微结构表面上流体流动的数值模拟

根据固液界面的复合接触模式,考察了液体在光栅表面上的流动。运用二阶中心差分方法对Navier-Stokes方程进行离散求解,采用了零滑移和零剪切交错边界条件,开发了一个用于计算二维流动参数的计算系统。运用该系统对二维管道进行了模拟,得到了管道内流体的速度分布和压强分布,并计算了管道的减阻情况。计算结果与以往类似结果对比说明了系统的理论基础和实施方案的正确性;计算结果表明,流体在光滑与光栅结构表面构成的管道中的压强分布存在一定差异,光栅结构表面具有一定的减阻性能。最后,通过对不同的表面结构参数进行数值实验,得出了用于减阻衡量的关系式。
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粘度对超疏水固体表面减阻影响的实验研究

为了研究流体粘度对微细结构固体表面减阻特性的影响,用飞秒激光加工技术在光滑K9玻璃表面加工出光栅微细结构,并对光滑K9玻璃和光栅结构K9玻璃表面进行硅烷化处理,用AR-G2流变仪测量了不同粘度甘油溶液在两表面的扭矩与剪切速率,根据推导出的减阻率计算公式,计算出它们各自的减阻率。结果表明:超疏水光栅微结构表面与疏水光滑表面相比具有明显的减阻特性;微细结构固体表面的减阻效果随着流体粘度的增加而显著提高。     

环矩形真空吸浮导轨的仿真研究

基于设计给定的气浮静压垫结构参数,建立流体边界模型,利用流体分析软件进行分析,得出气体的流动轨迹、压强及速度的分布曲线.分析曲线表明:压强分布为在节流孔正对的位置最大,其他方向压强都减小;中间与气腔正对的部分压强最小,到边缘减小为零.气流速度在节流孔正对的区域最小;速度在中间层最大.通过分析可以为优化静压垫的结构、提高导轨刚度和承载能力提供理论依据.     

超疏水表面减阻特性的研究进展

超疏水表面具有减阻效果,在提高管道传输效率、降低水下航行体和微流体器件中流动阻力等方面有着广阔的应用前景。介绍超疏水表面的制备、滑移理论以及减阻特性的研究,讨论微尺度下表面润湿性、表面微结构和流场流动状态对壁面减阻的影响,对超疏水壁面减阻的物理机制进行总结,并指出气体层不连续模型和气穴模型是分别适用于光滑疏水表面和带微结构超疏水表面的减阻模型。介绍超疏水表面减阻特性的一些应用,提出将超疏水表面应用到微流体系统中面临的问题,如微通道壁面疏水性的制备及其减阻效果的耐久性。     

超疏水光栅微结构表面减阻试验研究

为了研究超疏水固体表面的微结构对减阻特性的影响，首先利用飞秒激光加工技术在光滑K9玻璃基面上加工出微脊光栅结构，然后将光滑K9玻璃与光栅结构K9玻璃置于干燥箱内进行硅烷化处理，以降低表面自由能，最后用AR-G2流变仪测量两表面的流变特性，试验用流体为体积分数40%的甘油溶液和水。试验结果表明：两表面均存在明显滑移，即都具有减阻特性，且光栅结构的超疏水表面比光滑结构的疏水表面的减阻效果明显；减阻效果随着流体粘度的增大而增强。     

一种低流阻表面的流动与传热特性

采用数值模拟方法对流体在有圆孔表面的流动及传热特性进行研究。研究中分别对四种不同的工况进行数值模拟。数值模拟结果所得换热面努塞尔数Nu与采用迪图斯—波尔特(Dittus-Boelter)公式计算所得Nu数进行比较,计算误差均小于5%。研究结果表明,在四种工况下,圆孔表面由于圆孔的存在改变其表面附近流动边界层的流动结构,使得边界层内垂直于壁面的法向速度梯度变小,进而使得边界层厚度增加,且由于圆孔表面下方流体可吸收部分来自边界层以外的动量传递,降低壁面附近的湍流扰动,从而减少损耗,达到明显的减阻效果。计算结果显示:四种工况下圆孔表面的存在使得流动均有不同程度的减阻效果,四种工况中减阻效果最大可达14%;但是随着流动减阻效果的改善,圆孔表面的换热性能均有所降低。     

凹坑非光滑表面减阻技术数值模拟研究

对于管道输送,减小输送阻力消耗十分重要.对于减小输送阻力消耗,应用非光滑表面减阻技术尤为关键.利用流体力学知识,通过使用数值模拟软件,建立凹坑理论模型,以RNG κ-ε模型为基础进行分析,模拟计算了光滑表面和矩阵排布的凹坑表面.将两种表面流场分别进行数值模拟,得到不同的减阻效果.通过计算分析可以得出,在不同速度下,发现h = 0.05 mm的凹坑表面的减阻效果较好;针对12m·s-1工况下的凹坑表面进行分析,其平均剪切力小于光滑表面,说明凹坑内部的流体在压力差的作用下,产生低速旋流气体,促进主流区域流动,进而减小总阻力.     

基于FLUENT的管道内壁表面状态对流体摩擦阻力的影响研究

油气长输管道在运行过程中受腐蚀、结垢的影响,管道内壁表面状态会发生显著的变化,进而会引起管道内流场和沿程流体摩擦阻力的变化,目前在这方面的研究比较欠缺。基于计算流体动力学软件FLUENT,数值模拟在腐蚀、结垢条件下管道内壁表面状态发生改变后,管道流体摩擦阻力的变化情况。结果表明:管道结垢后在内壁形成凸起,流通面积减小,沿程摩擦阻力系数变小,单位长度压降和总的能量损失增大;管道腐蚀后在内壁形成凹坑,沿程摩擦阻力系数和单位长度压降均减小,说明形成腐蚀坑后不规则表面可能具有一定的减阻效果,研究可为基于表面纹理的管道减阻提供一定的参考依据。     

仿生非光滑表面管道的设计及有限元分析

仿生非光滑表面的减阻作用由于其在工程中的应用价值而被广泛关注。为了减小油气管道运输摩擦阻力损失，将蚯蚓体表的生物学特征引入管道中，设计了凸包型、凹包型2种非光滑壁面管道。结合理论分析、仿真模拟两种手段研究了仿生管道的高性能机理。通过对比仿生管道与普通管道内流体的流动特性，得到了性能最高的非光滑结构：凸包非光滑内壁管道。该管道相对于普通光滑管道，具有更高的减阻率，运输能量更强，流速更高，可为运输管道仿生减阻的深入分析提供参考。     

采用二维润滑模型的缸套-活塞环润滑分析

以发动机缸套-活塞环摩擦副为研究对象,基于二维瞬态平均Reynolds方程与微凸体接触模型,建立缸套-活塞环二维瞬态流体动压润滑模型.考虑缸套-活塞表面粗糙度、润滑油的变黏度效应以及汽缸套圆周方向形变等的影响,计算得到二维流体动压润滑下的最小油膜厚度、摩擦力等,并与采用一维模型计算得到的结果进行比较.结果表明,2种模型的最小油膜厚度、摩擦力的计算结果几乎是相等的,但采用二维润滑模型能够有效地对活塞环表面压力分布情况进行分析,并得到采用一维模型无法求解的环面压力分布特征.