管道热边界层理论的研究

研究了高粘性液体管道流动的热边界层理论。利用圆柱坐标粘性流运动基本微分方程,提出了管道热边界层方程,推导出边界层中的温度分布以及层流和紊流时热边界层厚度的常微分方程和解析解计算表达式,并通过Matlab编程实例,给出了热边界层厚度解析解与数值解的比较。计算结果表明:1)粘性的影响将使得热边界层的发展加快,随着粘性和流量的增大,其影响将更加显著;2)紊流时热边界层的发展比层流时要慢。     

管道热边界层减阻理论的应用研究

全面研究了高粘性液体管道流动的热边界层减阻理论的应用。利用管道热边界层理论中关于边界层的温度分布及层流、紊流时热边界层厚度的计算表达式,推证了管壁热流量及定性温度的计算表达式,利用指数型的粘温特性方程,采用积分方法推出了管道热边界层流动中层流和紊流摩擦水头损失的计算公式,并给出了设计应用实例。计算结果表明,对于高粘液体短管输送,其流动一般均为边界层入口段,热边界层减阻的最佳范围大致是管长L≤5km,管径D≤200mm。     

管流速度边界层解析

采用动量积分方法推出了管道流动中的速度边界层方程,给出了管道层流和紊流时速度边界层和核心区中的速度分布、边界层厚度的解析结果,并与冯·卡门动量积分方程推出的结果进行了比较.得到了管道层流和紊流时速度边界层入口段长度的表达式,表明比现有教材中所给出的公式数值要小.证明了管流中速度边界层的发展要远远快于热边界层.因此在研究管道热边界层流动时假设速度边界层已充分发展是合理的.     

热边界层流动中管道的热损失

在高粘液体管道输送中,利用热边界层减阻需确定热流量的计算。热边界层流动中管道的各种热损失是总热流量的一部分。热损失有管内、管外及保温层三种形式。管外热损失是向周围的空气散发的,通过对流的形式发生。管内的热损失是导热或对流。保温层的热损失主要是导热。利用热边界层理论的成果,给出了各种传热系数和管道热损失的计算公式,并给出了多个计算实例。     

管道热边界层方程的迎风有限元分析

对于管道热边界层方程,除了采用动量积分方法求得理论解析解外,也可以用数值方法求解,如有限差分、有限体积、有限元等方法.理论解析解是采用一定的简化并忽略若干项之后得到的,因此,也只是一种近似解,数值解可以考虑完整的方程和各种边界条件,因而其解较为全面.采用伽辽金有限元方法求解,管道热边界层方程为标准的对流扩散方程,当对流项较强时,需要采用迎风方法,因而也给出了迎风有限元方法的模型.     

热边界层减阻管道加热方式综合评判

人们还没有完全认识到利用热边界层进行减阻的重要意义.随着管道热边界层减阻技术的广泛应用,对于节约能源、降低投资、减少劳动强度、提高作业效率具有十分重要的意义.考虑到选择要素(如可靠性、经济性)指标具有不相容性和模糊性等特点,加之又没有相应的评价指标,为保证选用的科学性,采用综合评判法对其进行评判.从评判模型实例得出:管道电加热热边界层减阻的运行费用只有蒸汽加热的1/25～1/29,具有非常高的经济效益.电热带法能适应各种连接复杂的管道,对于输送距离较短的油库高粘性液体较佳.     

油库高粘油品输转作业新方法

创造性提出了一种采用管道热边界层减阻与高粘泵匹配,实现油库高粘油品不升温直接输转作业的新方法,并在多个油库成功应用,取得了较好效果.该技术方法采用管道加热、储罐引油、高粘泵输送相结合,设备简单,能耗低,易于自动控制.该方法主要适用于短距离、小口径高粘油品管道输转作业,最佳范围是管长L≤5 km,管径D≤200 mm.目前,人们对利用热边界层进行减阻的意义认识还不深刻,随着管道热边界层减阻理论的建立和完善,该技术方法必将在更多短距离、小口径高粘性液体领域的管道输转作业中得到应用,并产生显著的社会和经济效益.     

围绕J=1/2,2水平椭圆柱的有限长接触熔化

研究相变材料围绕J =1/2 ,2水平椭圆柱在有限长接触时的温差熔化过程 .应用边界层理论求得熔化边界层厚度 ,作用力与熔化速度关系式 .讨论了有关结果 ,并与长椭圆柱以及有限长圆柱的温差熔化的结果进行了比较 ,给出一些有益的结论     

壁面湍流换热全断面统一温度分布公式

以往,对壁面湍流(主要指平壁湍流边界层流动和管流)换热,没有理想的全断面统一温度公式。本文利用热量和动量比拟关系,采用了较好的全断面统一速度分布,以空气(Pr=0.7)为例,求得了统一温度分布曲线,和实验点符合较好。同时给出了温度近似表达式。最后,和经验准则方程比较,结果一致。     

矩形腔内相变材料上下加热时接触熔化的研究

本文对矩形腔内相变材料的紧密接触熔化过程进行了分析。矩形容器的上下壁面保持各自的温度对相变材料加热,且相变材料可以有不同的高宽比。应用Nusselt液体边界层理论,本文求得了传热过程的熔化规律与液体边界层厚度,并讨论了熔化温差与高宽比对熔化过程的影响,最后给出结论。     

高黏油品热边界层减阻输转工艺及装置研究

油库高黏油品黏度大、凝固点高,在常温下管输水力损失大,必须加热升温降黏后才能实施管输、收发及灌桶作业.分析了黏油蒸汽加热的不利因素,研究了黏油热边界层减阻输转理论与工艺技术,开拓了热边界层理论与技术的应用领域.研制了基于热边界层减阻理论的黏液输转装置,建立了黏油热边界层减阻工艺水力和热力数学模型,并编制计算程序,通过热...     

计算空气动力学飞机红外辐射强度估算方法

结合CFD技术和红外辐射理论发展了一种飞机红外辐射强度估算方法.首先通过欧拉方程数值模拟来获得飞机表面温度场分布,然后应用结合粘性附面层理论进行壁面温度计算分析.在获得了飞机表面温度分布数据之后,采用灰体辐射理论估算全机红外辐射强度.进行某喷气式飞机红外辐射强度估算研究,分析有/无尾焰情况的飞机红外辐射强度计算结果,初...     

化学氧碘激光器光腔边界层的被动控制方法实验

针对化学氧碘激光器(Chemical Oxygen-Iodine Laser, COIL)光腔内边界层的被动控制方法,设计了三种实验件。光腔的上下壁板是可拆卸的,可以更换不同的实验件,以此比较边界层的控制效果。实验结果表明:开槽板、主流引射缝和开孔板在对光腔边界层的控制上都取得了一定的效果,改善了光腔特别是光腔后半部分的压力分布。在一定范围内,增加边界层的抽气量,可以进一步减小边界层厚度,降低光腔压力,同时提高COIL出光功率,但是当抽气量过大时,反而会降低出光功率。三种实验件中,主流引射的方式对抽气量最敏感,当抽气量增加至5%时,COIL出光功率已经明显下降;开孔板对抽气量不太敏感,抽气量从1%增加至7%,对COIL出光功率的影响并不明显。     

脱层壳屈曲的一阶剪切理论

脱层的存在将会大大降低层合结构的屈曲载荷。本文将含任意位置环向贯穿脱层的轴压圆柱壳分成多段子壳 ,用厚度的一次多项式模拟脱层壳屈曲时子壳的轴向和环向位移 ,利用变分原理导出了脱层壳的屈曲方程和定解条件 ,并用状态空间方法进行求解。通过与经典理论的比较 ,指出了它们各自的适用范围 ;考虑脱层壳的三种不同屈曲模态 ,分析了边界条件、脱层长度、深度对脱层壳屈曲载荷的影响 ;最后给出了正交各向异性脱层壳的屈曲分析     

Design of infrared camouflage cloak for underground silos

The temperature difference between the exposed surface of an underground silo and the surrounding soil surface is significant, which means a silo can be easily found by infrared detection. We designed an infrared camouflage cloak consisting of an imitative layer and an insulation layer for the silos. The imitative layer is used to imitate the thermal response of the soil to the surrounding environment. The insulation layer is used to weaken the impact of the internal temperature field of the silo on the lower boundary of the imitative layer. A silo model including surrounding soil and a soil model without silo were established, and the influences of the material and thickness of each layer on the infrared camouflage effect were analyzed. The results show that when using a silicone rubber containing alumina powder with a volume fraction of 3.18% as the imitative material, its thermal inertia is in consistent with that of the soil. Meanwhile, it was found that the thickness of the imitative layer doesn’t need to be greater than its thermal penetration depth to achieve the infrared camouflage, and the absence of the insulation layer will cause hot spots on the silo surface in winter to weaken the camouflage effect. The optimized thicknesses of the imitative layer and the insulation layer are 22 cm and 4 cm respectively. The simulations indicate that with the application of the cloak, the maximum value of the absolute values of the temperature differences between the average temperatures of the silo surface and the surrounding soil surface temperatures drops from 1.59 °C to 0.31 °C in summer and from 1.92 °C to 0.21 °C in winter. This designed cloak can achieve an all-weather and full-time passive infrared camouflage.     

装配式管线水力瞬变的非线性流固耦合模型

装配式管线是一种重要的油料保障装备,用于地面铺设,属于典型的薄壁弱约束管线系统。根据装配式管线的特点,应用管道弹性变形理论,推导了水力瞬变状态下装配式管线的非线性流固耦合5-方程模型。该模型充分考虑了管道与流体之间的耦合互动效应,耦合形式包含了泊松耦合、摩擦耦合、结合部耦合,以及管线系统的轴向、横向和径向振动耦合,并计及了管道结构阻尼的影响。针对装配式管线的特殊连接约束方式,提出了一种带有扭转弹簧的铰支型约束边界,可通过确定扭转弹簧的弹性系数来建立管线两端的约束边界方程。