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旋转流体多边形自由表面形成机制研究

实验流体力学 2024年第2期38卷 78-87页

作者：李唯一王涛张先念李雪琴孙振生火箭军工程大学西安710025

针对流体在约束旋转中产生多边形涡流的现象,设计了旋转圆筒实验装置,对不同旋转频率、液面高度及圆筒半径下的旋转流体行为进行了研究。基于实验现象,提出了全局复合波理论模型,该模型的计算结果与实验现象一致。根据流动相似理论,利... 详细信息

针对流体在约束旋转中产生多边形涡流的现象,设计了旋转圆筒实验装置,对不同旋转频率、液面高度及圆筒半径下的旋转流体行为进行了研究。基于实验现象,提出了全局复合波理论模型,该模型的计算结果与实验现象一致。根据流动相似理论,利用量纲分析法对实验数据进行分析处理;借助黑体辐射模型给出了流体参数在一定范围下的经验公式,该公式在径长比小于4的情况下与实验数据符合程度较好。本文建立的全局复合波理论模型及相关研究结论可为多边形涡流形成机制与变化规律研究提供理论参考。

关键词：旋转流体多边形涡流量纲分析经验公式黑体辐射模型全局复合波理论模型

准三维旋转流体模型及其在部分充液转子稳定性分析中的应用

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应用力学学报 2001年第2期18卷 26-33页

作者：祝长生浙江大学杭州310027

提出了一种简单的无粘旋转流体准三维模型 ,并给出了旋转流体对转子作用力的详细表达式。然后用该模型分析了部分充液刚性悬臂转子系统的稳定性 ,并与实验结果进行了比较 ,两者在定性上符合较好。

关键词：转子稳定性旋转流体流固耦合充液转子准三维旋转流体模型

一种基于声相似律的旋转流体机械噪声声源分离方法

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声学学报 2010年第2期35卷 119-125页

作者：吴瑞冯涛耿少娟刘克聂超群中国科学院噪声与振动重点实验室(声学研究所) 北京100190 北京工商大学机械工程学院北京100048 中国科学院先进能源动力重点实验室(工程热物理研究所) 北京100190

针对管道系统中的流体机械发声问题,提出了一种声源函数与声响应函数的频谱分离方法。该方法以声相似律为基础,分别采用最小均方值多重线性回归方法和高斯滤波获得声源函数和声响应函数。通过算例验证了该方法的有效性,辨识得到的声源... 详细信息

针对管道系统中的流体机械发声问题,提出了一种声源函数与声响应函数的频谱分离方法。该方法以声相似律为基础,分别采用最小均方值多重线性回归方法和高斯滤波获得声源函数和声响应函数。通过算例验证了该方法的有效性,辨识得到的声源函数和声响应函数的相对误差均远小于现有方法。利用该方法分析了自由空间和带管道两种安装条件下轴流风扇的辐射噪声,辨识得到了相应的声源函数、声响应函数和叶尖速度律指数,并对风扇的主要噪声成分进行了分析。

关键词：分离方法机械噪声相似律旋转流体响应函数声源线性回归方法管道系统

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旋转流体中的非线性惯性波

海洋学报 1995年第1期17卷 6-12页

作者：侯一筠中国科学院海洋研究所

本文从旋转流体中非线性惯性波的基本方程出发，通过微分几何理论论证了非线性惯性波在传播方向上的周期性及不存在孤波解。采用Ｈａｍｉｌｔｏｎ函数及其作用──角度变量给出非线性惯性波的解析解。并以简洁形式提出了一种有限振幅的... 详细信息

本文从旋转流体中非线性惯性波的基本方程出发，通过微分几何理论论证了非线性惯性波在传播方向上的周期性及不存在孤波解。采用Ｈａｍｉｌｔｏｎ函数及其作用──角度变量给出非线性惯性波的解析解。并以简洁形式提出了一种有限振幅的非线性惯性波和用罗斯贝数作为控制参量的非线性频散关系和波速公式。

关键词：旋转流体非线性惯性波频散关系地球流体

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旋转流体中圆球沿旋转轴运动产生的扰动

应用数学和力学 1998年第9期19卷 799-804页

作者：乐嘉春同济大学工程力学与技术系

本文用线化理论分析了整体旋转的理想流体中有一个圆球沿旋转轴作匀速运动时流体的扰动，基于旋轴对称流动的假设导出了决定运动稳定性的扰动压力方程和扰动流函数方程·用简正模法分析了扰动流函数方程，得出了非平凡中性扰动的波数与... 详细信息

本文用线化理论分析了整体旋转的理想流体中有一个圆球沿旋转轴作匀速运动时流体的扰动，基于旋轴对称流动的假设导出了决定运动稳定性的扰动压力方程和扰动流函数方程·用简正模法分析了扰动流函数方程，得出了非平凡中性扰动的波数与波速必须满足的约束条件，并求出了扰动的精确表达式·文中得出结论，中性扰动共有三种可能的形式·

关键词：旋转流体物体运动小扰动稳定性中性扰动

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旋转流体斜压波三维温度结构实验研究

力学学报 1994年第5期26卷 608-615页

作者：魏岗仲孝恭谭伯彦彭开胜南京空军气象学院物理教研室

实验研究了负径向温度梯度下转坏系统中斜压流体的对流运动，获得了该系统中旋转流体斜压波的一般特征，通过对斜压波温度场多层次细网格测量，得到了斜压波三维温度结构和表面波状急流的温度分布，并就波－波转换的不稳定性问题作了初... 详细信息

实验研究了负径向温度梯度下转坏系统中斜压流体的对流运动，获得了该系统中旋转流体斜压波的一般特征，通过对斜压波温度场多层次细网格测量，得到了斜压波三维温度结构和表面波状急流的温度分布，并就波－波转换的不稳定性问题作了初步分析．

关键词：斜压波旋转流体温度场温度梯度

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旋转流体的并行计算与分析

旋转流体的并行计算与分析

作者：赵运业中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)

学位级别：硕士

旋转流体是一种用途广泛的特殊流体,其广泛存在于高端制造、环境工程、航空航天和医疗器械等领域,常见的应用场景包括:风能发电机、搅拌机、人工心脏泵和航空发动机等场景。旋转流体的高精度数值模拟由于同时涉及湍流、相对运动、移动... 详细信息

旋转流体是一种用途广泛的特殊流体,其广泛存在于高端制造、环境工程、航空航天和医疗器械等领域,常见的应用场景包括:风能发电机、搅拌机、人工心脏泵和航空发动机等场景。旋转流体的高精度数值模拟由于同时涉及湍流、相对运动、移动网格等技术,是一个极具挑战的课题。本文对旋转流体力学的求解算法、湍流模型和旋转计算方法进行了详细研究,通过多种不同应用场景下的旋转流体力学算例,探究了不同求解算法的计算准确性,对比了不同的湍流模型对旋转流体的涡流分辨率,并针对大规模网格量下的多种求解算法的并行效率进行了详细研究。本文首先研究了旋转流体力学的高性能数值模拟算法。基于一般形式N-S方程详细研究了不同旋转场景下求解算法,包括PISO、PIMPLE和SIMPLE求解算法;研究了用于湍流计算的不同湍流模型;研究了旋转流体计算的两种旋转方法,包括用于稳态计算的多重参考系法和用于瞬态计算的任意网格界面法。为了验证算法的准确性,我们对两个标准测试案例进行了详细的计算分析。本文利用研发的高性能算法对一个双转子垂直型风能发电机的空气动力学进行了详细的计算分析。该计算详细探究了多个RANS和LES湍流模型对湍流涡流的捕捉能力,并对RANS方法下的三种湍流子模型的湍流涡流捕捉精度进行了详细分析。另外,我们还对各个湍流模型和任意网格界面法的并行可扩展性和效率进行了详细的研究。数值结果表明,随着计算核心数增加,任意网格界面法成为限制并行效率的主要因素,且不同湍流模型的并行效率也有较大差别。本文最后将旋转流体力学高性能求解算法应用于一个具体的工业产品的优化设计中—人工心脏泵的流体力学优化设计。利用上述算法,通过大量的流体力学模拟分析,对人工心脏泵的转子几何形状进行了优化设计,优化后的模型的综合力学性能相比原模型有较大提升,其中流量提升了36本文的创新点主要有:(1)完成了旋转流体力学高精度快速模拟系统的研发,并详细研究旋转流体力学的高性能数值模拟算法,且利用标准测试案例验证了算法的准确性;(2)利用该算法,完成了一个多旋翼垂直轴风能发电机的空气动力学详细计算分析,及对一个真实人工心脏泵转子的形状进行了详细流体力学优化设计,获得了一种综合力学性能相比原始模型更优的几何形状。

关键词：旋转流体任意网格界面法多重参考坐标系法并行计算湍流模型

基于晶格Boltzmann方法的三维旋转流体中二次流研究

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基于晶格Boltzmann方法的三维旋转流体中二次流研究

作者：李蓉广西师范大学

学位级别：硕士

二次流现象在自然界、工农业生产及科学研究等领域常被广泛涉及,因而受到人们的极大关注。研究二次流的运动特性不仅能创造经济效益,并具有很强的实用价值,是计算流体力学研究的前沿和热点课题。二次流的行为机理与周围流体温度场,速度... 详细信息

二次流现象在自然界、工农业生产及科学研究等领域常被广泛涉及,因而受到人们的极大关注。研究二次流的运动特性不仅能创造经济效益,并具有很强的实用价值,是计算流体力学研究的前沿和热点课题。二次流的行为机理与周围流体温度场,速度场,气液两相的物理参数和几何参数密切相关,是涉及多学科交叉的复杂流动现象。目前有关二次流的研究大多是用传统的流体力学方法模拟。然而传统的流体力学方法,仅考虑了用流体的宏观物理量展开数值模拟,对于一些简单的多相流体现象虽能成功模拟,但模拟复杂的多相流体系统时,显得束手无策。不同条件下的复杂多相多组分流体系统,会给数值模拟带来边界难以处理、状态方程难以确定、界面跟踪困难等问题。不同于传统数值模拟方法,近几年来晶格Boltzmann方法(LBM)由于边界易处理和程序天然的并行性等诸多优点在计算流体领域迅速崛起。晶格Boltzmann方法是介于宏观与微观之间的介观模型。从介观层次上,LBM特别适用于涉及复杂界面动力学和相变的流体系统,它使得复杂流体系统求解Navier-Stokes方程,相变时拓扑变形的处理、以及界面的重构变得容易。有学者曾用晶格Boltzmann方法研究二次流现象,但都是基于单相的LBM模型进行模拟,无法跟踪大量细小的、分散的界面,难以捕捉到粒子运动的细节,不能准确的描述二次流现象。目前,晶格Boltzmann方法己成功运用多相流领域的研究,并发展了颜色梯度模型,伪势模型,自由能模型,平均场模型等成熟的多相晶格Boltzmann模型,它们源于不同理论背景,各有优略。我们研究小组从自由能的角度直接引入界面区域粒子产生的非理性力,提出了一个可靠的多相流LB模型。利用该多相流LB模型,本文首先建立了热力学一致的多相流LBM二次流模型,并考虑边界的润湿作用,所建立的模型成功应用于模拟流体在旋转过程中产生二次流现象。该模型通过与Van der Waals状态方程和Peng-Robinson状态方程结合,可实现对不同流体搅动过程的描述。本文由一系列的数值模拟,分别研究了满足以上两种状态方程的流体旋转中所产生的二次流漩涡强度和漩涡的中心位置分别受搅拌力、搅拌棒的距离及筒体壁面的润湿性的影响情况,获得了如下的结论：1、搅拌力的选取应当合适,太小形成的液面较平,不能产生二次流。但搅拌力并不是越大越好,太大使得液面太凹,不具有研究价值。当搅拌力在合适的范围内,二次流涡强度与搅拌力呈单调递增的关系。2、二次流涡强度与圆筒侧面润湿性的关系为,先随圆筒侧壁面接触角的增大而增强,当接触角为135度左右,达到涡强度变化的峰值,之后又减弱。二次流涡强度受圆筒底面润湿性的影响情况与所选择的状态方程有关,满足Peng-Robinson状态方程的流体,二次流涡强度随圆筒底面接触角的增大先缓慢减弱,当接触角大于120度时急剧下降,并在接触角为135度时,达到涡强度变化的谷值,之后又增强;满足Van der Waals状态方程的流体,二次流涡强度先随接触角增大而增强,在接触角为140度时达到涡强度变化的峰值,之后又减弱。3、随着搅拌棒到圆筒中心轴线距离的增大,二次流涡的中心位置逐渐远离圆筒的中心轴,向圆筒外侧和液面方向移动。另外,在两相交界面下方,我们还发现了一对对称的涡强度较弱的小涡,小涡涡强度会受到搅拌棒到中轴线距离D的影响。以上结论,不仅有助于我们解释生产生活中与二次流有关的现象,而且有望为对二次流的研究和应用做出贡献。

关键词：数值模拟晶格Boltzmann方法多相流旋转流体二次流

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旋转流体中浮力演示及分析

克山师专学报 2000年第3期19卷 31-32页

作者：温雅祥车元利克山师专物理系黑龙江克山161601 拜泉民乐中学物理组黑龙江拜泉164700

本文提供一个利用透明有机桶、乒乓球、弹簧和细线绳等制作用于演示旋转液体中浮力的大小和方向的实验，同时给出了理论分析。

关键词：旋转流体浮力抛物线物理实验