反应器内Taylor涡胞结构的数值研究

采用计算流体力学方法对化学反应器内的Taylor涡胞结构进行了数值模拟,研究了在不同雷诺数Re条件下Taylor涡胞的结构特点及其生长方式受Re的影响规律.研究结果表明,随着Re的增加,Taylor涡胞先从上下两端部产生,并且底部固壁端Taylor涡胞的生成总要先于顶部自由面端部,随后Taylor涡胞由两端逐步向中心生长,直至系统的Re大于临界Re后,整个轴向间隙内均充满Taylor涡胞;轴向Taylor涡胞的强度并不一致,下端部固壁附近Taylor涡胞强于顶部自由面附近的Taylor涡胞,而中心位置的涡胞强度最弱.     

方管中颗粒随黏弹性流体迁移的力学特性

为研究黏弹性流体中颗粒迁移的力学成因,对方管Poiseuille流动中悬浮颗粒的迁移进行数值研究。选用Giesekus模型的黏弹性流体和球形刚性颗粒作为研究对象,忽略流体的惯性效应以研究流体弹性效应和剪切变稀效应对颗粒受力的影响。控制方程采用有限元法和伽辽金 最小二乘法(GLS)方法进行求解,并取得了较好的收敛性。颗粒运动模型采用基于“相对运动模型的准定常算法”,对通道中颗粒的横向升力的分布特征进行研究。研究结果表明：颗粒在不同横向位置上所受的横向升力决定了颗粒在实际流动中的迁移方向,且受到流体弹性和剪切变稀的影响。     

颗粒惯性聚集现象的数值优化方法

为研究微通道内悬浮颗粒的惯性聚集现象，基于“运动相对性”原理，运用数值方法对颗粒在聚集过程中所受的惯性升力进 行计算。利用相对运动模型进行计算时，其关键点在于对所需计算的横向位置处的颗粒沿主流方向的稳定运动速度的确定；通过“试凑法”对其进行近似确定，采 用二分法、割线法和抛物线法等方法在相同条件下进行试凑计算。比较上述方法在试凑颗粒稳定状态下平动速度和转动角速度的难易程度，结果表明“割线法”在 试凑过程中具有明显的优势，该算法求解颗粒平动速度和转动角速度时快速、高效及可靠。     

反应器内温度梯度对Taylor涡胞结构的影响

采用CFD技术,数值模拟了化学反应器中温度梯度对Taylor涡胞结构的影响特征,研究了径向温度梯度对轴向Taylor涡胞结构、强度及其临界雷诺数Re的影响特点.研究结果表明,径向温度梯度能抑制中部Taylor涡胞形成,致使系统的临界Re增加;随着径向温度梯度的增加,涡量向温度降低的方向迁移,涡量分布的径向梯度也随之增加;端部的Taylor涡胞强度最大,其集中涡量主要分布于内壁面,且有助于促进流体的热传递效果,中部的Taylor涡胞强度较弱,其对促进流体热传递的效果并不明显.     

弯曲通道内黏弹性流体二次流现象的数值研究

农食系统是保障国民营养和粮食安全的关键基础,是实现全面小康和国家安全的重点环节。当前,我国发展环境正发生深刻复杂的变化,农食系统必须向高效的、营养的、可持续的、有包容性和韧性的方向转型,以应对多重风险叠加的影响。农食系统转型目标与乡村振兴的总要求协调统一,应从发展多赢型或集成式技术创新、优化农业支持保护政策、建立跨部门协同工作机制、健全农村社会保障体系、改善农村发展条件等路径推动农食系统转型,助力乡村振兴。     

多级离心压缩机级间静止部件气动特性与旋涡结构的数值研究

通过CFD技术对某型多级离心压缩机内的流动进行了数值模拟,重点研究了多级离心压缩机级间装置如回流器、两类弯道内气动特点及其旋涡结构的特征,旨在揭示气流经弯道与回流器后气动参数的变化规律.结果表明,不同位置的弯道对流动的影响是截然不同的.由于这些静止部件对流体的扰动,使次级动叶的进口来流工况点偏离设计值,易于造成整机气动性能的下降.因此,多级压缩机的动叶设计应对来流的不均匀性加以充分考虑.     

高雷诺数层流管道中颗粒惯性聚集力学成因的数值研究

根据高雷诺数和低雷诺数层流管道中颗粒不同的聚集情况，课题组根据“相对运动原理”并结合CFD技术，建立了“相对运动模型”。采用数值模拟研究了在圆形截面通道高雷诺数层流中颗粒所受惯性升力的空间分布特征；探究了颗粒惯性聚集现象在高雷诺数层流管道中所出现的内部聚集圆环的力学成因和影响因素。研究结果表明：颗粒在高雷诺数工况下所受的惯性升力的空间分布规律与低雷诺数工况完全不同；在靠近通道中心处出现了新的升力零点，是形成颗粒内环聚集区域的力学成因。这种现象的产生和颗粒表面的剪切应力分布及压力分布有关，其中剪切应力分布的变化占主导作用。     

基于UDF二次开发黏弹性流体数值研究

针对目前工业上对黏弹性流体数值模拟计算存在计算复杂、收敛状况较差等缺点，课题组基于商业软件FLUENT中二次开发模块UDF，提出了一种基于FLUENT软件核心求解器数值计算黏弹性流体流场的程序编制方法。该编程思路及方法具有普适性，可被推广至具有不同本构关系的黏弹性流体的数值计算。课题组通过多个实例验证了该编程方法的可行性及所编制程序的可靠性，同时提出了“定常问题的非定常化计算”的数值计算方法以提高黏弹性流场数值计算的稳定性与收敛性。结果表明：使用此种方法不仅具有计算方便、可靠等优点，且可以实现不同种类黏弹性流体模型的数值模拟研究。选用合适的时间步长、定常问题非定常算法可以有效加快收敛速度，增强收敛的稳定性。     

离心风机蜗壳进口周向来流的非均匀性对其旋涡流动影响的数值研究

运用CFD技术对一离心风机整机作数值模拟，研究了蜗壳进口周向非均匀来流对其内旋涡结构、演化过程的影响．计算结果表明，蜗壳内各径向截面上产生了3个旋涡，一个进口涡和一对梯形涡，且都经历了初生、发展、耗散和溃灭等过程．与单蜗壳在周向均匀来流的假设下计算所得的旋涡结构相比，两者存在很大的差别，这说明只有考虑蜗壳来流的非均匀性影响，才能比较准确地模拟其内的旋涡运动．     

方形截面直管道中惯性升力系数的拟合

为研究方形截面微通道内悬浮颗粒的惯性聚集现象，利用“运动相对性”原理对方形截面层流直通道中运动颗粒所受惯性升力进行了数值计算。课题组研究了Carlo采用数据拟合方法获得的升力近似表达式的普适性，为了总结不同工况下颗粒所受惯性升力系数的统一表达式，扩大了模型所选用的工况范围，所得的最佳拟合指数与Carlo的数据大致相同。该升力系数表达式适用于位于方形截面中线上的较大粒径的颗粒。