋势,其峰值都向外层移动.在近壁处的高扩散层温度脉动频率很小,而在平均温度梯度很大的低扩散层,减阻流体的温度脉动频率有所增强.而水的温度脉动频率比表面活性剂溶液高且在整个断面上几乎没有变化.对于表面活性剂热流体,湍流温度脉动对轴向热流量的贡献更大,使得轴向热流量的最大值出现在靠近温度脉动强度最大值所在的位置.表面活性剂减阻流体法向湍流热流量分布与雷诺应力分布有相似的趋势.     

湍流边界层流向-展向平面中发卡涡的涡迹特征

研究湍流边界层精细流动结构特征,有助于建立流动结构特征与壁面摩阻、流噪声之间的关联,从而为湍流边界层减阻降噪机理的深层次研究奠定基础。该文应用PIV(粒子图像测速)技术,对平板湍流边界层中发卡涡在流向-展向平面的涡迹特征进行研究。利用PIV瞬时速度场,捕捉到明显的低速条带,通过统计分析获得对数层范围低速条带间距随壁面法向距离的变化以及雷诺数的影响规律。同时,通过涡识别准则,提取在流向-展向平面内长低速条带两侧的反向漩涡带,揭示了发卡涡包与长低速条带的内在关系。此外,还研究了流向-展向平面发卡涡涡腿间距随壁面法向距离的变化规律以及雷诺数的影响。     

仿生非光滑沟槽形状对减阻效果的影响

利用有限体积法对三角形、扇贝形和刀刃形三种仿生非光滑沟槽表面流场进行了数值计算.近壁面区采用B-L两层模型,远离壁面区采用雷诺应力模型.分析了三种沟槽非光滑表面的流场特性,对计算域中心 Z＝3mm平面的速度场和湍流统计量进行了研究,分析了不同沟槽形状对减阻效果的影响,为最佳减阻沟槽设计提供了理论依据.三种沟槽具有相同的特征尺寸,顶点间距 s＝0.1mm,沟槽尖顶到谷底高度 h=0.05mm,与光滑表面相比减阻效果分别为 3.2%、9.1%、9.7%,数值计算结果和风洞与油槽实验结果有较好的吻合.     

弹性管的紊流减阻效果与流激振动特性的实验研究

在实验确认弹性管确有紊流减阻效果的基础上,对其流激振动特性及紊流减阻效果进行了实验研究。结果表明:管的壁厚越小,管外壁的流激振动的脉动位移有效值越大,紊流减阻效果越好;在雷诺数Re约为2×104时,壁厚为2mm、3mm及4mm弹性管的流激振动减阻率依次约为12%、10%、8%。     

DRAG REDUCTION IN A TURBULENT CHANNEL FLOW WITH HYDRO- PHOBIC WALL

This paper investigates a theoretical prediction of friction drag reduction in turbulent channel flow which is achieved by using superhydrophobic surfaces. The effect of the hydrophobic surface is considered to be a slip boundary condition on the wall, and this new boundary condition is added to Large Eddy Simulation (LES) equations. The predicted drag reduction at Reτ=180 is approximately 30%, which concurs with results obtained from Direct Numerical Simulation (DNS). An important implication of the present finding is that the near-wall turbulence structures are modified with streamwise slip velocity. In addition, a noticeable effect on the turbulence structure occurs when the slip length is greater than a certain value.     

DRAG REDUCTION EFFECT OF COUPLING FLEXIBLE TUBES WITH TURBULENT FLOW

To analyze the mechanism of drag reducing effect by coupling flexible tubes with turbulent flow, based on experimental examination of more obvious turbulent drag reduction effect in flexible tubes than in rigid tubes, experimental investigation was performed on the effect of turbulent drag reduction, fluctuating vibration characteristics of flexible tube and the correlations by using a double-tube system and laser displacement sensor. The results are as follows： with the decrease of the thickness of the flexible tubes, the root mean square of fluctuating amplitude of the outer wall of the tubes increases, and the non-dimensional burst period increases, resulting in the increase of the reduction rate of drag coefficient by coupling flexible tubes with turbulent flow. At applied pressure-balanced air on the outer wall and the Reynolds number of about 1.75×10^4, the non-dimensional burst periods of the flexible tubes with the thickness of 2 mm, 3 mm, 4 mm are 141, 126, 105, respectively.     

BOUNDARY LAYER EFFECTS ON SOLID PARTICLE MOTION AND EROSIVE WEAR

ＢＯＵＮＤＡＲＹＬＡＹＥＲＥＦＦＥＣＴＳＯＮＳＯＬＩＤＰＡＲＴＩＣＬＥＭＯＴＩＯＮＡＮＤＥＲＯＳＩＶＥＷＥＡＲＬｉｕＸｉａｏ－ｂｉｎｇ（ＳｉｃｈｕａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１１７４４，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）Ｃｈｅｎ...     

柔管与紊流耦合减阻效果的初步研究

为探讨柔管与紊流耦合减阻的初步机理,采用双重管结构及激光传感测位仪,在通过实验确认柔性管与刚体管相比确有紊流减阻效果的基础上,对柔管的紊动振动特性及相应的紊流减阻效果以及二者的相关性进行了实验研究。结果表明：柔管的壁厚越小,管外壁振动的脉动位移越大,无量纲的猝发周期也越大,紊流减阻效果越好;柔管壁外为压力平衡空气且雷诺数约为17 500时,壁厚分别为2,3,4 mm柔管的无量纲猝发周期依次为141,126,105,这将为设计高效的流体输送技术提供了一种实验技术上的选择。     

柔性管自激振动减阻效果的实验研究

在实验确认柔性管紊流减阻效果的基础上,采用双重管结构,对柔性管的自激振动减阻效果进行了实验研究。结果表明:管的壁厚越小自激振动的减阻率越大;在雷诺数约为2.2×104时,壁厚为2 mm,3 mm及4 mm的柔性管自激振动减阻率依次约为13%,10%,8%。     

AN INVESTIGATION OF FLOW CHARACTERISTIC OF AERATED DRAG REDUCTION IN TUBE

Under the aerated conditions of wall and top intube, the turbulent flow in the tube was measured by usingLDA. The turbulent structure of the flow field and the mech-anism of aerating drag reduction in the tube were discussed. It is shown that the energy dissipations of turbulence flow andmean flow will reduce and the flow velocity (or flow rate) willincrease by injecting mini-bubbles to the wall or top of tube,namely the effect of aerating drag reduction is attained.