绑定机构
扫描成功 请在APP上操作
打开万方数据APP,点击右上角"扫一扫",扫描二维码即可将您登录的个人账号与机构账号绑定,绑定后您可在APP上享有机构权限,如需更换机构账号,可到个人中心解绑。
欢迎的朋友
万方知识发现服务平台
获取范围
  • 1 / 100
  (已选择0条) 清除 结果分析
找到 5653 条结果
[硕士论文] 王淼
化学工程与技术 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:气泡作为气液两相流中的分散相,对整个系统的质量、热量和动量的传递都有十分重要的影响,在气液两相流研究中扮演了连接宏观尺度与微观尺度的重要角色。本文利用高速摄像法获取和分析了射流场中单个气泡的上升、尺寸变化和破裂过程,同时利用粒子图像测速技术得到了液相单相射流场的流场信息,并进一步对比分析射流场中单气泡破碎规律及原因。
  通过二维PIV对不同流速下的射流流场进行了无分散相存在时的拍摄研究,结果表明本文射流场为对称的锥形。在竖直方向上剪切速率先增大后减小,在距离射流口上下均为2mm处达到最大,距离射流口超过5.2mm的区域剪切速率基本相等。气泡在形变和破碎的过程中所经过的射流场区域剪切速率最低也在100s-1以上。
  在对气泡破碎过程研究中,利用点胶针头向液相中注入空气产生的气泡当量直径与针头内径存在线性关系。随着管道雷诺数的不断变大,破碎概率不断提高。在管道雷诺数5699~6279之间发生的破碎均为二元破碎,在管道雷诺数大于7825时气泡均会发生破碎。结合2D-PIV得到的射流场信息,得到此时射流场中气泡破碎的临界毛细管数为0.015。通过对不同流速下气泡破碎位置的统计,发现气泡在轴向中心线以上发生破碎的情况较少,这是因为气泡进入流场后水平速度大小要大于垂直上升速度。同时发现气泡在管道雷诺数大于5699的射流场中低剪切速率位置会发生一定概率的破碎,而在管道雷诺数为5478的高剪切速率位置完全不破,这是因为气泡进入流场后其表面产生了较大脉动速度的波动而最终发生了破碎。
[博士论文] Anum Naseem
应用数学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:Newtonian fluids like water,air,milk,glycerol,thin motor oil and alcohol and Non-Newtonian fluids such as paint,ketchup,blood,custard,toothpaste,shampoo and starch suspensions etc.vary tremendously in their properties and behaviors.It is immensely important to study the physical behavior of these fluids in order to enhance their performance in various industrial and manufacturing procedures.One of the pertinent non-Newtonian fluid nowadays is nanofluid which has extensive range of utility in numerous engineering problems e.g.,heat exchangers,chemical processes,cooling of electronic equipment,in nuclear reactors,safer surgery,cancer therapy,heat exchangers,micro-channel heat sinks,in designing the waste heat removal equipment,paper printing,polymer extrusion,rapid spray cooling,glass blowing,cooling of microelectronics,quenching in metal foundries and wire drawing.Thus this thesis emphasizes on the modeling of Newtonian and non-Newtonian fluids possessing distinct flow geometries and their solutions.The governing systems of equations for Newtonian and non-Newtonian fluids are of higher orders,so the solutions are not easily attainable.Four different techniques,namely homotopy analysis method,optimal homotopy analysis method,shooting method and method of lines have been employed to solve these different flow geometries.
  The first chapter is based on the relevant literature review,some basic laws and definitions.Variousmethods employed in the thesis are also discussed briefly.
  The second chapter incorporates steady magnetohydrodynamic flow of nanofluid between two concentric circular cylinders with the consideration of heat generation/absorption effects.The flow is assessed with respect to constant surface temperature(CST)and constant heat flux(CHF)thermal boundary conditions.The governing nonlinear partial differential equations are remodeled into a dimensionless system of ordinary differential equations by means of suitable similarity transformations and solutions are obtained by employing homotopy analysis method.Comparison of computed solutions with existing results in the literature are displayed.The heat and mass transfer characteristics are analyzed for various values of relevant parameters by demonstrating and discussing the plots of velocity,temperature and concentration profiles.The numerical values of skin friction coefficient,Nusselt number and Sherwood number for both the boundary conditions are also computed.
  The third chapter is devoted to the flow of third grade nanofluid instigated by riga plate.The theory of Cattaneo-Christov is adopted to investigate the thermal and mass diffusions and the incorporation of newly eminent zero nanoparticles mass flux conditions yield important results.The governing system of equations is nondimensionalized through relevant similarity transformations.The behavior of affecting parameters for velocity,temperature and concentration profiles is briefly examined and graphically indicated.The values of skin friction coefficient and Nusselt number with the relevant preliminary discussion have been recorded.
  In the fourth chapter,the influence of homogeneous heterogeneous reactions on the flow of single-wall and multi-wall carbon nanotube fluid along the surface of riga plate fixed in a porous medium is analyzed.The riga surface which is recognized as an electromagnetic drive consisting of a sequence of constant magnets and a span wise adjusted array of alternating electrodes mounted on a flat surface is of great importance in many demanding problems.Further,the problem is based on water and kerosene oil as two different base fluids and viscous dissipation is discussed as well.Numerical solutions for non-dimensionalized ordinary differential equations are assembled with the help of shooting technique and by employing the same procedure,the conduct of dominating parameters on velocity,temperature and concentration profiles is reported.The values of skin friction coefficient and Nusselt number are determined through tabular data.
  The last chapter deals with the capillary rise dynamics for magnetohydrodynamics(MHD)fluid flow through deformable porous material in the presence of gravity effects.The modeling is performed using the mixture theory approach and mathematical manipulation yield a nonlinear free boundary problem.Due to the capillary rise action the pressure gradient in the liquid generates a stress gradient which results in the deformation of porous substrate.The capillary rise process for MHD fluid slows down as compared to the Newtonian fluid case.Numerical solutions are obtained using the line approach.The graphical results are presented for important physical parameters and comparison is presented with the Newtonian fluid case.
[博士论文] 严野
动力工程及工程热物理 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:火焰驻定一直是燃烧学界的研究热点,自由射流扩散火焰与不同伴流条件下射流扩散火焰的驻定极限及驻定特性的研究具有重要的学术价值和应用价值。与此同时,随着日益提高的环保要求,可再生替代燃料的燃烧特性研究也受到广泛关注。本文围绕射流扩散火焰的驻定特性,开展了如下实验研究。
  首先针对燃料射流喷管出口的壁面厚度对扩散火焰驻定特性的影响开展实验研究。在常温无伴流的扩散燃烧实验台上,设计两种射流管内径(2mm/3mm)、两种射流情况(自由射流/受限射流)以及喷管出口处不同壁厚(范围为0.25mm~16.5mm)的射流扩散火焰,研究壁厚对射流扩散火焰抬举和吹熄特性的影响,实验结果表明喷管出口处的壁厚对射流扩散火焰的初始抬举速度以及吹熄速度有着显著影响。喷管内径为2mm时,当壁厚从0.25mm增大至2mm的过程中,火焰的吹熄速度显著增大;当壁厚从2mm增大至4mm时,吹熄速度显著减小;壁厚继续增大至9mm及16mm时,吹熄速度基本保持不变;即壁厚为2mm时的吹熄速度达到最大值。用此最大吹熄速度对不同壁厚的吹熄速度进行归一化后,甲烷和丙烷的吹熄速度随壁厚的变化趋势基本一致。在内径3mm喷管上,甲烷射流扩散火焰吹熄速度随壁厚的变化趋势也类似,即随着壁厚的增大,吹熄速度先增大后减小最终基本保持不变。
  其次以低热值气体燃料燃烧为背景,实验研究了稀释气种类(N2/CO2)、燃料种类(甲烷/丙烷)及喷管直径(2mm/3mm)等多种因素影响的条件下射流扩散火焰的初始抬举速度和吹熄速度随稀释浓度(定义为稀释气体占燃料与稀释气的混合气的摩尔比)的变化规律。实验表明,存在着一临界稀释浓度,达到此浓度时附着火焰不能转变为稳定存在的抬举火焰,其大小受稀释气种类、燃料种类及射流管径的影响。实验中的甲烷和丙烷的临界稀释浓度可能受不同机制的控制。确定临界稀释浓度及纯燃料的火焰初始抬举速度和吹熄速度后,即可在射流速度与稀释浓度构成的二维空间图上近似确定此稀释燃料射流扩散火焰的状态分区(附着、抬举及吹熄)。
  接着分别在内径为1mm、1.5mm、2mm及3mm的射流喷管上开展二甲醚(替代燃料)和丙烷(液化石油气的主要成分)的自由射流扩散火焰驻定极限的对比实验研究,得到以下结果:在1mm~1.5mm范围内,存在一个临界大小的管径,使得二甲醚由不存在稳定抬举火焰(即发生直接吹熄)向存在稳定抬举火焰过渡转变;在实验所用管径范围内,二甲醚的火焰吹熄速度为丙烷值的一半,二甲醚的初始抬举速度和再附着速度稍大于丙烷的值,二甲醚抬举火焰的最大功率占丙烷值的约1/3,二甲醚附着火焰的最大功率稍小于丙烷的值。然后在三种伴流条件下(无伴流的自由射流、伴流空气速度0.50m/s及0.88m/s)开展4mm射流管径时氮气稀释二甲醚或甲烷射流扩散火焰的初始抬举速度和吹熄速度随稀释浓度变化的实验研究,得到如下结果:稀释浓度较大时的二甲醚和甲烷自由射流扩散火焰呈现振荡抬举火焰(oscillating lifted flame)状态,有空气伴流的条件下则无振荡抬举火焰现象;在射流速度或雷诺数与稀释浓度构成的二维空间图上展现了不同伴流条件下各状态火焰(附着、抬举及吹熄)的位置分区;在三种伴流条件下,两种燃料发生火焰初始抬举、吹熄(blowout)及直接吹熄(blowoff)时的射流速度或雷诺数与稀释浓度都呈近似线性的变化关系。伴流速度由0.50m/s增至0.88m/s后,各个稀释浓度的二甲醚或甲烷的火焰初始抬举速度和吹熄速度均减小;与稀释二甲醚相比,伴流速度的增大对稀释甲烷的初始抬举速度和吹熄速度的减小效果更显著。
  最后设计搭建了中高温空气伴流的射流扩散燃烧实验台,伴流空气的速度和温度可控可调,能开展气体燃料或低沸点液体燃料预蒸发的射流扩散燃烧实验,也能开展伴流空气温度高于燃料着火点的燃料射流自点火实验。在此实验台上开展了452K、520K、570K、640K四种温度的空气伴流条件下氮气稀释丁醇和乙醇的预蒸发射流扩散火焰驻定特性的研究。实验结果表明,氮气稀释丁醇或乙醇的预蒸发射流扩散火焰的初始抬举速度和吹熄速度均随着伴流空气温度的升高而增大、随着稀释浓度的增大而减小。在相同伴流空气温度和相同稀释浓度的条件下,氮气稀释丁醇预蒸发射流扩散火焰的初始抬举速度和吹熄速度均明显大于乙醇对应的值。此外,氮气稀释丁醇或乙醇的预蒸发射流扩散火焰的尺度化初始抬举速度(即初始抬举速度除以混合气中燃料所占摩尔分数)与当地的当量混合层流火焰传播速度SLst在不同的伴流空气温度时均有统一的线性关系,而丁醇或乙醇火焰的尺度化吹熄速度(即吹熄速度除以燃料的摩尔分数)在不同伴流空气温度时与当地SLst各自具有较好的线性关系。
[博士论文] 易翔宇
流体力学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:高速气流中液滴的变形与破碎是两相流体力学研究中的经典课题,具有丰富的工程应用背景。本文利用实验观测激波诱导气流中液滴变形和破碎过程,并通过数值模拟与理论分析,揭示液滴变形的流动机理以及流动参数对液滴变形的影响机制。主要工作和结论包括如下三个方面:
  首先,利用激波管平台系统化地开展大量液滴破碎实验(We>350),并以高速摄影对激波诱导气流中液滴的变形和破碎进行观测。实验图像清晰地揭示了液滴在破碎初期的大量变形细节,如整体的扁平化、迎风面的细碎波以及背风面的环状突起等。通过调节来流和液滴参数,液滴在不同来流密度、来流Mach数、外流Reynolds数,以及不同液体粘性条件下的变形规律得以呈现。实验结果表明,在相近的Weber数条件下,液滴破碎整体上服从相同的机制,但其破碎初期的变形表现出多种不同的形态,其差异主要体现于背风面环形突起。通过解耦内外流,本文分别研究液滴外围气流流场的发展特征与液滴内部流动导致液滴表面突起变形的机理,并通过理论获得“剪切诱导液滴表面堆积”和“正压力诱导液滴径向变形”两种机制下液滴表面的径向加速度表达式。对比结果表明,液滴表面压力的分布不均为环形突起生成的最主要诱因。已知外流场条件下,通过理论可对破碎初期液滴的变形进行预测,其突起位置与相对幅度与实验结果高度吻合。
  其次,通过研究多条件下外围流场的发展特征,对液滴破碎初期的多种变形形态的形成进行解释。激波扫过液滴后,背风面迅速形成一个低压区域,其持续时间与外围流场发展的特征时间近似成正比。因此,外围流场发展的特征时间与液滴变形特征时间之比,决定了该低压区域在整个液滴变形过程中的贡献程度,因而很大程度上决定了液滴的变形形态。此外,在其它参数不变的条件下,气流Mach数的提高倾向降低整个回流区的总压,从而削弱液滴背风面的压力梯度,抑制环形突起的生成。外流Reynolds数的提高增加了流场的非定常性,使回流区产生涡系振荡,从而增加环形突起的数量,同时抑制每个突起的幅度。液体粘性(Oh数)的增加总体上抑制了环形突起的发展,但不改变相同时刻突起的位置和特征。
  最后,本文基于所得实验图像和数据,对比考察了现存多种液滴破碎模型。基于液滴扁平化数据的考察表明,液滴变形初期扁平化速率与Burgers理论预测吻合较好,随后液滴粘性和表面张力的影响逐渐显现,实验结果转而向TAB模型靠拢。针对相对较高Mach数来流下液滴背风面总压的降低,本文对Burgers扁平化理论的公式进行了可压缩性修正。对液雾形成机制的考察表明,液滴赤道附近的液雾在较低和较高Weber数区间内分别服从“薄层细化”机理和“剪切剥离”机理。在接近SIE-RTP临界Weber数的条件下,甘油液滴的表面会形成剥离的薄层,但由于粘性作用,液雾产生时间远高于理论预估。
[博士论文] 雷凡
流体力学 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:当激波冲击使具有初始扰动的流体分界面被加速时,界面附近因压力梯度和密度梯度的不重合(斜压机制)而生成斜压涡量,从而诱导界面扰动不断增长,最终形成湍流混合。这种激波诱导的界面不稳定性又称为Richtmyer-Meshkov不稳定性(简称为RMI)。在自然界和工程应用中广泛存在RMI,例如在惯性约束核聚变(ICF)中,靶丸外层材料受激光(或x光)照射烧蚀后会产生向内运动的球形汇聚激波,并依次穿过靶丸内部的多层物质界面。不同层之间的扰动发展会相互耦合,使得汇聚RMI问题变得非常复杂。因此,研究扰动界面在汇聚激波冲击下的不稳定性发展和耦合规律,有助于更好地预测甚至控制靶丸内部的扰动发展。本文在两套不同的汇聚激波管(竖直同轴无膜汇聚激波管和半环形汇聚激波管)中,分别开展了圆形汇聚激波与单模界面的相互作用以及半圆形汇聚激波与双层单模界面相互作用的实验研究,并从理论上对汇聚RMI问题中扰动增长的规律进行了深入分析。
  在实验方面,首先利用竖直同轴无膜激波管、采用粒子示踪结合平面片光的流场观测技术,获得了单模轻/重界面在柱形汇聚激波冲击后的演化过程,深入研究了不同初始条件(振幅、波数等)下单模界面RMI的发展规律,并分析了初始条件对界面演化影响的内在机理;其次在半环形汇聚激波管中通过“抽屉”形界面生成装置结合肥皂膜技术生成了双层气体界面,首次在激波管设备中获得了汇聚激波冲击下不同初始扰动组合双层扰动界面的演化过程,并实验研究了不同初始扰动组合(外扰动,内扰动以及双扰动)双层界面在汇聚激波作用下的发展规律,分析了双层界面的相互耦合关系。
  在理论方面,本文首先在前人关于汇聚RMI问题理论研究的基础之上,考虑了可压缩性对扰动发展的影响,并深入分析了多种汇聚效应对扰动增长的定量贡献;其次对汇聚激波冲击双层界面问题,提出了汇聚空间中扰动激波冲击扰动界面的环量模型,给出了不同初始扰动组合的双层界面在反射激波作用后界面上生成的斜压涡量。
  综上所述,本文利用自行研制的汇聚激波管设备以及先进的流场诊断系统开展了汇聚RMI的实验和理论研究。首先,在竖直同轴无膜激波管中研究了具有不同初始参数(波数和振幅等)的单模界面在柱形汇聚激波冲击下的演化过程,分析了波数和振幅对扰动增长的影响。另外,发现了汇聚RMI中存在三个特有的物理机制:BP效应、RT效应、可压缩效应,并从理论上分析了三种汇聚效应对扰动增长的定量影响。其次,在半环形激波管中研究了多种双层气体界面在柱形激波冲击下的详细演化过程,获得了汇聚激波和双层界面相互作用的第一批激波管实验数据,并发展了柱形空间中扰动激波和扰动界面相互作用的环量模型,对实验中双层界面扰动增长规律给予了较好的解释。
[博士论文] 黄健
计算数学 山东大学 2017(学位年度)
摘要:多孔介质中流体流动的数学物理模型广泛应用于描述油藏开发过程中[6][9][57]。多孔介质中的流体运动所遵循的基本规律都是建立在质量守恒、动量守恒和能量守恒基础之上的。油藏研究的目的就是预测油藏未来走向动态,找到提高最终采收律的方法和途径。将需要模拟的物理系统用适当的数学方程表示,这个过程一般都作必要的假设条件。从实际的观点来说,为了使问题易于处理,这种假设是必须的。构成油藏数学模型的方程组一般都比较复杂,不能用解析的方法求解。所以必须要在计算机上近似求解。而在计算机上数值模拟油藏之前,需要建立油藏的数学模型。
  多孔介质中流体流动的物理模型在数学上表现为依赖于时间的强耦合的非线性偏微分方程组。由于多孔介质中这类模型十分复杂,流体运动所遵守的质量守恒集中体现物质的平衡,实际生产中表现为注产体积以及质量的平衡;而动量守恒主要是对速度与压力的关系式的描述;实际生产中主要关心物质的平衡和压力分布。所以需要进一步地引入各种假设对模型进行简化,降低耦合性、非线性强度。比如作为经验公式引入的Darcy定律以及其他非Darcy律,以及假设流体不可压或者微可压等等。
  Darcy定律主要描述流体流速u和压力p的梯度之间的线性关系,描述了多孔介质中Newton流体的渗流现象。当Darcy速度u特别小的时候,Darcy定律才成立[6]。一般这类数学模型的偏微分方程组结构比较复杂,耦合求解难度大。同时因为多孔介质类型多样,尺度变化大,导致数值模拟计算量大,收敛速度较慢。所以运用计算机对这类数学模型进行大规模、快速保精度的数值求解成为科学与工程中的迫切需求。
  近些年来,已经有了很多关于Darcy-Forchheimer模型的数值分析工作。其中Girault和Wheeler在[38]中已经通过证明非线性算子A(v)=μ/pK-1v+β/ρ|v|v的单调性、强制性以及半连续性,从而证明了Darcy-Forchheimer模型解的存在唯一性,同时给出了一个合适的inf-sup条件。然后他们考虑分别用分片常数和非协调Crouzeix-Raviart混合元来逼近速度和压力。他们证明了离散的inf-sup条件以及给出的混合元格式的收敛性。同时他们用Peaceman-Rachford[58]类型的迭代方法来求解离散的非线性代数方程,并给出了这类迭代法的收敛性。在Peaceman-Rachford迭代方法中,非线性方程通过和散度方程解耦,然后求解一个封闭的方程。López,Molina,Salas在[49]中实现了文献[38]中所提方法的数值实验,并且针对Newton法和Peaceman-Rachford迭代方法求解非线性方程做了对比。他们指出对比Peaceman-Rachford迭代方法求解非线性方程,Newton法求解非线性方程并没有优势。因为在每一步迭代中,Newton法需要求解一个Jacobian矩阵,然后再求解一个线性鞍点系统,但是在Peaceman-Rachford迭代中,只需要针对解耦之后的非线性方程计算一个人为引入的中间值,然后求解一个简化的线性鞍点问题。对比形成一个Jacobian矩阵所需要的工作量,求解解耦之后的非线性方程消耗的工作量可以忽略不计。而且,在选取同样的迭代初值的条件下,Peaceman-Rachford迭代比Newton法收敛所需的迭代步数少。细节可以参考文献[49]。
  Park在文献[56]中对时间依赖的Darcy-Forchheimer模型提出了一种半离散的混合元格式。Pan和Rui在文献[54]中对Darcy-Forchheimer模型给出了一种基于Raviart-Thomas(RT)元或者Brezzi-Douglas-Marini(BDM)元逼近速度,分片常数逼近压力dual形式的混合元方法。他们将Darcy-Forchheimer模型中速度化为压力梯度的函数,得到了一个非线性单调只含压力的椭圆偏微分方程,并且基于单调非退化方程的正则性证明了连续和离散问题的inf-sup条件,证明了解的存在唯一性。最后用Darcy-Forchheimer算子的单调性给了速度L2,L3范数,压力L2范数的先验误差估计。Rui和Pan在文献[63]中给出了Darcy-Forchheimer模型的块中心有限差分方法,其中块中心有限差分在合适的数值积分公式下可以认为是最低阶的RT-PO混合元方法aRui,Zhao和Pan在文献[64]中针对Darcy-Forchheimer模型中的Forchheimer系数是变量的情况,即β(x),给出了相应的块中心有限差分方法。Wang和Rui在文献[76]中对Darcy-Forchheimer模型构造了一种稳定的Crouzeix-Raviart混合元方法。Rui和Liu在文献[62]中对Darcy-Forchheimer模型介绍了一种二重网格块中心有限差分方法。Salas,López,和Molina在文献[67]中给出了他们在文献[49]中实现的混合元方法的理论分析,并给出了解的适定性分析和收敛性证明。
  上述提到的大多数前人的工作主要致力于对Darcy-Forchheimer模型的离散方法。除了在文献[38]中提到的Peaceman-Rachford迭代法,很少有工作探索针对离散后得到的非线性鞍点问题的快速解法,而这正是本篇论文的出发点和主题。多重网格方法是许多高效求解线性和非线性椭圆问题的方法之一。需要特别指出的事,对非线性问题,我们不会再得到一个简单的线性残量方程,这就是处理线性和非线性问题的最重要的区别。这里我们所用的多重网格格式是我们常用来处理非线性问题的多重网格方法,称为全近似格式(FAS)[20]。因为我们在求解粗网格的问题时用的是全近似,而不是只用误差。
  本文对多孔介质中Darcy-Forchheimer模型构造了基于协调和非协调混合元方法离散分别给出了有效的非线性多重网格方法。我们用Peaceman-Rachford迭代法作为多重网格方法中的光滑子来解耦非线性方程和质量守恒方程。我们把线性的鞍点问题简化成一个对称正定的问题求解,并且说明了我们这种处理方式的有效性。针对用来解耦非线性方程和限制条件的分裂参数α,文献[49]中对Forchheimer系数β不同的取值,总是取α=1,而我们找到了一个更好的值,并且通过比较迭代收敛需要的次数和CPU计算时间说明了我们取的值更好。我们做了很多数值实验来说明我们构造的多重网格求解器的有效性。我们构造的方法收敛即不依赖于离散网格的大小也不依赖于Forchheimer数的取值,并且我们的计算复杂度是接近于线性的。需要提醒的是,构造一个快速算法不依赖于一些重要的参数是一件不容易的事情,例如文献[50,53]中对一类线性Stokes方程的处理。
  本文组织结构如下:
  第一章,简要介绍了多孔介质中Darcy-Forchheimer方程及其适用范围,以及质量守恒定律及其在各种假设下的变形,本文所处理的数学模型,求解的方程组就是基本方程的耦合。
  第二章,简要回顾了求解离散方程的基本数值计算方法。包括线性方程组的直接解法以及线性迭代解法和非线性迭代解法。除了介绍不同的数值方法外,还简要概述了每种方法有效适用的情况。同时说明了基础迭代法的优势和缺陷。经典的迭代法本质上仅起到“光滑”作用,即它能很快地消去残量中的高频部分,但对低频部分,效果却不是很好。以经典迭代法求解齐次Dirichlet边界的二维Poisson问题为例来说明迭代法的光滑性质。
  第三章,介绍了多重网格方法最基本的思想和最基础的算法。首先介绍了线性多重网格方法,因为对线性问题误差满足残量方程,但是它对非线性问题并不适用,对非线性问题,则需要采取不同的策略。随之介绍了两种常见的非线性多重网格方法。
  第四章,对多孔介质中D arcy-Forchheimer模型构造了基于协调混合元方法离散给出了一种有效的非线性多重网格方法。我们用Peaceman-Rachford迭代法作为多重网格方法中的光滑子来解耦非线性方程和质量守恒方程。我们把线性的鞍点问题简化成一个对称正定的问题求解,并且我们说明了我们这种处理方式的有效性。针对用来解耦非线性方程和限制条件的分裂参数α,文献[49]中对Forchheimer系数β不同的取值,总是取α=1,而我们找到了一个更好的值,并且通过比较迭代收敛需要的次数和CPU计算时间说明了我们取的值更好。我们做了很多数值实验来说明我们构造的多重网格算法的有效性。我们构造的方法收敛即不依赖于离散网格的大小也不依赖于Forchheimer系数的取值,并且我们的计算复杂度是接近于线性的。本部分内容出自文章[42],该文章已在期刊Journal of Scientific Computing(SCI)在线发表。
  第五章,对多孔介质中Darcy-Forchheimer模型构造了基于非协调混合元方法离散给出了一种有效的非线性多重网格方法。非协调混合元多重网格和协调混合元多重网格相比最重要的区别是离散空间不嵌套,因此在对网格函数在不同网格之间的转换时,我们不能再由简单的自然映射得到。关键的问题就是如何来构造网格之间的投影算子。和协调多重网格方法一样,我们做了很多数值实验来说明我们构造的多重网格算法的有效性。我们构造的方法收敛即不依赖于离散网格的大小也不依赖于Forchheimer系数的取值,并且我们的计算复杂度是接近于线性的。
[博士论文] 邓梓龙
动力工程及工程热物理;工程热物理 东南大学 2017(学位年度)
摘要:分形树状网络结构,如人体呼吸循环系统、植物躯干、河流流道网络等,广泛存在于自然界中。该结构可实现流系统从点到面(体)或从面(体)到点的物质输运和能量传递的空间优化,为很多工程输运问题的优化提供了很好的启示。目前分形树状网络已逐渐应用于微系统(如微电子器件冷却、微反应器、微流控等)流道结构优化。由于分形树状网络的复杂性及微系统流体流动的尺度效应,开展分形树状网络中流体动力学行为的微观机制研究,具有重要的应用前景和科学意义。
  目前,针对分形树状网络输运系统研究还主要集中在单相流领域,其通道结构优化通常基于经典的Murray定律展开。对于微尺度输运系统涉及的分形树状微通道内稀薄气体流动以及液滴/气泡多相流动的研究还较为缺乏。在微尺度条件下,分形树状网络内气体流动受气体稀薄效应和多尺度效应的耦合作用,Murray定律能否定量描述气体流动最优分叉结构特征有待进一步考证。另外,在微尺度多相流动中,表面张力将取代惯性力而成为主导作用力,分形树状网络内液滴/气泡多相流动遵循何种作用机制也有待进一步阐明。为此,本文采用理论建模、数值模拟和可视化实验等方法,针对分形树状微通道内流体(包括单相流动与多相流动)流动特性及其作用机理进行了深入研究:建立了分形树状微通道内稀薄气体流动模型,数值模拟研究了分形树状微通道中气体流动过程的多尺度特性和空间优化规律;建立了分形树状微通道单元结构—T型通道内的液滴流动模型,数值模拟研究了液滴运动行为特性及其机理,详细分析了各参数(毛细数、粘度比以及通道宽度比)对该过程的影响,随后开展了分形树状微通道网络内液滴/气泡流动破裂的理论分析、数值模拟以及实验研究,重点阐明了不对称因素对分形树状网络系统内液滴/气泡流动破裂特性的影响规律。概括起来,本文的研究内容及获得的主要研究结论如下:
  (1)开展分形树状网络稀薄气体流动特性的数值模拟研究。建立了分形树状微通道内稀薄气体流动模型并采用格子Boltzmann方法进行数值求解,研究了分形树状微通道内稀薄气体流动特性及其空间优化规律,重点分析了分形树状网络中气体流动的稀薄效应和多尺度效应。研究结果表明:(a)在分形树状微通道内,稀薄效应和多尺度效应对气体流动特性有着重要影响;(b)随着通道级数增加,各级通道中克努森数(Kn)单调上升,气体流动的相对滑移长度随之增加,泊肃叶数(Po)随之减小;(c)当气体克努森数为0.022时(处于滑移区),分形树状微通道的最优宽度分形维数为1.8,偏离了宏观情况Murray定律给出的最优值2;(d)随着气体Kn增加,稀薄效应越显著,分形树状微通道的几何最优规律偏离Murray定律最优值也越大。
  (2)数值研究了T型微通道内液滴运动的流体动力学行为。采用基于相场的多相格子Boltzmann方法,建立了分形树状网络单元结构—T型微通道内液滴流动模型,数值研究了液滴破裂及不破裂工况的流体力学特性,定量分析了液滴形变驱动力与阻碍力间的相互关系,详细阐述了液滴形貌的时空演化,重点讨论了“隧道效应”带来的剪切作用和液滴内部涡流影响液滴破裂过程的内在机制,深入揭示了各种工况参数(如毛细数、液滴尺寸、粘度比以及通道宽度比)对T型微通道中液滴动力学行为的影响规律。研究结果表明:(a)在对称T型微通道中,液滴分叉流动存在阻塞破裂、隧道破裂和不破裂三种流型;(b)进入T型微通道后,液滴变形驱动力为上游压力,阻碍力为液滴尾部界面张力,这两个作用力之间呈正相关关系;在液滴不破裂流型中,上游压力和液滴尾部界面张力会逐渐达到平衡,液滴将处于准稳态停止拉伸形变;(c)液滴破裂及不破裂过程中的无量纲几何特征参数(如液滴颈部厚度、液滴前端运动距离和隧道宽度)演化规律证明,液滴与壁面之间隧道的出现,是不破裂工况的前提,“隧道效应”减缓了液滴形变速率甚至导致液滴不再破裂;其本质原因是由于液滴内部形成的涡流影响了形变,当液滴内涡流的涡量值超出某一临界值,液滴将不再破裂;(d)提高液滴粘度或减小子通道宽度,可以降低液滴内涡流强度,从而使得液滴更易破裂;(e)不同工况参数(如不同离散相与连续相粘度比和T型通道宽度比)情况下,以液滴尺寸和毛细数为轴变量的液滴破裂-不破裂相图可用满足幂律关系式l0/w=βCab的临界线划分不同流型。
  (3)基于相场的多相格子Boltzmann方法以及液-液塞状流动理论分析方法共同研究了分形树状微通道内液滴流动破裂动力学行为。探讨了分形树状微通道内液滴流动破裂特性,揭示了多液滴流动工况中液滴间相互影响机理,重点讨论了不对称因素对分形树状网络系统内液滴流动破裂特性的影响特性。研究结果表明:(a)单个液滴流经T型分叉发生形变时,液滴对整个流场的流动起到一定的阻碍作用,液滴破裂后子液滴尾部的回缩对整个流场起到加速驱动作用;(b)当连续液滴在分形树状微通道内对称流动破裂时,液滴运动呈现明显的周期性规律,每一个液滴的运动轨迹均完全相同,此时液滴流经各级T型分叉时的阻碍作用以及加速作用对称叠加持平,液滴间的影响几乎可以忽略;(c)当分形树状微通道出口压力产生波动时,T型分叉处液滴破裂不再完全对称,液滴流经各级分叉处的阻碍作用和加速作用不对称叠加耦合影响,液滴破裂分配系数有可能偏离理论预测值,偏离程度取决于液滴在破裂过程挤压(squeezing)阶段的被影响程度;(d)分形网络中液滴生成均匀性主要取决于无量纲参数Λ1(第0级通道的连续相压降与离散相压降之和比上两相界面处压降)和Λ2(出口压力比上第0级通道的连续相压降与离散相压降之和),根据Λ1和Λ2可得,提高主通道毛细数及连续相液段长度同时增加各级通道长度有利于提升液滴生成的均匀性。
  (4)开展了分形树状微通道内气泡流动破裂过程的可视化实验研究。设计搭建了微通道内气泡流动破裂的实验系统,采用高速显微系统可视化观测了分形树状网络中气泡演化流型以及分布规律,重点讨论了不对称因素对分形树状网络系统内气泡流动破裂特性的影响规律及其抑制方法。研究结果表明:(a)气泡在分形树状微通道各级分叉处存在六种流型,分别为不破裂流型、对称破裂流型、不对称破裂流型、合并不破裂流型、合并对称破裂流型和合并不对称破裂流型;合并现象的发生是由于相邻气泡间距太近导致,而不破裂与不对称破裂流型是由于流动不对称因素导致;(b)在不对称工况中,随着树状通道级数增加,气泡统计平均直径偏离气泡理论直径,其特殊变异系数随之增加,不对称作用影响愈加明显;(c)提高主通道毛细数、增加连续相液段长度等措施,增加无量纲参数Λ1能够减小气泡特殊变异系数,有利于分形树状网络生成接近理论设计直径的气泡。
  以上研究系统地揭示了分形树状微通道内单相稀薄气体流动以及液滴/气泡多相流动特性及其影响机理,相关研究成果为微系统的设计和优化提供有力的理论支撑,是对微尺度流体动力学的重要补充和完善。
[博士论文] 王胜南
动力工程及工程热物理;热能工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:气固两相流广泛存在于电力、化工、制药、冶金等工业生产中,实现其流动参数(固相速度、浓度和质量流量等)的在线准确测量,对工业生产过程的安全、经济、高效运行具有重要意义。本文在电容层析成像(ECT)技术和静电检测技术的研究基础上,发挥ECT和静电传感技术的各自特点,将这两种测量方法和技术融合,研究基于静电与ECT技术相结合的复杂气固两相流多参数测量的新方法,实现气固两相流颗粒流动的流型、浓度、速度及质量流量等多参数的同时测量。
  本文首先对静电传感器进行了研究。利用有限元法建立静电传感器的三维仿真模型,分析了静电传感器的空间灵敏度分布特性。在此基础上,开发了一套基于阵列式静电传感器的气固两相流颗粒局部平均速度测量系统,并通过传送带和重力输送实验对采样频率、采样点数等参数进行了优化,之后在高压密相煤粉气力输送系统上进行了管内煤粉局部速度测量实验,其测量结果的相对标准偏差小于5.49%。
  其次,对ECT成像机理进行深入研究,通过有限元仿真建立ECT传感器模型,分析了传感器灵敏场分布特性,并对LBP和Landweber两种图像重建算法进行比较。重建结果表明:LBP算法重建图像的相关性高于0.785,而Landweber算法重建图像的相关性优于0.803。在此基础上,设计并开发了一套基于DSP的ECT系统,主要包括:电容检测电路设计,电路开关阵列设计、数据采集与控制系统设计以及上位机界面设计。为了验证ECT系统测量的可行性及准确性,对系统进行静态和动态成像实验研究,实验结果表明:ECT重建出的管道截面相分布与实际相分布有较好的一致性。
  然后,从理论分析和电路分析两方面深入研究了颗粒静电对ECT检测的影响,并以此为基础,提出消除静电干扰的方法。结果表明:C/V电路的输出信号包含了一个高频电容信号和一个低频静电噪音,高频电容信号与ECT传感器电极对间的电容值有直接对应关系,而低频静电噪音由颗粒荷电产生。叠加在C/V电路输出信号上的静电噪音可能引起信号超限,导致电容检测失效和ECT重建图像失真。基于此,提出了一种改进的交流法电容检测电路,通过选择合适的放大器以及适当的反馈电阻值和反馈电容值来确保C/V电路的输出信号幅值在其允许范围内,并利用二阶巴特奥斯带通滤波器消除叠加在C/V电路输出信号上的静电噪音。搭建了传动带装置进行了实验论证,实验结果表明,改进的ECT系统具有较好的抗静电干扰性能。
  在静电和ECT测量技术研究的基础上,开发了一套基于阵列式电容-静电传感器的颗粒多参数测量(CES)系统,用于测量气固两相流中固相颗粒局部速度、局部体积浓度、局部质量流量和质量流量。模拟和静态实验验证了CES系统局部体积浓度测量的可行性和准确性。传动带实验结果表明:在质量流量0.006kg/s~0.103kg/s范围内,系统局部速度测量的相对标准偏差小于9.56%,局部体积浓度的测量误差小于10.43%,质量流量测量的相对误差范围在-19.6%~+14.9%之内。
  最后,将所开发的ECT系统和CES系统应用于循环湍动流化床(C-TFB)内颗粒的相分布、局部速度、局部浓度、局部流量以及流量测量,并利用测量数据研究分形结构布气装置对C-TFB的影响。ECT颗粒分布实验结果显示,E-Mod下的C-TFB流化过程中颗粒分布呈现环核状,F-Mod下C-TFB流化过程中的颗粒在低床层处的管道截面分布较为均匀,但在较高床层处的颗粒分布也呈中心分布稀而壁面浓现象,反映出分形布气装置能够对C-TFB起到均匀分布作用,但是作用区域有限。CES实验结果显示,随着进气量的增加,E-Mod和F-Mod下的颗粒流动速度及流量均逐渐上升。在相同进气量下,F-Mod下C-TFB的颗粒循环量明显高于E-Mod下的循环量,表明在一定条件下,分形布气装置能够起到提高C-TFB循环效率的作用。
[硕士论文] 李偲宇
动力工程及工程热物理;热能工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:CO2地质封存是减缓温室气体CO2排放的有效手段,深部盐水层是其最主要的储体之一。在CO2封存过程中,储层岩石表面的润湿特性决定了封存的安全性。当CO2封存失效发生泄漏时,CO2与水在岩石孔隙中形成多相流动。因此,研究储层流体与岩石间的流固界面性质以及孔隙中CO2与水的多相流动特性,对CO2有效封存具有重要意义。
  分子动力学模拟(Molecular Dynamics Simulation,简称MD模拟)是物理化学过程机理研究的重要工具,可观测到实验难以测得的微观结构及特征,是研究岩石表面微观特征(羟基化程度)对润湿特性影响以及纳米孔隙中多相流动特性的重要方法。
  本文首先利用MD模拟的方法开展了CO2封存条件下(330K、20MPa)岩石表面羟基化程度对岩石润湿特性的影响研究。对CO2气氛中,H2O在不同羟基化程度岩石表面形成的液滴形状进行计算与分析,并以接触角反映润湿特性。结果发现,随着羟基化程度由0%升高至50%,接触角由110.24°降低至14.56°;当羟基化程度由50%升高至75%时,接触角有3.22°的小幅上升;当羟基化程度继续升高至100%时,接触角又有6.06°的小幅降低。通过对分子间受力分析可知,羟基化程度对岩石润湿特性的影响是库仑作用与氢键的共同效果。氢键的作用不仅包括羟基与水分子之间的氢键,岩石表面羟基之间形成氢键也是其组成部分,前者对表面润湿性起促进作用,后者为抑制作用。
  其次,本文开展了330K、20MPa条件下,纳米岩石孔隙内CO2与H2O分布的MD模拟研究,分析了CO2与H2O体相密度、界面分子平均取向角度、界面径向分布等参数的变化规律,探讨了羟基化程度对孔隙内CO2与H2O分布的影响。结果表明,CO2与H2O在孔隙中以体相形式分层存在,仅有极少的CO2溶解于水中;在孔隙中不存在羟基的岩石表面侧,仅有CO2存在;在孔隙中存在羟基的岩石表面侧,H2O在其表面均形成水层,水层厚度受羟基化程度影响,羟基化程度越高,水层越厚;在CO2与H2O的体相中,分子随机分布;在CO2-H2O界面处,CO2倾向于平行排布,H2O偶极矩则倾向于指向于CO2侧;在CO2-岩石界面处,CO2倾向于倾斜排布;在H2O-岩石界面处,羟基化程度为25%的表面附近,H2O偶极矩倾向于指向水侧,其余界面处,水分子均倾向指向于岩石表面侧,且越靠近岩石表面,倾向越明显。
  最后,本文以表面羟基化程度相同的岩石构成纳米孔隙,利用MD模拟的方法研究了压力驱动下,纳米孔隙内H2O单相流动及CO2-H2O多相流动的流动特性。结果表明,孔隙内单相或多相流动时,各流体的平均速度与驱动压力之间均呈一次线性关系,符合达西定律,且相同条件下CO2流动速度比H2O高;H2O单相流动速度沿着孔隙高度方向呈抛物线形式对称分布,靠近岩石壁面处流动速度低,而中心位置处速度高。CO2-H2O多相流动时,CO2与H2O速度分布规律与H2O单相流动相同,距离壁面越近,速度越低;位于孔隙中部的CO2受壁面影响可忽略不计,仅受附近水分子吸引力,符合泊肃叶单相流动定律;位于岩石表面的H2O不仅受岩石壁面吸引作用,还受到中间CO2分子的吸引作用,使得H2O在CO2-H2O界面附近的速度较高。
[硕士论文] 张娜
动力工程及工程热物理 青岛科技大学 2017(学位年度)
摘要:泡沫技术在强化采油以及温室气体地质埋存方面具有巨大的发展潜力。但是现在关于泡沫建模方面的研究还非常不成熟,先前关于泡沫的研究模型非常复杂,由于模型内需实验测定的参数过多,而在实践中难以应用。为了解决这个问题,本文提出了随机泡沫数目守恒模型,该模型仅利用两个参数,来描述多孔介质内非稳态驱替过程中泡沫的生成和发展。本文利用新提出的随机泡沫数目守恒模型对泡沫液在多孔介质内的二维驱替特性进行了数值模拟分析,首先对泡沫液在均质多孔介质内的入口效应进行了研究,然后对泡沫液在非均质多孔介质内的渗流特性进行了研究,并将数值模拟的结果与实验结果进行了比较。计算结果表明:
  (1)由于在入口中心段注入,泡沫在多孔介质内的渗流过程显示出明显的入口效应;泡沫生成速率参数Kg增大时,入口效应减小;而增大参数n∞,虽可提高驱替压差,但对介质入口段的液相饱和度分布影响不大。
  (2)泡沫液在非均质多孔介质内流动时,首先在高渗透率介质层流动突破,然后再波及低渗透介质层;同时压力的分布对泡沫液在非均质多孔介质内的渗流特性起主要的影响作用。而且数值计算结果与实验结果趋势一致,说明随机泡沫数目守恒模型能够从机理上反映介质内泡沫的生成及湮灭机理,从而对泡沫液在非均质多孔介质内的渗流特性进行正确分析。
  (3)通过对随机泡沫数目守恒模型的参数研究发现:参数Kg的值主要影响泡沫的生成速率,Kg越大,泡沫结构的生成就越快;参数n∞的值主要影响泡沫的最大表观粘度,n∞越大,泡沫流体表观粘度越大,驱替效果越好。
[硕士论文] 周驰
动力工程及工程热物理 青岛科技大学 2017(学位年度)
摘要:防风网抑尘工程技术是防治大型露天料堆场二次扬尘的有效措施,其核心部件为防风网,而有关防风网的受力计算目前尚未形成专门的规范,此值直接关系到钢构架的结构设计,对于工程建设具有重要的指导意义。
  本文利用FLUENT软件进行不同开孔率对平面型、蝶形防风网尾流区内流场特性影响的数值模拟,并与PIV实验数据的相比较,验证了数值模型的合理性与正确性。在此基础上,开展了来流风速、开孔率和开孔直径对平面型、蝶形防风网受力影响的数值模拟。研究结果表明:
  (1)平面型、蝶形防风网的阻力系数随着来流风速增加逐渐减小,而当来流风速大于10.0m/s时,它们的阻力系数基本不随来流风速的增加而变化,考虑到防风网工程建设中,来流风速的选取一般是基于当地50年内的最大风速,其值通常大于10.0m/s。因此,忽略来流风速的变化对阻力系数的影响;
  (2)当来流风速和开孔直径不变时,平面型防风网的阻力系数随开孔率的增加呈指数减小的趋势,其拟合公式:此处为公式故省略;当来流风速和开孔率不变时,平面型防风网的阻力系数随开孔直径的增加呈非线性减小的趋势,其拟合公式:当4mm≤ d≤12mm时,此处为公式故省略;
  (3)蝶形防风网纵向间距对阻力系数的影响与开孔率有关,在较小开孔率时,纵向间距对阻力系数的影响小于开孔直径对阻力系数的影响,而在较大开孔率时,纵向间距对阻力系数的影响大于开孔直径对阻力系数的影响;横向间距对阻力系数的影响小于开孔直径对阻力系数的影响;
  (4)出于减小蝶形防风网受力考虑,在相同网孔排列形式和开孔率的情况下,优选开孔直径较大的蝶形防风网;
  (5)通过对数值结果进行拟合方程得到蝶形防风网阻力系数的计算式:当6.6mm≤d≤9.5mm,此处为公式故省略
[硕士论文] 杨蕾
工程力学 青岛科技大学 2017(学位年度)
摘要:高产梳棉机都配置有滤尘管道装置。梳棉机在梳理过程中产生的杂质、短绒若不能及时彻底的被滤尘管道清除,会对生条质量产生影响,降低梳棉机的市场竞争力,给企业带来不必要的成本消耗。梳棉机滤尘管道是负压吸尘装置,管道结构对吸尘效率、风机能耗、工作可靠性有决定性作用。本课题组与青岛纺织机械股份有限公司合作,对新型梳棉机滤尘管道展开一定的研究和分析。
  本文以FB1235型梳棉机滤尘管道为研究对象,分析其气流场特性,以计算流体力学仿真和实验方法分析滤尘管道结构存在的问题,并提出新的结构设计方案。
  首先,分析了滤尘管道的结构和除尘原理。对模型进行简化处理后,运用Solidworks软件完成滤尘管道的三维参数化建模。然后,阐述了计算流体力学理论,将三维模型导入Fluent软件中采用三维不可压流体的标准K-epsilon湍流模型,基于计算流体动力学(CFD)方法,对梳棉机后上滤尘吸塑管道进行气流场分析,得到梳棉机滤尘管道的风压、风速、湍流等的云图,并对模拟结果进行分析。同时对原结构进行气流场实验,测得原结构的相关气流场特征数据,通过分析对比Fluent模拟结果与实验测量结果,发现原管道内存在一些湍流,增加了压力损失,造成除尘效率偏低。为此对该管道进行了结构改进设计,并做了进一步的数值模拟分析和实验对比验证。经过对优化前后管道的CFD模拟结果的分析对比,总结出改进后的管道气流场分布更加合理,从而验证了优化后的模型设计的可行性。
[硕士论文] 贺亚明
动力工程及工程热物理 湘潭大学 2017(学位年度)
摘要:光滑粒子动力学方法(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)是一种纯拉格朗日形式的无网格粒子数值计算方法,计算过程仅需粒子信息即可,不用依赖网格的辅助计算;加之其能够方便地处理大变形运动、可变形边界、运动交界面等问题和追踪自由表面,近年来在流体动力学领域取得了迅猛发展。
  针对网格方法在处理自由表面流动问题时常出现的网格拓扑困难、计算效率低、不能准确追踪自由边界面以及严重的数值耗散等缺陷,本文深入研究了SPH算法的改进方案及其在自由表面流动问题中的应用,主要的内容如下:
  (1)系统介绍了SPH算法的基本思想,根据N-S方程组推导创建了SPH形式的流体动力学数学模型;同时对传统SPH方法相关的数值处理技术做了详细介绍,讨论了状态方程、人工粘度、边界处理、时间积分等方面的内容;并简要阐述了SPH计算程序的基本结构、计算流程和本文所编SPH程序的特点。
  (2)针对SPH方法在计算自由表面流动问题上存在的不足,深入研究了数值处理技术方面的改进措施。本文提出一种对密度梯度进行正则化校正的方法,使数值震荡的问题明显改善;借鉴MPS的相关数值技巧对边界虚粒子的压力进行计算,有效降低了壁面附近粒子的失真现象;同时提出一种适合动态光滑长度计算的搜索算法,极大提高了程序的自适应能力和计算精度;另外本文还对比了B-spline、Quintic以及改进型Quintic三种光滑函数下SPH方法的计算效率和精度,结果表明:改进的Quintic光滑函数的综合性能最好;而针对 SPH计算过程的不稳定性缺陷,本文从应力和表面张力两个方面分析了处理方案。
  (3)针对从实际问题抽象出的一系列典型溃坝问题进行了数值模拟。本文分别对二维干坝、湿坝、障碍溃坝以及三维无挡板和有挡板的溃坝问题较为成功进行了数值计算,分析了坍塌水柱的瞬态波前变化情况、速度分布和压力分布情况,并与前人文献的实验结果进行对比,分析了本文改进算法的优势及在该领域计算中尚存在的不足。
  本文基于传统SPH算法对其在计算自由表面流问题方面进行了部分算法改进,并成功运用改进的SPH算法模拟了一系列溃坝问题,经分析后证明本文改进的SPH数值算法可以高效且比较准确的模拟溃坝这一典型自由表面流动问题。
[硕士论文] 苏玉鑫
动力工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:随着科学技术的发展,微电子机械系统等微型原器件得到了广泛应用,对微型原器件的设计和制造提出了更高的要求,进一步研究微电子机械系统的内部液体流动机理、伴随的传热机理非常具有学术价值。但是微型电子机械系统内部尺度一般处于介观尺度,基于连续介质力学力学宏观数值模拟方法不能准确处理该尺度的问题,而分子动力学等微观方法的计算规模又很难达到这一计算尺度。能量守恒耗散粒子动力学(eDPD)是一种粗粒化的分子动力学方法,不仅可以研究介观尺度下的复杂流体行为,还可以计算复杂的传热问题,是研究介观尺度下伴随热量传递的复杂流体行为一种理想方法。
  本文系统地阐述了能量守恒耗散粒子动力学方法,指出了该方法的主要特点,分析了其在处理复杂流体行为时的优势。本文的主要研究内容包括:
  (1)采用eDPD对通道内流体绕流方形柱体阵列的流场和温度场进行研究,分析不同雷诺数下流场和温度场的分布特点。研究表明:当雷诺数增大时,柱体周围流体温度变化增大,对流换热现象明显。随着雷诺数增大流体流过柱体时出现了不同程度的漩涡,在漩涡区流速降低,对流换热速度减弱,出现了局部温度峰值。
  (2)采用eDPD模拟介观尺度微通道泊肃叶流中高分子的运动特性,研究表明可以将高分子溶液看作幂律流体,随着高分子浓度增大幂律指数减小,高分子溶液越偏离牛顿流体特性。同一高分子浓度不同温度时幂律指数基本不变。本文进一步分析了不同高分子浓度、温度以及不同驱动力下通道内流体的速度分布、应力分布、温度分布、高分子链质心分布以及高分子链瞬时位置。结果表明:高分子链远离壁面分布,不同温度的高分子链与周围流体的温度差最终会导致其分布位置在浮升力作用下有所变化,随着通道内驱动力增大浮升力的影响逐渐减小;在通道中由于速度分布不均匀,速度快的地方温度分布变化明显,对流换热现象明显;温度和高分子链的浓度变化对剪切应力分布影响不大,对流动方向的正应力影响较大。
[硕士论文] 吴海斌
动力工程及工程热物理 湘潭大学 2017(学位年度)
摘要:目前,流体力学中非线性偏微分方程的求解有各式各样的数值解法。基于单元的数值方法在求解流体力学问题时均需要利用单元进行计算区域的离散,这不便于求解和应用。无单元Galerkin(Element-Free Galerkin,EFG)法作为一种有巨大研究及应用价值的数值方法,其采用的是基于离散点的近似,不需要单元信息,不仅便于处理复杂边界,而且计算准确,因此不少学者将其应用于流体力学问题的求解。近年来EFG法在流体力学领域的应用仍然处于发展阶段,而且主要用于求解二维流场问题,但是很多实际流动问题往往不能简化为二维流动问题进行分析,故本文以低雷诺数下三维不可压缩粘性流体流动为研究对象,以EFG法和计算流体力学为理论基础,编写计算程序对其流动进行数值研究,全文的主要研究工作和所得结论如下:
  (1)推导出三维Stokes流动的EFG法离散控制方程,以推导的离散方程和EFG法理论为依据编写算法程序对具有精确解的三维Stokes方程进行了求解,验证了所编程序和算法是有效可靠的。将其应用于立体空腔Stokes流动问题的求解时,重点分析了不同速度比和高宽比对流动的影响,数值结果表明随着速度比S值的增加,其内部流态由四个临界值分成五个不同的阶段;随着高宽比A的变化,其内部漩涡也经历了由一个到两个,随后又只有一个,接着发展为多个漩涡的过程。
  (2)考虑惯性项的作用,建立了三维定常Navier-Stokes(简称N-S)方程的EFG法离散表达式,编写程序数值研究了180°圆形截面弯管的流动特性,重点探究雷诺数和曲率直径比对其流场和漩涡生成的作用。结果表明,在曲率直径比相同时,入口雷诺数的取值影响着弯管内迪恩漩涡的结构和强度;在雷诺数相同时,理尼漩涡在小的曲率直径比弯管中出现的地方靠近弯曲段前沿,而在大的曲率直径比弯管中则往后一些。另外,弯管内速度和压力的分布受曲率直径比变化的影响更为明显。
  (3)考虑到与时间有关的流动情况,采用θ加权法进行时间项的离散,完成三维非定常N-S方程的EFG法离散格式的推导,编写求解程序对并列圆柱在低雷诺数下的绕流展开分析。结果显示,并列圆柱的三维流动特性明显,不同雷诺数下并列圆柱中的尾流形态存在差异。
  本文运用EFG法对三维定常Stokes流动、考虑惯性项的弯管定常流动以及考虑时间项的并列圆柱非定常流动展开了数值模拟,计算结果准确反映了其三维流场情况,给工程应用提供了一些有效的指导。
[硕士论文] 崔定
化学工程 湖南大学 2017(学位年度)
摘要:流体沿设备表面流动形成的降液膜一直是流体力学研究的热点,在本研究中,主要对沿着垂直装置表面流动的流体形成的降液膜开展研究工作。本研究基于已有的计算降液膜液膜厚度的研究成果,提出了一种用于计算流体沿着垂直圆柱体外边面流动形成的降液膜的液膜厚度的计算公式,并将其计算结果与实验测得的测量结果、通过流体动力学模拟软件(CFD)模拟得到的模拟结果以及传统的用于计算流体通过垂直平板形成的降液膜的液膜厚度的公式的计算结果进行对比,对比结果显示,这几种方法获得的降液膜的液膜厚度的数值大小基本一致,尤其是对于在低雷诺数区域的流体形成的降液膜。此外,本研究还对沿着垂直装置流动流体形成的降液膜的入口效应开展了研究工作,并利用流体动力学模拟软件(CFD)的VOF模型进行模拟,并将模拟得到的模拟结果与实验测量得到的测量结果进行对比,通过对比结果可以发现,模拟结果与实验测量结果之间存在着一定的差异。除此之外,本研究基于计算通过管道的流体的入口效应长度的研究成果提出了用于计算通过垂直装置表面流体的水力学入口效应长度的经验公式,并将计算结果与实验测量结果进行对比,对比显示计算结果与实验测量结果之间的相对平均误差仅仅只有3.03%;与此同时,本研究也对最小表面模型进行了一定的修正,并将通过修正后的最小表面模型得到的计算结果与实验测量结果进行对比,对比结果显示计算结果与实验测量结果之间的相对平均误差也仅仅只有5.59%。根据本研究的研究结果可以发现,当入口效应长度仅占液膜总长度的5%时,气液两相流体的接触面积仅仅只改变1%,几乎可以忽略不计。
[博士论文] 肖周芳
空天信息技术 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:由于综合了结构网格和非结构网格的精度和易用性这双重优势,含边界层单元的混合网格一直被认为是粘性流动数值模拟最佳的网格形式。这类网格在物面附近区域生成扁平的半结构三棱柱单元,不仅能在平行物面方向适应复杂的几何外形,还能在垂直物面方向适应剧烈的物理量变化;而在远离物面区域生成非结构化四面体单元,增强算法的几何适应性和自动性。混合网格生成涉及几何处理、曲面网格生成、边界层网格生成、体网格生成及优化等诸多环节,要构建一套完整且快速的混合网格生成软件需要解决这些环节中的一系列技术难题,这也使得混合网格生成方法研究成为数值模拟研究领域的热门话题。
  本文针对复杂外形粘性流动数值模拟前处理问题,以构建一套混合网格全自动生成流程为总目标,系统研究了混合网格生成过程中的多个难点问题,并最终取得了三项研究成果。
  针对离散曲面模型中存在的相交、重叠和非二边流行边等问题,提出了一类全新的布尔运算算法来处理这些问题。该算法基于改进的保形边界四面体网格生成方法,采用自顶向下的流程得到布尔运算结果。算法在修复曲面问题的过程中始终维持一套完整的四面体背景网格,该背景网格不仅可以作为空间分解结构加速相交元素的查找过程,还可被用于实现flood-filling算法提取布尔结果。此外,着重考虑了算法的鲁棒性问题,并提出了两种提升该算法鲁棒性的策略。
  针对曲面网格生成过程中单元尺寸场定义自动性及质量差等问题,提出了一类几何自适应单元尺寸场自动生成算法。该算法以非结构网格为背景网格,并在每个背景网格点上存储基于几何特征计算出来的初始单元尺寸值。随后设计了一个非线性凸优化模型对初始单元尺寸场进行光滑化操作,使得单元尺寸梯度受限。文中证明了该优化模型具有全局最优解,并研究实现了该模型的高效解法。
  近物面区域边界层网格生成是混合网格自动生成过程中的最关键环节,其涉及的一些难点问题至今没有得到完美的解决。本文提出一类基于偏微分方程求解的边界层网格生成算法,该方法通过边界元法求解由拉普拉斯方程控制的物理场从全局角度考虑边界层网格生成中遇到的复杂问题。前沿点的层进法向由该点处的物理量梯度确定,边界层网格的增长在物理解空间中完成,有效的避免了经典前沿层进法中基于局部几何准则计算层进法向遇到的局部相交和全局相交问题。此外,新算法中由物理解得到的前沿点层进法向过渡光滑,使得最终得到质量较高的边界层网格单元。
  结合上述研究成果,并与课题组已有曲面网格生成程序和四面体网格生成及优化程序进行无缝集成,构建了一套完整的混合网格自动生成流程。针对任意几何外形,用户只需设置少量参数即可调用上述流程自动生成高质量的混合网格。该过程无需借助图形用户界面,极大简化了对用户交互操作的依赖,有效提高数值模拟前处理效率。文中通过多个数值实验验证了本文混合网格全自动生成流程的有效性及正确性。
[硕士论文] 岑干君
应用化学 广西大学 2017(学位年度)
摘要:本论文主要是通过寻找解析解并结合一定的数值模拟来探讨微流体在电渗(Electro-osmosis,简称EO)效应下的流动行为,并探讨在环形和圆形微流道内流体的各项物理性质,所使用的物理模型包括Poisson-Boltzmann equation(P-B方程)、Navier-Stokes equation(N-S方程)和DebYe-Hückel Approximation(D-H近似)等方程组。本论文将基于P-B方程和D-H近似来探讨环形和圆形微流道中的定常态电渗流动和非定常起始流动。本文首先基于线性D-H近似求解得到EO流动的解析解,然后通过同伦法(Method of Homotopy)将结果推广至非线性P-B方程。
  环管内外壁面可能会有不同的Zeta电势(分别标记为α,β),本文将研究内外壁面电势(α,β)、内外半径比b、动电宽度K以及P-B方程非线性衡量指标λ等因素对环管EO流动的影响。对任意给出的内外壁面电势(α,β),本文为得到定常态EO最大流量而对内外半径比b进行了最优化,并给出了其所对应的EO起始流动随时间变化的详细研究。本文还给出了不同K值时,最优化EO流量QM(α,β)与所对应的b(标记为bmax)在α-β平面上的变化趋势,这可作为实际应用做出有用的指导。本文还研究了不同λ值时,bmax和QM(α,β)的变化。
  本文分别研究了Zeta电位在圆管壁面径向均匀分布和不均匀分布时的EO流动,并讨论了不同的K、λ值对定常态和非定常态EO流动的影响。对Zeta电势均匀分布的情形,本文给出了不同的K、λ值时EO流量随时间的变化,并给出了其所对应的EO起始流动在管道中的随时间变化的速度分布。本文通过一个Zeta电势在管道内存在一个周期性细微扰动的例子,研究了Zeta电势不均匀分布时不同K、λ值的EO流动定常态速度在管道中的分布,及其所对应的非定常态起始流动速度和流量随时间的变化。
[硕士论文] 石栋栋
机械工程 大连海事大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,微流控技术发展迅速,气液两相流动的应用引起人们极大的关注。空泡技术在生物医学、化学工程和国防军事等领域发挥着巨大的作用。因此探索空泡动力学特性对于实现对空泡的有效利用和主动控制具有重要的意义。本文主要针对微通道入口方式和微通道壁面润湿性对空泡动力学特性的影响进行了系统性研究。
  本研究主要内容包括:⑴基于Y型汇流方式采用120° Y型微通道,气液两相入口对称。借助高速摄像技术对Y型微通道分叉处空泡的产生过程进行研究,重点分析流速、气液流速比以及通道尺寸对空泡动力学特性的影响。研究结果表明:空泡产生方式主要包括挤压、滴流和过渡,并且分别对应三种流型为段塞流、液滴流和弹状流。空泡大小随着流速、气液流速比以及通道宽度的增大而增大。空泡生成周期随流速的增大及气液流速比的减小而缩短。⑵采用非对称Y型微通道进行试验,微通道入口角度分别为30°、45°、60°和75°。分别以蒸馏水和含0.1% SDS水溶液作为连续相,由Y型微通道水平分支口进入;空气作为分散相,由Y型微通道另一分支口进入,重点分析流速、气液流速比以及表面张力对空泡动力学特性的影响。研究结果表明:随着微通道入口角度的改变主要出现五种流型:平行流、射流、段塞流、弹状流和液滴流。空泡大小随微通道入口角度的增大而减小。表面张力减小,有助于生成更小体积的空泡,且空泡生成周期缩短。⑶将激光加工和自组装技术制备的疏水/超疏水表面通过胶粘法粘接在微通道中作为微通道壁面,然后借助高速摄像系统对空泡在具有不同润湿性的壁面处的运动过程进行拍摄。研究流速、壁面疏水性和通道尺寸对空泡动态接触角的影响。试验结果表明:壁面疏水性越强,空泡动态接触角比值越大。随着流速的增大,空泡在壁面处的动态接触角和两侧壁面处的动态接触角比值均减小。通道尺寸越小,空泡受限制作用增强,空泡动态接触角比值接近1,且随着通道尺寸增大,动态接触角比值的增大幅度先升高后下降。
[硕士论文] 薛宇迪
船舶与海洋工程 大连海事大学 2017(学位年度)
摘要:改善射流的掺混性能存在着诸多方式,其中通过优化喷嘴结构从而改善喷射过程的方式是最为直接与简单的一种。对掺混性能进行有效的提升不仅具有较为深刻的科学意义,而且对诸如燃烧器、混合器等绿色船舶技术中存在喷射过程的设备具有重要的指导价值。本文根据分形几何理论在正方形普通网格喷嘴的基础上设计了与之阻塞比相同的正方形分形网格喷嘴。在大范围的雷诺数(Re=12000~42000)工况下对正方形分形与普通喷嘴的射流瞬时流场显示及速度场进行测量,系统地探究了分形射流的流动与混合特性。
  本研究主要内容包括:⑴针对两种射流瞬时流场的对比分析发现,分形射流的流场内涡结构三维性较强并且分布更密集,扩散角更大,这间接证明了分形射流的掺混性能较高;⑵通过分析射流中心线和横截面平均速度和脉动速度,发现分形射流其中心线速度衰减较快,更早地(2.5<x/De<10)进入自相似状态,并且湍流度更高,这意味着分形射流在发展过程中对周围流体具有更强的卷吸能力;⑶通过分析射流中心线湍动能能量频谱以及湍流尺度的对比情况,本本文发现阻塞率分布不均的分形网格使得射流在更宽尺度范围内对周围流体进行卷吸,因而其能量、动量与质量传递与扩散的过程更为迅速,在1<x/De<10范围内分行射流的增混作用明显。因此分形射流对于开发高效燃气锅炉燃烧器、混合器等绿色船舶技术具有重要的应用价值。
  (已选择0条) 清除
公   告

北京万方数据股份有限公司在天猫、京东开具唯一官方授权的直营店铺:

1、天猫--万方数据教育专营店

2、京东--万方数据官方旗舰店

敬请广大用户关注、支持!查看详情

手机版

万方数据知识服务平台 扫码关注微信公众号

学术圈
实名学术社交
订阅
收藏
快速查看收藏过的文献
客服
服务
回到
顶部