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空间发展光滑圆管流动转捩的直接数值模拟

本文使用直接数值模拟(DNS)方法,通过谱方法结合嵌边法求解非线性的Navier-Stokes方程,来研究由圆管壁面引入的周期性吹吸(PSB)扰动作用下,圆管流动沿流向的空间演化规律及其相应的时间演化过程。本文计算中流动的雷诺数选定为3000,PSB扰动的周向波数选定为1,扰动频率选定为0.5,扰动宽度选定为。在这一组参数下,本文研究了不同扰动幅值的PSB扰动作用下圆管流动的转捩过程,首次给出圆管流动从层流转捩到湍流的时空演化全过程,发现了圆管流动的二次转捩现象,并进一步揭示了发卡涡是圆管流动转捩中的主要结构,流动的转捩过程与发卡涡的演化直接相关。此外,发卡涡与圆管流动中的高剪切层结构以及尖峰密切关联。在一定幅值的PSB弱扰动作用下,圆管流动中出现一系列发卡涡,发卡涡前缘处环形涡的形成、扩散和破裂以及发卡涡头部的破碎导致了流动的第一次失稳,产生塞流结构。塞流结构由于得不到来自上游的持续扰动激励,而其自身不具有维持其空间位置的能  (本文共108页) 本文目录 | 阅读全文>>

《力学学报》2003年01期
力学学报

空间发展圆管转捩的直接数值模拟

自两个世纪前的雷诺实验以来,虽然广大流体力学工作者从理论、实验、数值模拟等多个方向进行了不懈地努力,但至今圆管转捩的机理仍不十分清楚,其主要原因是应用线性稳定性理论分析圆管流动时总是稳定的.已经有多种理论用于解释圆管流动转捩,比如弱非线性理论【’,引,非线性临界层理论L3j,瞬态增长理论【4~引,然而问题依然没有得到很好的解释.最近的数值研究显示了在转捩预报方面的潜力,本文作者曾利用直接数值模拟的方法成功地再现了旁路转捩实验中观察到的“喷噗”和“塞流”现象【引,同时模拟了轴对称、非轴对称、随机分布等三种分布式粗糙管壁的圆管流动转捩,获得了不同雷诺数下壁面扰动速度的临界幅值等关系L8J.在光滑圆管流动转捩的研究中,本文作者再次利用直接数值模拟研究了亚临界扰动幅值下,圆管流动中由局部壁面引入的PSB扰动沿流向的空间发展n在该文中圆管的长度不足,流动没有达到湍流段,只显示了转捩的早期阶段.在本文中,我们通过加大网格数延长了计算的圆管长...  (本文共8页) 阅读全文>>

《工程力学》2003年05期
工程力学

圆管流动的二次转捩

1 引言 自1883年的雷诺实验以来,对于圆管流动的转捩问题虽然广大流体力学工作者从理论、实验、数值模拟等多个方向进行了不懈的努力,取得了不少成果,但至今实验结果与理论分析不完全一致。实验中已经观察到强扰动作用下的旁路转捩[1]以及“喷噗”和“塞流”现象[2],但现有理论并不能解释这些转捩形式的成因,其主要原因是应用线性稳定性理论分析圆管流动结果总是稳定的。近来瞬态增长理论[3][4][5][6]得到了很好的发展,但在实验中没有观察到相应的完整的现象。最近的数值研究显示了在转捩预报方面的潜力,例如单桦[7]利用直接数值模拟的方法成功地再现了旁路转捩实验中观察到的“喷噗”和“塞流”现象,马兵[8]利用直接数值模拟研究了由局部壁面引入的亚临界幅值PSB扰动沿流向的空间发展,得到基于瞬态增长理论形成的流向条带结构,以及转捩早期阶段的扰动发展情况。本文应用与文献[8]相同的数值方法求解不可压缩N-S方程,通过加大网格数延长了计...  (本文共5页) 阅读全文>>

《工程热物理学报》2013年04期
工程热物理学报

煤灰对圆管磨损及传热耦合的直接数值模拟

0引言电站锅炉尾部受热面的局部磨损泄漏,是一个一直困扰着工程实践的问题。管束表面由于颗粒碰撞磨损严重影响着设备的稳定和生产的安全性。探索飞灰颗粒和圆管磨损的关系,为主动防磨提供理论和实践依据十分重要。许多国内外学者对磨损的机理进行了大量的实验和理论研究。早期,Finniel‘}(研究了固体颗粒冲击金属表面时的磨损机理,他指出颗粒速度和颗粒与金属表面的碰撞角度对磨损的影响对塑性材料和脆性材料完全不同。Tabako州2]实验研究了煤灰颗粒对不同合金的磨损并提出了用于预测计算煤灰对金属磨损量的实验关系式。Hutclling、网对由于颗粒撞引起的磨损研究进行了总结,并指出在磨损发生的某个流动区域内,磨损率与流体速度、颗粒与被磨损材料的碰撞角度、颗粒特性和被磨损材料的特性有密切关系。2005年,有日本广岛大学研究者ok奋1川等人在实验基础上提出了适用任何材料、任意撞击角度和撞击速度的磨损模型。从而在理论上从磨损机理上进一步解决了计算颗粒对...  (本文共5页) 阅读全文>>

吉林大学
吉林大学

中厚壁圆管及杯形件的缩径成形关键问题的研究

首次提出用浮动芯轴式模具降低中厚壁管缩径轴向挤压力的方法和应用拉深圆杯缩径制造轿车弹簧座的新工艺,成功地制造了汽车传动轴管和轿车后簧座。给出了圆杯和圆管缩径的力学模型,对中厚壁圆管受轴压的弹塑性屈曲极限载荷、浮动芯轴缩径挤压力和圆杯受轴压进行了理论解析。将厚向异性屈服函数、能够反映强烈弯曲效应的Mindlin 曲壳单元模型引入动力显式中心差分格式的有限元算法,建立对复杂形状的中厚壁管件和杯件缩径成形有限元模拟分析算法。对中厚壁管和圆筒形杯件受轴压屈曲失稳的极限载荷、浮动芯轴缩径挤压力和圆杯受轴压的理论解析进行了大量的实验验证,并与有限元模拟分析进行了对比,得到了一致的结果。将理论解析和有限元模拟应用在设计管件精密浮动芯轴缩径模具和设备以及设计杯形件的优化工艺方案中,可以精确的设计缩径模具的模具参数、设备的结构形式和工艺方案。在实际的生产中已经取得了非常明显的效果,对于推动这项新技术起到至关重要的作用。  (本文共103页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学技术大学
中国科学技术大学

微细圆管内火焰传播过程的数值研究

为了研制微小型化学推进系统,需要对其中管道内的火焰传播过程进行研究。本文用多种不同模型对微细圆管中的传播中预混火焰进行了数值模拟,并做了实验以验证。全文包括个方面的工作:热传导—组分扩散模型的数值模拟和微细圆管中火焰的理论分析,包括了N-S方程的准稳态模型的数值模拟,分析Lewis数对准稳态模型的影响,以及相关的实验工作。理论分析微细圆管中火焰的传播得到:燃烧速率与大约下降到绝热壁面圆管内传播中火焰数值的0.6时,濒临熄火;圆管中火焰熄火时的壁面散热系数只有同尺寸二维槽道的1/2。用热传导—组分扩散模型对微细圆管中火焰传播过程进行数值模拟的研究,可证实理论分析的大部分结论,并给出了火焰传播速度和燃烧速率随预混气初始运动、壁面散热的变化关系。初步揭示了在散热方面的微尺度效应的重要作用。采用准稳态的模型对传播中火焰进行模拟可以节约计算机时,加入了N-S方程以后得到的计算结果才具有预测实验、工程实际的意义。这个模型表明壁面散热对于火焰...  (本文共102页) 本文目录 | 阅读全文>>