平板湍流边界层内气泡流流动实验研究

在低湍流度水槽里 ,利用片光源显示了平板气液两相湍流边界层内气泡流的流场结构 ,研究了平板安装位置、来流速度、喷气方式等参数对湍流边界层内气泡流的影响 .利用激光测速技术测量了平板水平放置时气泡流最外缘处的水平速度及厚度 .结果表明 :平板喷气减阻的原因在于喷气改变了平板湍流边界层的流动结构 ,抑制了湍流     

雷诺数对沟槽减阻特性影响的数值分析

采用雷诺平均N-S方程和RNGk-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,通过改变来流速度大小和沟槽面布置位置,研究了雷诺数对沟槽减阻特性的影响规律。计算结果表明,来流速度对沟槽减阻率的影响很大,对于一种尺度的V型沟槽,存在着一个具有较好减阻效果的来流速度范围,最大减阻率可达8.6%;沟槽面在沿来流方向上的布置位置对其减阻效果的影响则非常小。     

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。     

脊状表面湍流边界层高阶统计量特性

通过对不同风速下V型脊状表面及光洁平板表面湍流边界层内偏斜系数和平坦系数的测试,对比分析了脊状表面边界层内偏斜系数和平坦系数的分布规律。试验在一小型专用风洞中开展,流场测试中使用恒温式IFA300智能型流动分析仪,测试模型则采用有机玻璃材质的矩形平板结构,且试验中模型表面脊状结构的方向与流向一致。最终研究结果表明,脊状表面湍流边界层内偏斜系数和平坦系数分布规律与平板表面基本一致,但脊状结构的存在降低了距壁面无量纲高度y′10区域(包括整个粘性底层和过渡区的一部分)的偏斜系数和平坦系数,而对边界层中过渡区以外区域则影响不明显。由此可以推断,脊状结构主要影响边界层流场的近壁区。     

关于边界层理论教学中的几个问题

在传热学教学中,对流换热与边界层理论密切相关,所以动力、化工等专业的教材均要以较大的篇幅阐述边界层的定义、概念、特性及求解方法等。但我们觉得国内有关的统编教材在这方面的内容有值得探讨之处。下面就几个问题提出我们的看法。 1.关于边界层流动的概念自1701年牛顿提出著名的冷却定律开始,对流换热的研究已有两百多年的历史。初始阶段由于粘性流体方程组数学求解的困难,进展极其缓慢。1904年Prandtl提出了“     

两道同侧扫掠激波作用下形成的三维平板边界层

为探索一种减弱扫掠激波/边界层干扰强度的侧压方式,采用数值计算方法研究两道同侧扫掠激波作用下形成的三维平板边界层。对三维边界层的流动机理进行研究,并与相同气流偏转角的一道扫掠激波作用下形成的三维边界层进行定量比较。研究表明,存在两道同侧扫掠激波时,第一道扫掠激波使侧壁附近边界层变薄,进而使第二道扫掠激波与再附形成的边界层的相互作用减弱,从而总的效果是两道扫掠激波与边界层的相互作用强度比一道扫掠激波的弱;两道扫掠激波的气流总偏转角与一道扫掠激波的相同,相交后汇聚成的激波强度与一道扫掠激波的基本相同,之前被两道扫掠激波"扫"起来的边界层在汇聚激波作用下还呈现锥形流动,分离线和来流的夹角也与一道扫掠激波的基本相同。     

激波/湍流边界层干扰中的自适应控制技术

从激波/湍流边界层干扰机理以及流动控制的迫切需求入手,从自适应涡流发生器、自适应鼓包、自适应微射流以及自适应次流循环四个方面对激波/湍流边界层干扰中的自适应控制技术研究进展进行了总结。分析认为,结合AI技术发展自适应流动控制技术,加速控制方式智能化,可作为新一代高超声速飞行器宽速域飞行的重要技术手段。具体来说,就是通过调节外加激励对高超声速飞行器不同区域实现局部流动加/减速、气动热防护、气动控制等功能,根据流场参数建立控制反馈回路,自适应调整局部流场结构,以满足工程实际需求。     

弹药洞库有害气体分布规律研究

以计算流体力学（CFD）为理论基础,应用GAMBIT软件对洞库内的有害气体进行几何模型构建和网络划分,用FLUENT软件对所建模型中有害气体的扩散和分布规律进行模拟分析,并对单一释放源条件下扩散规律进行比较,分析弹药堆垛对气体扩散的影响．通过对洞库内有害气体的整体分布规律的研究,找到了库房内有害气体浓度最高的位置．最后,通过实验对仿真结果进行验证．     

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。     

军民两用技术流动模式与军民两用政策研究

基于流的观点,给出了军民两用技术流动的概念。在分析美国基于国家技术基础的技术流动模式和中国军民两用技术流动的副产品（spin-off）模式的基础之上,提出了基于军民协同国家创新体系基础之上的军民两用技术流动模式。建立了包括军民两用能力社会一技术网络、军民两用技术产业集群、“军民两用能力型”武器装备生产“预备役”企业的军民两用政策体系。     

螺旋混沌场数据显示

在对螺旋混沌场产生的机理、规律进行研究的基础上,探讨了螺旋混沌场数据显示的原理和模型,实现了对称螺杆转子实际挤压产生的螺旋混沌场的不规则数据显示.从螺旋混沌数据场可以得出以下结论: 齿面流线沿着流出腔朝外,流出方向符合设计要求;流体在转子的挤压下,主要作用力为主动转子的推力,设计时,对啮合推力的计算要十分慎重,稍有变化,就会影响流线的方向,对设备的噪声等造成影响;齿面的附着力也影响着流体的流动,也就是流线的形状;多个剖面沿着轴向螺旋上升即可实现所谓的螺旋混沌场.该研究为设计对称螺旋转子机械提供了一种直观概念和依据.     

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。     

油水两相分层流层流流速分布计算分析

利用剪切力比模型,进一步讨论了油水两相分层流层流流动的速度分布规律,将水相流速假设为抛物线形式分布与实验结果有较大偏差,将水相分为拖曳和返流两段更接近实际情况,模型所得水相计算结果更接近实验数据。指出剪切力比模型能否适合于油水两相分层流动计算理论需要更多实验结果验证。     

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。     

高超声速飞行器中若干气动难题的实验研究

回顾了近几年本研究团队在高超声速飞行器若干气动难题方面的实验研究进展。在边界层转捩方面,测量了边界层转捩现象,研究了攻角效应对圆锥边界层转捩的影响,获得了边界层转捩的脉动特性以其对飞行器表面热流和摩阻的影响。在激波-边界层干扰方面,分析了突起物形状变化对流动特性的影响,研究了复杂外形的流动特性。     

脊状表面近壁区湍流度分布规律

通过对不同风速下,不同形状、尺寸脊状表面及光滑平板表面边界层内湍流度的测试,对比分析了脊状表面近壁区湍流度的分布规律。试验在小型直流风洞中开展,流场测试中使用恒温式IFA 300智能型流动分析仪,测试模型则采用有机玻璃及铝两种材质的平板模型。在脊状表面理论零点及壁面摩擦速度的计算中,采用了基于紊流边界层对数律区流速分布公式同时计算壁面理论零点和壁面摩擦速度的改进方法。最终测试结果表明:脊状表面边界层过渡区和对数律区内湍流度与平板相比显著下降,最大降幅超过10%,证明脊状结构的存在有效减弱了壁面近壁区内"猝发现象"的发生。     

控制输液速度的理论分析和临床应用

本文采用流体力学中的压力、流阻等概念,应用伯努利方程和泊肃叶公式,导出了静脉输液中药液的流阻、流量的计算公式;论证了大、小动脉、静脉和毛细血管中血压的关系;给出了控制输液量大小的理论和实际操作方法.     

基于流体体积模型的双层油罐渗漏数值模拟

为了对钢制强化玻璃纤维制双层油罐贯通间隙空间进行优化设计,针对目前市场上主流双层油罐间隙空间的结构特点,应用计算流体力学数值模拟软件CFD,基于多相流流体体积模型,对双层油罐内罐发生渗漏后渗漏液体在贯通间隙空间的流动特点进行模拟计算。计算结果表明：液体在间隙空间流动时,其表面力对流动的影响占支配作用,体积力的作用可以忽略;当间隙垫片之间的距离≥0.8 mm,其对液体流动的阻碍作用开始减弱;主流双层油罐间隙空间的设计不合理,无法将油罐渗漏液体尽快引流到间隙底部。最后,根据液体在间隙空间的流动特点,对双层油罐间隙空间的设计提出了改进措施。     

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.     

脉冲等离子体推力器羽流场数值分析

为掌握脉冲等离子体推力器的羽流特性,考虑磁场对等离子体羽流的影响,结合DSMC和PIC方法建立了粒子-流体混合模拟模型,以磁流体力学模拟提供入口条件对推力器羽流开展了三维数值研究,并通过朗缪尔三探针诊断对计算结果进行了验证。研究表明,羽流膨胀过程中各组分的动力学行为差异明显;放电电流振荡会导致产生低速离子群,并会加重离子回流;电磁加速是羽流等离子体主要的加速机制,磁场对推力器羽流的流动具有重要作用。