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欧姆加热纳米流体中具有热跳现象移动表面的Falkner-Skan流分析

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Journal of Central South University 2023年第3期30卷 834-843页

作者： Ahmad SHAKEEL Farooq HINA Farooq MUHAMMAD Department of Mathematics and Statistics Riphah International UniversityIslamabad 44000Pakistan Department of Pure and Applied Mathematics The University of HaripurHaripur 22600Pakistan

边界层假设下的Falkner-Skan流分析因其在渗流、导热垫、热交换器、油层检测和地热分析等许多工业领域和过程中的广泛应用引起了越来越多的关注。本文主要研究了氧化石墨烯-水纳米流体的Falkner-Skan磁楔流。通过对驻点附近进行分析,研... 详细信息

边界层假设下的Falkner-Skan流分析因其在渗流、导热垫、热交换器、油层检测和地热分析等许多工业领域和过程中的广泛应用引起了越来越多的关注。本文主要研究了氧化石墨烯-水纳米流体的Falkner-Skan磁楔流。通过对驻点附近进行分析,研究了可拉伸壁面的速度和热滑现象,以及黏性耗散和欧姆加热对热传输的影响。利用同伦算法说明了相关参数与速度和热传输机理的关系,阐述了Nusselt数和表面摩擦因数的影响。结果表明:温度随着Brinkman数的增长而升高,进一步的热跳则使温度场减小;Hartmann数的增加使热场厚度增大,动量谱厚度减小。该研究对医疗、高温设施、热交换器和机械结构有极大意义。

关键词： Falkner-Skan流纳米流体磁流体动力驻点速度滑移热滑黏性耗散欧姆加热

非对称通道内亲疏水结构影响下的纳米气泡滑移效应

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表面技术 2022年第2期51卷 202-210页

作者：戴双武卢艳高友明李扬帆武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081

目的研究非对称性通道中亲疏水表面结构影响下纳米气泡特征与边界滑移之间的关系,以实现良好的流体减阻效果。方法采用二元体系分子动力学方法,研究纳米气泡在通道流动中产生的滑移减阻效应。首先建立上下壁面非对称微通道模型,通过考... 详细信息

目的研究非对称性通道中亲疏水表面结构影响下纳米气泡特征与边界滑移之间的关系,以实现良好的流体减阻效果。方法采用二元体系分子动力学方法,研究纳米气泡在通道流动中产生的滑移减阻效应。首先建立上下壁面非对称微通道模型,通过考虑微通道流动传热过程,探究纳米气泡影响下的微通道界面速度滑移现象。结果保持亲水下壁面高度以及上下壁面温差不变的情况下,增加上壁面纳米结构高度,对通道中纳米气泡体积产生促进作用。另外,当上壁面为疏水壁面时,气泡呈现为壁面形式,并且随着体积增大,相对应通道中上壁面滑移长度增大;当上壁面为亲水壁面时,纳米气泡呈现为体相形式,并且随着体积增大,对应上壁面滑移长度减小。结论非对称性通道内,在上壁面结构高度影响下,壁面形式的气泡体积增大对通道内减阻具有促进作用,而体相形式的气泡体积增大对通道内减阻具有抑制作用。

关键词：微通道温度阶跃速度滑移纳米气泡滑移减阻润湿性

Oldroyd-B流体绕拉伸楔形体的非稳态滑移流动与传热分析

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应用数学和力学 2022年第3期43卷 272-280页

作者：白羽方慧灵张艳北京建筑大学理学院北京102616 建筑结构与环境修复功能材料北京市重点实验室北京102616

研究了在速度滑移现象存在下,上随体Oldroyd-B流体绕加热的楔形体的非稳态流动.采用松弛-延迟热通量模型,模拟了传热过程和热延迟时间对传热的影响,通过考虑浮升力、热辐射和对流换热边界条件,进一步研究了流动及传热特性.利用同伦分析... 详细信息

研究了在速度滑移现象存在下,上随体Oldroyd-B流体绕加热的楔形体的非稳态流动.采用松弛-延迟热通量模型,模拟了传热过程和热延迟时间对传热的影响,通过考虑浮升力、热辐射和对流换热边界条件,进一步研究了流动及传热特性.利用同伦分析方法获得常微分方程组的近似解析解,发现滑移参数的增大可以促进流体的流动,以及流体的温度随热辐射参数增大而升高.此外还发现,温度场在热松弛时间和热延迟时间中出现相反的变化趋势.

关键词： Oldroyd-B流体楔形体非稳态流动速度滑移热辐射松弛-延迟热通量模型

稀薄效应对空气静压导轨速度边界和温度特性的影响

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机械强度 2018年第3期40卷 602-606页

作者：龙威公玲杨绍华昆明理工大学机电工程学院昆明650500

当空气静压导轨气膜厚度为微米级别时,依据Kn数定义可知此时气膜内流动可能处于滑移区,气浮支撑的内部压力和承载特性会受到稀薄效应的影响,最典型的表现为边界速度滑移和温度跃迁现象。将基于格子Boltzmann方法研究稀薄效应对空气静压... 详细信息

当空气静压导轨气膜厚度为微米级别时,依据Kn数定义可知此时气膜内流动可能处于滑移区,气浮支撑的内部压力和承载特性会受到稀薄效应的影响,最典型的表现为边界速度滑移和温度跃迁现象。将基于格子Boltzmann方法研究稀薄效应对空气静压导轨速度边界和温度特性的影响,得到气膜径向速度和温度分布。通过机理分析和数值计算发现:随着Kn数的增大,速度滑移程度增大;而速度滑移间接引起黏温效应,导致边界温度跳跃现象。温度跳跃相当于在导轨与气膜之间的一个附加热阻,增加流动的摩擦损耗,影响散热。

关键词：空气静压导轨稀薄效应格子Boltzmann 速度滑移

动压气体轴承间隙微流动的格子Boltzmann模拟与试验研究

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动压气体轴承间隙微流动的格子Boltzmann模拟与试验研究

作者：鹿翔宇东南大学

学位级别：硕士

动压气体轴承与传统的滚动轴承相比具有极限转速高、使用寿命长、加工精度高和稳定性好等优势，在航空航天、精密制造和低温制冷等无油高速旋转机械中得到了广泛应用。目前，动压气体轴承的应用领域不断拓宽，正朝着高速化和微型化的方... 详细信息

动压气体轴承与传统的滚动轴承相比具有极限转速高、使用寿命长、加工精度高和稳定性好等优势，在航空航天、精密制造和低温制冷等无油高速旋转机械中得到了广泛应用。目前，动压气体轴承的应用领域不断拓宽，正朝着高速化和微型化的方向发展，轴承间隙的润滑流体特性和微流动效应对轴承性能的影响更加突出，开展相关的理论研究十分重要。当极小的气膜厚度使流体位于过渡区时，基于连续性假设的宏观雷诺方程将不再适用，因此本文从介观尺度研究了轴承间隙内的流动特性和热特性，并进行可视化试验，主要研究内容如下：　　针对简化的弹性箔片动压气体轴承，本文首先建立了研究间隙流动特性和轴承性能的格子Boltzmann模型。使用D2Q9的多松弛时间格子Boltzmann模型，通过非平衡外推思想引入 Langmuir 速度滑移边界条件，实现滑移区和过渡区的微流动模拟。同时将模型推广到任意形式的贴体网格上，采用广义插值补充格子Boltzmann方法（GILBM）进行求解。　　使用上述模型研究了不同轴承参数和速度滑移对于间隙流动特性和轴承性能的影响。研究表明，最大间隙处的速度分布曲线向下弯曲，当偏心率大于 0.73、转速低于30krpm或间隙小于40μm时，发生了气体回流现象，并且边界速度滑移会加快回流的出现。最小间隙处的速度分布曲线向上弯曲，低转速或大间隙下弯曲程度加重。轴颈侧的滑移速度呈类似正弦的分布规律，而轴承套侧的滑移速度呈抛物线分布。随着偏心率的增加，转速的提升或间隙尺寸的减小，边界的速度滑移效应加强，气膜的极值压力、承载力和摩擦转矩都呈现增大的趋势，并且速度滑移程度的加大会对轴承静特性造成更大的影响。　　建立了动压气体轴承气膜粘性热耗散研究模型，将总能形式的双分布函数格子Boltzmann模型通过有限差分离散应用于体贴网格中，同时引入Langmuir温度阶跃边界条件。在验证完模型准确性后，模拟研究了不同参数下的气膜温度分布。结果表明，轴颈与轴承套两侧温差较大时，径向温度呈线性分布，以热传导为主;当两侧温差较小时，径向温度呈抛物线分布，粘性热耗散占主导地位。随着偏心率增加，最大气膜温度近似线性递增，0.8偏心率的温度阶跃导致的温度提升约是无偏心情况下的6.9倍。随着转速的提升，最大气膜温度增加得越来越快，温度阶跃带来的粘性热耗散提升程度相差不大。随着间隙尺寸的减小，最大气膜温度增加且变化速率加快，温度阶跃的影响也逐渐加大， 25μm下的温度阶跃导致的温度提升约是75μm下的7.5倍。　　研制了动压气体轴承间隙流动特性研究试验台，测试了不同偏心率和转速对于间隙流体速度场和压力场的影响，并与模拟结果对比。研究表明，随着偏心率的增加，最大间隙中间位置的速度线性增加，最小间隙中间位置的速度和最大气膜压力呈现不同趋势的增加。随着转速的提升，最大间隙和最小间隙中间位置的速度以及最大气膜压力均呈线性增加。试验结果与模拟结果的变化规律相似，并且最大误差为14.73%，表明了数值模型的可靠性。

关键词：动压气体轴承速度滑移温度阶跃间隙流动特性格子Boltzmann模拟

粗糙纳通道内流体流动与传热的分子动力学模拟研究

同方学位论文库评论

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物理学报 2014年第21期63卷 263-270页

作者：张程宾许兆林陈永平能源热转换及其过程测控教育部重点实验室东南大学能源与环境学院南京210096

为研究粗糙表面对纳尺度流体流动和传热及其流固界面速度滑移与温度阶跃的影响,本文建立了粗糙纳通道内流体流动和传热耦合过程的分子动力学模型,模拟研究了粗糙通道内流体的微观结构、速度和温度分布、速度滑移和温度阶跃并与光滑通道... 详细信息

为研究粗糙表面对纳尺度流体流动和传热及其流固界面速度滑移与温度阶跃的影响,本文建立了粗糙纳通道内流体流动和传热耦合过程的分子动力学模型,模拟研究了粗糙通道内流体的微观结构、速度和温度分布、速度滑移和温度阶跃并与光滑通道进行了比较,并分析了固液相互作用强度和壁面刚度对界面处速度滑移和温度阶跃的影响规律.研究结果表明,在外力作用下,纳通道主流区域的速度分布呈抛物线分布,由于流体流动导致的黏性耗散使得纳通道内的温度分布呈四次方分布.并且,在固体壁面处存在速度滑移与温度阶跃.表面粗糙度的存在使得流体剪切流动产生了额外的黏性耗散,使得粗糙纳通道内的流体速度水平小于光滑通道,温度水平高于光滑通道,并且粗糙表面的速度滑移与温度阶跃均小于光滑通道.另外,固液相互作用强度的增大和壁面刚度的减小均可导致界面处速度滑移和温度阶跃程度降低.

关键词：速度滑移温度阶跃流固界面粗糙度

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纳米通道内液体流动的滑移现象

物理学报 2006年第10期55卷 5305-5310页

作者：曹炳阳陈民过增元清华大学工程力学系北京100084

采用分子动力学模拟方法研究了液态氩在铂纳米通道内的流动,通过改变流体和壁面之间的势能作用获得了流体和通道表面之间浸润性质不同时的滑移现象.研究发现:液体分子在亲水性通道表面附近呈类固体性质,数密度和有序性较大,而在疏水性... 详细信息

采用分子动力学模拟方法研究了液态氩在铂纳米通道内的流动,通过改变流体和壁面之间的势能作用获得了流体和通道表面之间浸润性质不同时的滑移现象.研究发现:液体分子在亲水性通道表面附近呈类固体性质,数密度和有序性较大,而在疏水性表面附近的平均数密度降低,形成一个低密度层;液体流动在固体表面的速度滑移随着液体与表面势能作用的增强而减小,当液体和表面的浸润性不同时可以发生滑移、表观无滑移和负滑移现象;液体在固体表面的表观滑移是液体在固体表面的速度滑移、粘附和流体内部滑移的综合作用的结果.

关键词：纳米尺度流动速度滑移浸润性分子动力学模拟

非对称纳米通道内流体流动与传热的分子动力学

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物理学报 2017年第20期66卷 193-200页

作者：王胜徐进良张龙艳华北电力大学低品位能源多相流与传热北京市重点实验室北京102206

采用分子动力学方法研究了流体在非对称浸润性粗糙纳米通道内的流动与传热过程,分析了两侧壁面浸润性不对称对流体速度滑移和温度阶跃的影响,以及非对称浸润性组合对流体内部热量传递的影响.研究结果表明,纳米通道主流区域的流体速度在... 详细信息

采用分子动力学方法研究了流体在非对称浸润性粗糙纳米通道内的流动与传热过程,分析了两侧壁面浸润性不对称对流体速度滑移和温度阶跃的影响,以及非对称浸润性组合对流体内部热量传递的影响.研究结果表明,纳米通道主流区域的流体速度在外力作用下呈抛物线分布,但是纳米通道上下壁面浸润性不对称导致速度分布不呈中心对称,同时通道壁面的纳米结构也会限制流体的流动.流体在流动过程中产生黏性耗散,使流体温度升高.增强冷壁面的疏水性对近热壁面区域的流体速度几乎没有影响,滑移速度和滑移长度基本不变,始终为锁定边界,但是会导致近冷壁面区域的流体速度逐渐增大,对应的滑移速度和滑移长度随之增大.此时,近冷壁面区域的流体温度逐渐超过近热壁面区域的流体温度,流体出现反转温度分布,流体内部热流逆向传递.随着两侧壁面浸润性不对称程度增加,流体反转温度分布更加明显.

关键词：非对称浸润性速度滑移温度阶跃粗糙纳米通道

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织构滑移表面对轴承承载能力和空穴的影响

华南理工大学学报（自然科学版） 2013年第11期41卷 85-90页

作者：林起崟魏正英王宁陈渭西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室陕西西安710049

为揭示表面织构对滑动轴承摩擦学性能的影响,指导滑动轴承微织构的优化设计,提出双系数数值滑移边界来表征表面织构宏微观相互作用的综合效果,并将其施加到有微织构的轴承表面;采用相变模型描述空化现象,研究了织构区域的位置、面积等... 详细信息

为揭示表面织构对滑动轴承摩擦学性能的影响,指导滑动轴承微织构的优化设计,提出双系数数值滑移边界来表征表面织构宏微观相互作用的综合效果,并将其施加到有微织构的轴承表面;采用相变模型描述空化现象,研究了织构区域的位置、面积等宏观参数对滑动轴承承载能力和空穴的影响规律.最后采用文献所述实验轴承进行分析,验证了该双系数数值边界的正确性.研究表明,空穴区域处的织构不会影响润滑液膜压力和轴承承载能力;织构区域前端会产生低压效应而其末端会产生动压效应;织构位于压力上升区域时可以提高承载能力,且承载能力随该区域织构表面面积的增大而增大,但织构位于压力下降区域时将降低承载能力并加剧空化现象.

关键词：滑动轴承表面织构速度滑移承载能力空穴