声波衰减的数值模拟

为了采用计算流体力学方法对热声制冷机进行数值模拟,以突破热声热机现有计算方法的限制,基于压力修正算法的基本思想开发了用于模拟非稳态小马赫数可压缩流动的数值程序,并将其应用于声波衰减的数值模拟.对一维及二维声波衰减过程的模拟显示,数值计算的结果与声学理论的预测符合良好,说明了方法的正确性.     

液封液桥内振荡热毛细对流的三维数值模拟

为了了解微重力下液封液桥内热毛细对流的基本特性,利用有限差分法进行了非稳态三维数值模拟,液桥高为(1-3)mm,直径为2mm和3 mm,液封外直径为(4-7)mm。模拟结果表明,当Marangoni数较小时,液封液桥内的热毛细对流为稳定的轴对称运动,当Marangoni数超过某一临界值后,流动将转化为三维振荡流动;为此,确定了发生振荡的临界Marangoni数,分析了各种条件下热毛细对流的振荡特性,计算了相应的振荡频率。     

液相工质中热声效应数值模拟研究

基于求解可压缩流体的N-S方程,分别计算水及R134a两种液相工质在二维空间内的热声波产生及传递过程,分析初始压力及左侧壁温阶跃值对两种工质热声压力波产生的幅值及波传递到右边界后与壁面的热流交换影响情况。结果表明,初始压力对两种工质热声波产生的幅值及与向右边界换热的热流影响不大;压力幅值及右边界传热热流强度随左侧壁温度阶跃值增大而增大;在相同边界条件下,R134a可以产生更大幅值的压力波,并且与右边界换热的热流较大。     

壁温周期变化引起的一维热声波的数值模拟

本文采用可压缩流动的SIMPLE算法对壁温周期变化引起的气体中的一维热声波的产生和传播进行了数值模拟,分析了其中的流动和换热规律.计算结果表明,壁面温度周期变化可以产生大振幅的热声波,当其达到准平衡状态时温度产生稳态的超温现象,超温幅度的大小和极值的位置随着加热温度的振幅和频率变化而不同.超温现象导致冷壁面的温度梯度增大,强化了介质与冷壁面间的换热.     

斯特林回热器振荡流换热特性模拟研究

建立局部三维丝网模型研究斯特林回热器在振荡流下的换热特性,分析不同热端温度、入口流速及工作频率下回热器中振荡流周期内的瞬态换热规律。结果表明工质在振荡流的加速与减速期间内的加热及冷却过程的换热特性存在较大差异;冷却过程的最大Re数比加热过程高133%～474%;相同Re数下,加速与减速期间内的Nu数最大差别为14.6%;冷却过程的Nu数比加热过程高1%～22%;整体而言,一个周期内振荡流的换热量比对应工况下的单向流高20%左右。通过实验对比数值模拟结果,提出加热及冷却过程的Nu-Re关联式:Nu=3.56+0.36Re~(0.66)和Nu=17.67+0.37Re~(0.64),误差在7%以内。     

绕汽柱热毛细对流的数值模拟

本文建立了一个在常重力及微重力情况下绕汽柱热毛细对流的数学模型,并采用有限差分法来积分非稳态动量方程和能量方程,得到了不同参数下热毛细对流的数值解．通过数值模拟,得到了不同参数下热毛细对流的速度矢量场,了解了有关无量纲参数对热毛细对流的影响规律．得出结论：热毛细对流不仅在微重力条件下存在,即使在重力场中,在特定情况下也是不能忽略的。     

Rijke管热声振荡的稳定性切换行为研究

采用数值方法模拟了强弱两种阻尼条件下传热迟滞时间对一维Rijke管热声系统稳定性的影响,发现Rijke管系统存在稳定性切换现象.在推导了无量纲形式的管内声波动量方程和能量方程之后,利用Galerkin方法对控制方程进行展开并在时间域内数值求解.分析了强阻尼和弱阻尼条件下,给定热源的Rijke管热声振荡的稳定性与传热迟滞时间的关系.结果显示:在两类阻尼条件下,持续增大传热与速度的迟滞时间,系统均呈现出稳定性切换现象,即系统在稳定和不稳定两个状态间持续转变;但弱阻尼系统的不稳定区域宽于强阻尼系统的不稳定区域,系统最大振幅相对增大,且系统热声振荡的主模态在不同模态之间发生转换.最后,通过求解系统各阶模态极限环幅值随传热迟滞时间的变化,发现Rijke管热声振荡稳定性切换现象与迟滞时间存在近似周期性关系.     

Rijke管自激热声振荡的数值模拟

为了对热声不稳定的发生及控制机理进行研究,对Rijke管内的自激热声振荡现象进行了数值模拟。采用具有低频散低耗散特点的计算气动声学方法,对带有非线性热源项的声波方程进行数值求解,并比较了不同的热源模型及边界条件对非线性效应的影响。结果表明,计算气动声学方法可以成功捕捉到Rijke管内压力的起振过程,而且在速度扰动达到平均流速度的1/3时,振荡会由线性增长转为非线性增长,最终达到有限幅值极限循环。相比热源项,考虑管口辐射耗散的非线性边界条件在振荡幅值和频谱方面对结果的影响都比较小。数值模拟得到的结果与实验符合较好,表明计算气动声学方法适合于热声振荡问题的研究。     

振荡翼型非定常气动特性数值模拟

本文采用URANS方法对NACA0012翼型在不同振荡方式下的非定常气动特性进行了数值模拟,并与实验和文献中DNS计算结果进行对比,结果显示:URANS方法较好地显示出翼型的俯仰振荡气动特性和近壁面速度随攻角变化规律,但未能模拟出前缘分离泡的生成和发展;对于沉浮振荡翼型,URANS方法能够模拟出尾涡的结构和尾涡间的相互作用。文中还对低频和高频振荡翼型的气动特性进行了分析。     

平板通道振荡流动强化轴向导热的数值研究

本文对平板通道振荡流动强化轴向导热现象进行了数值模拟。计算结果显示,在所计算的振荡频率范围内振荡频率越小,平均虚拟内热源越大,速度场和温度场之间的相位差也越小,表明速度场和温度场的协同程度也越好,因此轴向导热的强化非常显著。     

可压稠密气固两相流动过程的模拟计算

基于稠密气体分子运动论和颗粒动理学,建立可压稠密气固两相流动模型。采用梯度模拟来考虑气相可压缩性对气相湍流的影响。模拟计算表明气固两相射流速度沿轴向和径向减小,颗粒浓度下降。气固两相射流具有高的颗粒温度,呈现强烈的气固两相湍流流动特性。     

谐振管中混合工质的热声分离效应

本文在可压缩SIMPLE算法的基础上,基于先求解二维热声谐振腔内的速度场和温度场,然后利用求出的速度和温度值求解组分浓度场的思路,对混合工质的热声分离现象进行了数值研究。研究结果表明:在热声效应和热扩散效应共同作用下,声波能够将混合物中的两种气体分别泵向谐振腔的压力腹点和节点,使得混合气体在声波传播方向上逐渐分离。另外,通过考察5种不同管径下谐振管内径向浓度的变化规律,详细研究了浓度边界层在径向上的影响范围以及不同管径下的分离效率,并提出最佳管径应为16倍浓度渗透深度左右。     

雾化室雾气浓度分布的数值模拟研究

在实验测试中,一般都采用集雨器等常规方法来测定雾化室内的雾气分布状态。但是这种方法只能测定雾化室内某一截面处的雾气液滴沉降量,无法获得雾气的空间分布状况,并且无法了解雾化室内雾滴的运动状况对雾化室内其他设备的影响。数值模拟的方法对雾化室进行仿真计算弥补了普通实验测定手段的不足,使得对雾气的分布状态研究更直现有效。     

槽内热磁耦合流动换热数值模拟

数值模拟研究了矩形槽内导电流体由于焦耳热作用和电磁力共同作用引起的流动换热现象.数值结果表明,在给定流体性质情况下,焦耳热作用引起对流为两涡,电磁力作用时获得四涡流动,随Ha数的增加,电磁力驱动对流作用增大,热、磁共同作用时,流场温度场与Ha2Pr/Ra大小有关,从而影响到对流换热的强弱,在临界Ha2Pr/Ra以下,焦耳热引起的对流为主,Ha数增加,减弱换热;在临界日Ha2Pr/Ra以上,电磁力驱动的对流为主,Ha数增加,换热强化.     

S形扩张管道三维流场的数值模拟

采用改进的Beam-Warirling格式离散完全Navier-Stokes方程数值模拟了矩形变截面S形扩张管道内部亚跨声速层流流动,给出了流场的细致结构,并与文献[1]的计算结果进行了比较.结果表明:流场基本特性一致,二次流则较为清晰合理.     

空气横掠波纹管束流动与传热性能的数值模拟

本文应用层流模型和湍流模型的数值模拟方法,对空气外掠8排波纹管束时的流动与传热性能进行了研究,并将数值结果与实验结果进行了对比,结果表明:层流模型数值模拟结果较湍流更接近于实验值。同时,对两种模型的数值模拟结果拟合出了Nu-Re的关联式。     

具有隔板的平行通道内空气混合对流换热数值模拟

本文以锅炉干排渣装置为背景,对抽象的理论模型具有隔板的平行通道内空气混合对流换热进行了数值模拟.数值计算表明,在Re＞1000时应采用非稳态数学模型进行数值模拟;在Re＞500时,自然对流机制对流动和换热的影响基本可以忽略.数值计算给出了不同Re时的进出口无量纲压差、局部的Nux和平均Nu以及流线图.这些结果可为深入研究干排渣装置中流动和换热特性提供参考.