检索结果-南通市图书馆

Journal of Central South University 2015年第6期22卷 2376-2384页

作者： ABBAS Zaheer MASOOD Tahmina OLANREWAJU Philip Oladapo Department of Mathematics The Islamia University of Bahawalpur Department of Mathematical Sciences Oduduwa University

An analysis was made to study the steady momentum and heat transfer characteristics of a viscous electrically conducting fluid near a stagnation point due to a stretching/shrinking sheet in the presence of a transverse magnetic field and generalized slip condition. Two flow problems corresponding to the planar and axisymmetric stretching/shrinking sheet were considered. By means of similarity transformations, the obtained resultant nonlinear ordinary differential equations were solved numerically using a shooting method for dual solutions of velocity and temperature profiles. Some important physical features of the flow and heat transfer in terms of the fluid velocity, the temperature distribution, the skin friction coefficient and the local Nusselt number for various values of the controlling governing parameters like velocity slip parameter, critical shear rate, magnetic field, ratio of stretching/shrinking rate to external flow rate and Prandtl number were analyzed and discussed. An increase of the critical shear rate decreases the fluid velocity whereas the local Nusselt number increases. The comparison of the present numerical results with the existing literature in a limiting case is given and found to be in an excellent agreement.

关键词：速度滑移收缩率拉伸流动广义 MHD 非线性常微分方程换热

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稀薄条件下空气静压导轨气膜气体流态分析

机床与液压 2017年第5期45卷 108-111页

作者：宁方伟龙威刘岩裴浩昆明理工大学机电工程学院云南昆明650500

基于空气静压导轨气膜支撑区气体分子运动和碰撞规律,提出气膜分层理论,将气膜支撑区的气体划分为近壁层、稀薄层、连续流层,给出划分稀薄层和连续流层的依据,建立物理模型并提出相应控制方程,通过LAMMPS(Largescale Atomic/Molecular M... 详细信息

基于空气静压导轨气膜支撑区气体分子运动和碰撞规律,提出气膜分层理论,将气膜支撑区的气体划分为近壁层、稀薄层、连续流层,给出划分稀薄层和连续流层的依据,建立物理模型并提出相应控制方程,通过LAMMPS(Largescale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator)仿真气膜支撑区气体流态并计算其压力。结果表明:随着气流速度的增大,气膜有效压力减小,连续流层的厚度增大,稀薄层的厚度减小,当到达一定速度值时,气膜内压力不在分层,速度滑移现象可以忽略。从而验证分层理论的合理性。

关键词：空气静压导轨速度滑移 Knudsen数分子碰撞

在多孔平板磁流体动力边界层吹吸与热辐射对流动影响

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科学技术与工程 2017年第8期17卷 307-311页

作者：任慧赵国昌沈阳航空航天大学航空航天工程学部(院) 沈阳110136

存在磁场时对多孔通道平板边界层流动和传热进行分析,无滑动边界条件相对应的、不同的速度滑移和温度滑移;并在温度方程中考虑热辐射条件。相应的动量和能量方程为非线性常微分方程;并将其进行相似变换。通过龙格库塔的计算方法获得这... 详细信息

存在磁场时对多孔通道平板边界层流动和传热进行分析,无滑动边界条件相对应的、不同的速度滑移和温度滑移;并在温度方程中考虑热辐射条件。相应的动量和能量方程为非线性常微分方程;并将其进行相似变换。通过龙格库塔的计算方法获得这些方程的数值解。结果发现,增加滑移参数以及增加磁参数时,水平速度减少;增加的磁参数而温度增加;增加热滑参数而温度降低;热辐射增强了有效热扩散率并使温度上升。

关键词：磁流体动力学(MHD) 吹吸参数速度滑移热滑移热辐射相似变换

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微通道气体流动换热特性数值模拟分析

微通道气体流动换热特性数值模拟分析

作者：张月卓大连理工大学

学位级别：硕士

微米级器械已经成为现代社会的宠儿,无论是医疗,军事,生活还是科学研究中对MEMS的使用已经普及,微细尺度内气体流动和换热过程已经成为当今研究的重点课题,所以深入研究微通道内气体的流动传热特性,将为精细机械的设计与使用提供重要的... 详细信息

微米级器械已经成为现代社会的宠儿,无论是医疗,军事,生活还是科学研究中对MEMS的使用已经普及,微细尺度内气体流动和换热过程已经成为当今研究的重点课题,所以深入研究微通道内气体的流动传热特性,将为精细机械的设计与使用提供重要的理论基础,具备巨大的商业价值以及深远的现实意义。本文针对平行平板间微通道内滑移区气体的流动与换热进行了分析与研究。假设微通道内部流体为可压缩理想气体。建立了二维平行平板微通道物理模型,基于N-S方程结合Maxwell一阶速度滑移以及温度跳跃边界条件,运用Fluent软件,模拟了微通道滑移流区域气体流动换热情况。对于微通道内气体流动特性的分析中,结合速度滑移边界,壁面边界出现非零速度,随着努森数的增加,壁面边界速度值增大,滑移现象显著;压力曲率受可压性的影响,随着压比的增加而增大,但压力曲率在可压性与稀薄性的双重影响下随着努森数的增加而减小。对于微通道内气体换热特性的分析中,结合速度滑移和温度跳跃边界条件,在双侧等壁温加热时由于温度跳跃效应的影响,壁面处气体温度值比壁温低,努塞尔数随着努森数的增加而减小。说明温度跳跃引起的附加热阻削弱了气体与壁面之间的换热效率。考虑热蠕变对气体流动换热的影响,底部定热流加热气体,气体受压力驱动,微通道内气体温度梯度和压力梯度相反,导致热蠕变现象的发生,微通道内气体质量流量增加,温度值减小。努森数越大,稀薄效应越强,壁面切向温度梯度增大,热蠕变对气体换热的影响越大。

关键词：微通道稀薄效应速度滑移温度跳跃热蠕变

异质亲疏水纳米通道内流动换热的分子动力学研究

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异质亲疏水纳米通道内流动换热的分子动力学研究

作者：王胜华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

采用分子动力学方法研究壁面亲疏水不对称的纳米结构通道内流体的流动换热过程,研究了异质壁面浸润性、驱动力和壁面纳米结构对于流体速度滑移和温度阶跃的影响,以及异质壁面浸润性对于流体内部能量传递过程的影响。研究发现:在受限空间... 详细信息

采用分子动力学方法研究壁面亲疏水不对称的纳米结构通道内流体的流动换热过程,研究了异质壁面浸润性、驱动力和壁面纳米结构对于流体速度滑移和温度阶跃的影响,以及异质壁面浸润性对于流体内部能量传递过程的影响。研究发现:在受限空间内,近壁面区域的流体密度分布将会出现分层现象,跟壁面浸润性和纳米结构有着密切的关系。不对称的壁面浸润性将会导致纳米通道内流体密度呈不对称分布。近亲水壁面区域的流体相对密集,其密度分布的波动幅度比近疏水壁面区域的流体密度分布大。壁面纳米结构扩大了固体对流体的影响区域,增加了流体密度分层分布的范围。纳米通道主流区域的流体速度在驱动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,导致速度分布不中心对称。在流动过程中流体产生黏性耗散效应,升高了流体温度。保持热壁面浸润性不变,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,通道主流区域的流体温度分布出现反转现象,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。驱动力是纳米通道内流体流动的动力,必然影响通道内流体的流动换热规律。随着驱动力逐渐增加,通道内流体流速沿驱动力方向迅速增加,但是壁面浸润性的不对称导致近壁面区域的流体受驱动力的影响不相同。近热壁面侧的界面为锁定边界,随着驱动力增加,滑移速度的绝对值迅速增加,而滑移长度变化平缓。冷壁面侧的界面为滑移边界,滑移速度随驱动力增加而缓慢增加,滑移长度略微下降。在驱动力增加的过程中,近冷壁面区域的流体温度快速上升,逐渐超过近热壁面区域的流体温度,导致通道主流区域的流体温度分布出现反转现象,热流逆向传递。而且随着所施加的驱动力增加,流体反转温度分布更加明显。壁面纳米结构会影响近壁面区域的流体流动,从而改变纳米通道内的流动换热过程。相比于光滑壁面,壁面存在纳米结构时,流体的流动速度跟温度大幅度下降。光滑纳米通道内流体温度反转分布,随着壁面纳米结构高度增加,两侧近壁面区域的流体速度和温度逐渐下降,近冷壁面区域的流体温度会逐渐低于近热壁面区域的流体温度,通道主流区域的流体反转温度分布消失。

关键词：非对称浸润性速度滑移温度跳跃纳米结构通道分子动力学

粗糙固体表面对流动与传热影响机理的分子动力学模拟研究

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粗糙固体表面对流动与传热影响机理的分子动力学模拟研究

作者：许兆林东南大学

学位级别：硕士

纳尺度流动与传热在微机电系统、航天技术及生物医学等方面都有着广泛的应用,该研究对于探索微观运动传递规律具有重要的科学意义。当宏观尺度转为纳尺度,流动通道尺度急剧减少,比表面积也随之急剧增加,表面粗糙对流动与传热作用也相应... 详细信息

纳尺度流动与传热在微机电系统、航天技术及生物医学等方面都有着广泛的应用,该研究对于探索微观运动传递规律具有重要的科学意义。当宏观尺度转为纳尺度,流动通道尺度急剧减少,比表面积也随之急剧增加,表面粗糙对流动与传热作用也相应凸显。表面粗糙度对流动与传热的影响机理研究已经成为当前微尺度传热传质研究中的重要前沿热点问题。在纳尺度系统中,物质输运和能量传递均发生在一个受限的纳尺度空间中,导致出现了表面粗糙度效应、壁面速度滑移与温度阶跃效应以及黏性耗散效应等。为深入揭示这些纳尺度效应及其发生机理,本文建立了粗糙纳通道内液体热传导、粗糙纳通道内流体流动与传热耦合过程以及倾斜粗糙表面上颗粒流动等三个理论模型,采用分子动力学方法进行了数值模拟,研究了固体粗糙表面对纳尺度流动传热、速度滑移以及温度阶跃的影响规律。概括起来,本论文的主要研究内容和取得的主要结论如下：(1)粗糙固体表面温度阶跃的分子动力学模拟研究表明：在固体壁面附近,液体温度偏离了线性分布,液固界面处出现了温度阶跃。与光滑表面相比,粗糙度的存在降低了液固界面处的温度阶跃程度。粗糙高度的增加扩大了液固相互作用面积,延长了近壁面附近的液体分子与固体之间的能量交换时间,强化了液固界面的能量传递,从而使得界面处温度阶跃降低。另外,提高液固相互作用强度或者降低固壁刚度均可使液固界面处温度阶跃程度减小。(2)粗糙纳通道内流体流动与传热耦合过程的分子动力学模拟研究表明：在外力作用下,纳通道主流区域的速度分布呈抛物线分布,流体流动的黏性耗散使得纳通道内流体的温度分布呈现中心区域高而固壁附近温度低,并且在壁面附近出现温度阶跃和速度滑移现象。在近壁面区域内,流体密度分布出现了有序振荡现象,表明流体产生了分层分布。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。(3)倾斜粗糙表面上颗粒流动的分子动力学模拟研究表明：相比于光滑表面,粗糙表面上颗粒流动的整体速度水平较低,速度滑移程度较小,粗糙表面附近的颗粒填充密度略大。靠近自由表面,颗粒的流动速度大,且在固体表面处存在速度滑移。在颗粒流的中心区域,填充密度为一常数,但在固体表面附近不存在有序振荡现象,这与常规流体流动的密度分布不同。并且,固体表面倾角、颗粒摩擦系数、固体表面颗粒间距等对颗粒流动行为有着重要影响。

关键词：纳尺度分子动力学速度滑移温度阶跃颗粒流

微尺度流动与传热的格子Boltzmann方法模拟

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微尺度流动与传热的格子Boltzmann方法模拟

作者：郑林华中科技大学

学位级别：硕士

在过去的十几年里,格子Boltzmann方法(简称格子方法)作为一类新型的借助于微观模型来模拟输运现象的宏观行为的介观方法。与传统算法相比较,因其简单性、局部性、天然的并行性和能够处理复杂的边界问题己成为模拟复杂流动现象的有力工... 详细信息

在过去的十几年里,格子Boltzmann方法(简称格子方法)作为一类新型的借助于微观模型来模拟输运现象的宏观行为的介观方法。与传统算法相比较,因其简单性、局部性、天然的并行性和能够处理复杂的边界问题己成为模拟复杂流动现象的有力工具。尽管近年来格子Boltzmann方法在宏观尺度下对流体模拟和建模方面取得了重要进展,但是在微尺度下格子Boltzmann方法仍存在很多问题有待于解决,特别在如何确定松弛时间τ与Kn之间的关系以及在微尺度下边界怎样处理等问题。由于在微尺度下,松弛时间是局部变化的,它是由局部的Kn所决定。在微尺度流动下,如果考虑非等温流动,那么在边界上流体既有速度滑移,又有温度跳跃。因此,不能再用无滑移边界条件来处理微尺度流动。本文主要是提出了一种含有粘性耗散项的简化热模型,与单分布的多速模型相比,该模型避免了多速模型的复杂的平衡态分布函数和固定的Pr数的限制以及多速模型存在的严重的数值不稳定性。和双分布的He-Luo模型相比,新模型避免了可能导致数值不稳定的复杂空间离散。同时该模型具有很强的灵活性,并且相应的能量密度分布函数与He-Luo模型相比非常简单,同时也保留了双分布模型的优点。在实际模中,该热模型既可以用D2Q4,D2Q5模型,也可以用D2Q9模型。对于粘性耗散项的处理时,并不需要对其进行空间离散,而是直接通过分布函数来求出。同时根据Navier-Stokes方程组,我们提出了二阶滑移边界条件来研究滑移区域流动和传热问题,并且将该模型和二阶的非平衡态外推的边界格式应用于微尺度流动和传热中。并且对微尺度下的等温和非等温的热Couette流动进行了数值模拟,其结果与解析解吻合的非常好。

关键词：格子Boltzmann方法粘性耗散速度滑移温度跳跃

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微纳尺度单相液体流动机理研究

微纳尺度单相液体流动机理研究

作者：王浩西南石油大学

学位级别：硕士

微纳尺度液体流动机理的研究是推动微机械电子系统发展和实现致密油高效开发的一个关键因素。由于特征尺寸小,传统的流体力学方法不再适用,液体流动必须从分子运动的观点加以描述。分子动力学模拟以微观粒子之间的势能模型为基础,不引... 详细信息

微纳尺度液体流动机理的研究是推动微机械电子系统发展和实现致密油高效开发的一个关键因素。由于特征尺寸小,传统的流体力学方法不再适用,液体流动必须从分子运动的观点加以描述。分子动力学模拟以微观粒子之间的势能模型为基础,不引入常规假设,在探索纳米尺度下的物理现象具有独到的优势。本文在理论分析的基础上,使用分子动力学方法模拟研究液体在纳米通道中的流动特性,探讨了“微尺度效应”的内在作用机理,同时辅以逾渗网络模拟技术确立了微纳米通道及复杂网络模型中单相液体的线性流动机理。论文开展的主要研究内容及取得的成果如下:(1)基于经典流体力学理论推导了不同边界条件下的流体力学方程,同时利用分子动力学方法模拟研究了纳米尺度单相液体的流动规律,验证了连续性流体力学理论在微纳尺度下的适用性。从本质上分析了边界黏附层和速度滑移现象出现的内在动力学机制,边界黏附层仅有分子尺度,但滑移长度却高达纳米级别,对微纳尺度液体流动的影响不可忽略。此外,速度滑移不仅出现在流体壁面,在界面区域流体内部也有不同程度的滑移。(2)微纳尺度下流体与壁面之间的相互作用诱发了液体结构和动力学性质发生变化,极大的比表面积进一步增强了这种变化,主要表现纳米流体的“非牛顿流体”现象。引入了有效粘度计算模型,完善了微纳尺度流体力学理论,同时通过有效滑移长度概念将边界黏附层和界面速度滑移结合起来,建立了统一的微纳尺度流体力学模型,并经过理论分析和数据比对验证了模型的有效性。(3)开展微纳尺度单相液体流动实验,明确了微米级石英圆管中单相去离子水的线性流动特征,基于本文建立的微纳尺度流体力学模型分析了直径1μm圆管中单相液体流动偏离理论预测值达-60.98%的原因。对比致密油储层岩样模拟地层水流动实验结果,结合边界黏附层理论探讨了部分致密岩样非线性流动的原因。(4)为明确复杂连通微纳米通道中单相液体的流动特性,利用核磁共振技术提取非线性流动岩样的孔喉结构参数并建立了与之对应的孔隙网络模型。基于逾渗理论结合微纳尺度流体力学模型研究不同孔径和润湿角的网络模型中单相液体流动规律,最终确定了水力学光滑的微纳米通道以及复杂连通的微纳米网络模型中单相液体的线性流动机理。通过上述研究,明确了连续性流体力学理论适用的临界尺寸,揭示了微纳尺度下流体与壁面之间的作用机理,建立了简单有效的微纳尺度流体力学模型,丰富了微纳尺度流体力学理论,为深入开展微纳尺度流体力学行为研究奠定了基础。

关键词：微纳尺度液体流动边界黏附层速度滑移分子动力学润湿性

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微通道流动特性的数值分析

微通道流动特性的数值分析

作者：刘君哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着微电子机械系统(MEMS)的迅速发展,微流体设备作为其重要组成部分受到人们越来越多的关注。微细尺度条件下流场内各种作用力的作用效果会发生相应变化,即微细尺度领域的许多物理现象与宏观现象有很大差别,流动过程呈现出许多与常规... 详细信息

随着微电子机械系统(MEMS)的迅速发展,微流体设备作为其重要组成部分受到人们越来越多的关注。微细尺度条件下流场内各种作用力的作用效果会发生相应变化,即微细尺度领域的许多物理现象与宏观现象有很大差别,流动过程呈现出许多与常规尺度情况不同的现象,使得这一课题的研究具有重要的现实意义和科学价值,从而成为当今流体力学研究领域中的一个新的热点。本文以典型的微尺度通道和?型复杂微通道流动为研究对象,基于数值模拟软件对微细通道的流动特性进行了研究。采用有限容积法,并对计算流体力学软件进行了二次开发,编写自定义函数,对所有计算区域,均采用变物性求解技术,采用标准k-ε模型与壁面函数法相结合的方法求解微流道内的流场。以圆管层流流动为研究对象,分析速度滑移对微细通道内气体流动的影响。先给出的是不考虑速度滑移下的圆管的粘性流动,然后推导出考虑速度滑移下的管内流动公式,通过MATLAB仿真计算可知,当滑移长度与微细通道的半径尺寸相当时摩擦系数值远小于没有考虑速度滑移时的值。通过数值模拟方法,研究了的物性参数变化、长径比、当量直径、高宽比对微细矩形通道流动特性的影响。其数值计算结果表明:(1)对于确定的微细通道,物性参数的变化对于层流及湍流流动特性影响很大,层流时考虑变物性求解的流动阻力系数和泊松数比定物性求解的缩小近15%,湍流情况下也有一定的影响。(2)为了消除入口段的影响,与常规尺度通道满足长径比大于50的结果所不同的是,微细矩形通道的计算模型应满足长径比大于70;(3)微细矩形通道的阻力系数和泊松数与当量直径成反比,当量直径越小,通道的阻力系数和泊松数越大;(4)微细矩形通高宽比越小,流体流动的阻力系数越小,流体的流动性能越好。利用数值模拟研究重点研究了相对粗糙度、粗糙元间距以及流场雷诺数对于微细粗糙圆管内流动特性的影响。分析结果说明:(1)在一定的间距比及雷诺数下,相对粗糙度ε/d≥2%时就会对圆管内的流动阻力产生不可忽略的影响;(2)相同雷诺数情况下,间距比越小,管内阻力系数f和流动泊松数Po越大;不同间距比情况下的流动泊松数差值可以达到27%;(3)当流场内的几何条件固定时,流动的泊松数Po随着雷诺数Re的增大而增大。通过对(?)型复杂微细通道的当量直径、雷诺数以及截面类型对于通道流动的影响进行研究可以得出:圆形通道流场的压降随着当量直径的减小而增大,由此相对应的是当量直径越小的流场内的速度场变化剧烈,温度场的温度低。圆形通道内流场的负压区随着雷诺数的增大而增大,在拐弯处的各种流场变化明显。在相同的当量直径和雷诺数情况下,正方形通道的流动换热效果比圆形通道的要好。

关键词：微细通道流动特性数值模拟速度滑移粗糙度

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纳米通道双原子分子数值模拟

纳米通道双原子分子数值模拟

作者：赵振江哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

微电子机械系统(MEMS)的出现和发展是精密加工技术和纳米技术交叉应用领域的重要成果。由于MEMS器件的尺寸处于纳米级别，因此尺度效应对器件的影响成为制约其发展的一个重要问题。特别是由于许多MEMS器件中直接或者间接应用流动原理，... 详细信息

微电子机械系统(MEMS)的出现和发展是精密加工技术和纳米技术交叉应用领域的重要成果。由于MEMS器件的尺寸处于纳米级别，因此尺度效应对器件的影响成为制约其发展的一个重要问题。特别是由于许多MEMS器件中直接或者间接应用流动原理，因此研究纳米尺度下流体流动特性成为一个重要的研究方向。由于尺度效应的存在，使得基于分子模型的分子动力学方法在纳米尺度流体流动问题的研究中倍受青睐。本论文的主要内容为利用分子动力学（Molecular dynamics, MD）模拟的方法来研究双原子分子在纳米通道内的流动特性。所使用的流动模型为Couette流动模型。本论文研究了该模型下，双原子分子流体在不同的浸润系数、系统温度下的数密度分布及速度滑移的特点。研究表明，数密度呈现震幅与壁面距离呈负相关的震荡特性;与浸润系数正相关，与温度负相关;速度滑移与浸润系数负相关，与温度负相关;本论文模拟了不同的势能放大系数和平移系数对纳米通道流体分子的影响。研究表明，势能函数的放大系数与流体分子数密度呈正相关，与速度滑移呈负相关。势能函数的平移系数与流体分子的数密度呈负相关，与速度滑移呈正相关。

关键词：微机电系统分子动力学数密度速度滑移放大系数平移系数