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.     

超声速燃烧火焰放热区结构CH-PLIF成像技术

超燃冲压发动机是吸气式高超声速飞行器的关键部件之一，超燃冲压发动机燃烧室内火焰结构的研究对揭示超声速燃烧的稳焰机理具有重要意义。利用平面激光诱导荧光（Planar Laser-Induced Fluorescence，PLIF）技术测量了超声速燃烧直连式试验台燃烧过程中重要自由基CH的二维分布，实现了超声速燃烧火焰放热区结构的可视化。在开敞空间的低速射流火焰炉中使用甲烷/空气预混火焰对CH-PLIF技术进行了初步验证和系统优化，再利用CH-PLIF技术在凹腔稳焰的超燃直连台上实现了超声速燃烧火焰放热区结构的二维可视化，并与OH-PLIF和CH自发辐射测量结果进行了对比。实验结果表明，在开敞空间的低速射流预混火焰中，火焰放热区会发生扭曲、褶皱和分裂等现象，随着雷诺数的增大，火焰锋面褶皱程度更加显著；在凹腔稳焰的超声速燃烧中，火焰放热区高度褶皱和破碎，放热区结构的厚度为0.5～6.5 mm，同时也存在放热区的分裂与剥离等现象。CH-PLIF技术能够以较高的空间分辨率更准确地呈现凹腔超声速火焰放热区的结构，其在凹腔稳焰的超声速燃烧诊断中具有重要的应用价值。     

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。     

传热对水边界层流动的影响

本文评述了壁面传热对水边界层流体流动及其阻力的影响,同时分析了加热减阻的应用及其影响因素。传热不仅对层流流动、层流向湍流的转捩以及湍流流动有明显的影响,而且对流动分离以及由分离引起的空化也有显著影响。以热脉冲加热的主动式加热方式既可用来产生和消除边界层的T-S波,也能用来控制边界层的分离。因此,热控制技术可望在控制边界层转捩和分离,减小流动阻力等方面得到应用。     

气动剥离液滴的附面层分析方法

本文根据附面层理论,对高速气流中的液滴,因气流和液滴表面相互作用而产生的气动剥离现象进行了分析,建立了气液两相附面层耦合问题的理论分析模型,得到了发生气动剥离时的最小气流速度的计算公式,为液体燃料在高速气流申雾化机理研究提供参考。     

多GPU的可压缩湍流并行计算

利用CUDA Fortran语言发展了一种基于GPU的计算流体力学可压缩湍流求解器。该求解器基于结构网格有限体积法,空间离散采用AUSMPW 格式,湍流模型为k-ω SST两方程模型,采用MPI实现并行计算。针对最新的GPU架构,讨论了通量计算的优化方法及GPU计算与PCIe数据传输、MPI通信重叠的多GPU并行算法。进行了超声速进气道及空天飞机等算例的数值模拟以验证GPU在大网格量情况下的加速性能。计算结果表明相对于Intel Xeon E5-2670 CPU单一核心的计算时间,单块NVIDIA GTX Titan Black GPU可获得107至125倍的加速比。利用四块GPU实现了复杂外形1.34亿网格的快速计算,并行效率为91.6%。     

基于相位估计的湍流降质图像盲复原

地基望远镜观测的空间目标图像受大气湍流的影响,其分辨率受到很大的限制。为了提高湍流降质图像的复原效果,提出一种改进的盲解卷积方法。首先,考虑观测图像受到高斯噪声和泊松噪声的干扰,推导出基于混合噪声模型的盲解卷积代价函数;然后,根据傅里叶光学原理,利用波前相位表示点扩展函数,将点扩展函数从像素值估计转换为参数估计;最后,通过参数化表示方式,将代价函数寻优从约束最优化问题转换为无约束最优化问题。模拟实验结果验证了本文模型与数值算法的有效性。     

分解炉内三维湍流流场数值模拟

针对某大型高性能分解炉的实际尺寸,用Realizable(带旋流修正的)k-ε模型,采用SIMPLE算法,二阶迎风差分格式,模拟了炉内三维湍流流场.计算所得的速度、压力分布与该炉热工标定的结果以及其实际运行的性能符合较好.     

棱纹面与洛仑兹力对湍流边界层特性影响的比较

用氢气泡技术对棱纹面平板以及施加行波式洛仑兹力的平板水边界层开展流动显示实验研究,探讨棱纹面与行波式洛仑兹力影响湍流边界层相干结构的作用机理.实验结果表明,棱纹面与洛仑兹力促进了边界层由层流向湍流的转捩;而对于湍流边界层,在一定的无量纲参数范围内棱纹面与行波式洛仑兹力都能实现边界层的局部减阻,相应地湍流边界层粘性底层低速条带平均间距有所增加.     

航天飞行器中的湍流问题

航天飞行器外部绕流与发动机内流均涉及湍流问题,湍流已成为现代飞行器设计中的重要元素之一。对边界层和混合层等模型问题的研究给出了湍流的一些机理认识,这些认识可指导飞行器中的湍流应用。