振荡流

摘要： 本文应用改进的尾流振子模型对振荡流下悬链线式立管的涡激振动特性进行了研究。首先基于向量式有限元建立了悬链线式立管振动控制方程,利用独立性原理和改进的尾流振子模型模拟时变的涡激升力,然后采用中央差分法求解立管的涡激振动响应。利用相应的试验结果验证了本文模型的有效性。最后,对振荡流下悬链线式立管涡激振动响应特性进行了分析。研究结果表明:振荡流下悬链线式立管响应幅值出现“振幅调制”现象,大KC(Keulegan-Carpenter)数下,进一步出现典型的“间歇涡激振动”现象;KC数对质点振动相图形状以及流固能量传递有显著影响;振荡流下立管响应峰值随流速呈“多峰”现象,KC=20时多峰现象更为明显;在小KC数范围内,较小的KC数会激励立管产生较大的涡激振动位移。

摘要： 基于流体计算软件Fluent,对零均值振荡流(Re=160,KC=7)工况下双圆角柱体结构群绕流问题进行了研究。首先,对单柱体绕流进行求解以验证数值模型、计算参数的准确性;然后,着重分析布置方式、圆角半径和间距比对双圆角柱体结构群流场特性和流体力系数的影响。结果表明:三个关键参数的变化均会改变双圆角柱体结构群的流场分布和各柱体的流体力系数。在小间距工况下,圆角半径增大对各柱体的漩涡脱落模式无明显影响。然而,在大间距比工况下,各柱体的流体力系数会发生改变。另一方面,圆角半径增大均会导致各柱体的拖曳力系数和惯性力系数减少。同时,在任意圆角半径工况下,间距比增大会使得各柱体的流场分布和流体力系数发生较大变化。

摘要： 潜流带中污染物质交换与输运特性是影响水资源环境的重要问题之一.本文对底部为高渗透沉积层的三维槽道振荡流高Schmidt数传质问题进行了大涡模拟研究.采用动力学亚格子模型来封闭滤波后的三维不可压缩Navier-Stokes方程以及污染物输运方程,同时采用修正的Darcy-Brinkman-Forcheimer模型来描述沉淀有锌离子污染溶质的可渗透沉积层.通过对沉积层内外流场和浓度场的统计特性以及瞬态结构的分析,探究了上覆水体中振荡流驱动作用对污染物输运的动力学影响以及扩散率随振荡周期和振荡角的变化规律.研究结果表明,浓度通量中的湍流浓度分量在垂向物质交换中起主导作用,流向、展向速度,湍流强度和污染物浓度的波动跟随振荡驱动力呈现准周期变化,同时发现沉积层-水交界面处的湍流浓度通量与法向湍流强度两者之间的变化具有明确的相关性.并且在较大振荡角和低频振荡的情况下,沉积层-水交界面处的有效扩散率增大,这主要是来自于沉积层-水交界面处流体的猝发行为有效促进了湍流混合和物质交换,进而增强了污染物的垂向输运.

摘要： 为探究声波作用下铜球的对流换热机理,搭建了声波强化传热实验台架,研究在不同声压级和声频率的影响下铜球的对流换热问题,并结合声流的作用机理和实验数据深入分析了声波强化传热机理。结果表明:铜球的对流传热系数和努塞尔数随着声压级的增大而非线性增大,且存在强化传热的最佳声频率;相对努塞尔数主要受声频率和声压级的综合影响,而与铜球直径的关系不大;对于给定声压级,声波强化铜球的传热过程随频率的不同可大致划分为4个阶段,即声流控制区、声流和振荡流协同控制区、振荡流控制区和稳定区,并给出前3个阶段相对努塞尔数的经验公式。

摘要： 为了探究振荡流效应对涡激振动的影响,本文对振荡流中圆柱体的横流涡激振动进行了数值模拟.对数值模型进行了验证分析,对KC数为25和502种振荡流下的涡激振动进行模拟,得到了圆柱体流体力、位移和涡量云图.结果表明:振荡流能激发圆柱体的多模态振动,且KC数越大多模态特性越明显;在锁定区间主导模态的幅值明显高于其他模态;锁定区间随着KC数的增大有变宽趋势;流向改变前脱落的漩涡再次经过圆柱体时会增加圆柱体的受力.

摘要： 圆柱绕流作为流体力学领域中的经典问题,近年来得到了广泛的关注和研究。开展振荡流下二维圆柱的水动力特性和漩涡发放形态研究将为认识和理解圆柱绕流特性提供重要参考。基于RANS方程,采用k⁃ωSST湍流模型,首先通过对比雷诺数10000时均匀流下的受迫振动试验数据,验证了研究方法的可行性,进而开展了振荡流下圆柱绕流的数值模拟,对比讨论了5种KC数下流体力系数变化情况及漩涡脱落模式,并开展了升力系数时历分析。结果表明:在低振幅、低频率下,小KC数时激励力系数变化较大,大KC数时流态趋向于均匀流,激励力系数变化较小。在大KC数时可以观察到较为明显的2S脱落模式,升力系数在每一周期内出现两次振幅调制现象,小KC数时流体变化较快,规律性相对较弱。

摘要： 为研究稳态声流成分对换热管对流换热特性的影响,建立了行波场中单换热管外声流强化传热的数值计算模型。采用分离时间尺度的数值方法模拟了声流和非均匀温度场的耦合作用,分析了换热管局部努塞尔数和平均努塞尔数在不同激励频率(10~1500 Hz)和声压级(103~127 dB)作用下的变化规律。结果表明:平均努塞尔数随着激励频率的增加呈指数形式减小,随着声压级的增大呈指数形式增大;低频声波形成的内涡流和高频声波形成的外涡流决定了不同的局部努塞尔数分布规律;低频高强度声波可在换热管热黏性边界层内、外形成强烈的声流扰动,极大地强化了换热管的热传输过程。

摘要： 为研究稳态声流成分对换热管对流换热特性的影响,建立了行波场中单换热管外声流强化传热的数值计算模型.采用分离时间尺度的数值方法模拟了声流和非均匀温度场的耦合作用,分析了换热管局部努塞尔数和平均努塞尔数在不同激励频率(10～1500 Hz)和声压级(103～127 dB)作用下的变化规律.结果 表明:平均努塞尔数随着激励频率的增加呈指数形式减小,随着声压级的增大呈指数形式增大;低频声波形成的内涡流和高频声波形成的外涡流决定了不同的局部努塞尔数分布规律;低频高强度声波可在换热管热黏性边界层内、外形成强烈的声流扰动,极大地强化了换热管的热传输过程.

摘要： 为探究声波作用下铜球的对流换热机理,搭建了声波强化传热实验台架,研究在不同声压级和声频率的影响下铜球的对流换热问题,并结合声流的作用机理和实验数据深入分析了声波强化传热机理.结果表明:铜球的对流传热系数和努塞尔数随着声压级的增大而非线性增大,且存在强化传热的最佳声频率;相对努塞尔数主要受声频率和声压级的综合影响,而与铜球直径的关系不大;对于给定声压级,声波强化铜球的传热过程随频率的不同可大致划分为4个阶段,即声流控制区、声流和振荡流协同控制区、振荡流控制区和稳定区,并给出前3个阶段相对努塞尔数的经验公式.

摘要： 基于计算流体力学(CFD)数值模拟和物理模型试验结合的方式,开展涵洞式直立堤在波浪作用下的水体交换研究。CFD数值模拟采用VPM(volume-average/point-value method)-THINC(tangent of hyperbola for interface capturing)/QQ(quadratic surface representation and Gaussian quadrature)模型,并在此基础上提出一种能够标记涵洞内外水体变化的双液相流体体积模型(VOF)方法,定性及定量描述涵洞内外水体的交换特性;物理模型试验主要用来验证数值模型的准确性。研究表明,在波浪的作用下,涵洞内部会形成一股往复振荡的水流,对水体交换起到重要的作用。该振荡流主要受到涵洞高度、波浪周期以及波高的影响,涵洞深度对其影响不大。在波浪长时间的作用下,涵洞式直立堤能有效地增强港池内外水体交换。

摘要： 涡激振动是造成立管疲劳破坏的最主要原因之一.目前,多数柔性圆柱涡激振动的数值模拟与实验,都是基于均匀流、剪切流和层流等稳定流作用下,而振荡流作用下的柔性圆柱的涡激振动研究相对较少.在远洋深海情况下,细长柔性立管所处的海洋环境更为复杂,因而有必要深入研究复杂流场作用下的柔性圆柱的涡激振动现象.本研究采用切片法并基于开源OpenFOAM平台下的细长柔性立管流固耦合求解器viv-FOAM-SJTU,进行振荡流作用下细长柔性圆柱的涡激振动数值模拟.主要研究不同振荡流周期细对细长柔性圆柱涡激振动的影响.数值模拟结果表明振荡周期与柔性圆柱涡激振动半振荡周期内的"锁定"区域大小密切相关,同时也观察到了间歇性涡激振动,模态跃迁等现象,和涡激振动的产生,锁定,消亡过程.

摘要： 波状底床上方的泥沙输移与流场结构直接相关,涡的挟沙作用也己被实验所证实,但是涡结构与底床泥沙输移的定量关系尚需进一步明确,为此本研究采用格子涡(vortex in cell)方法对振荡流作用下波状底床上方流场的涡动力特性及悬移质泥沙运动规律做了进一步量化的研究.数值模拟结果表明,悬移质泥沙大部分集中在流场中涡量较大的区域;涡强度值与前人实验及数值模拟结果对比较好,涡挟沙量与涡强度在一个周期内具有相同的发展规律,均在流动转向后达到极大值.一个周期内流场总合沙量存在两个峰值,对应流场流速最大时刻,在前半周期和后半周期,新生涡最大挟沙量与流场总含沙量峰值相比分别达到69％和61％,充分说明了涡对悬移质泥沙运动的重要作用.

摘要： 本文首先对圆直管内完全发展层流振荡流进行了理论分析,得出速度分布和摩擦系数的解析解,并使用数值方法验证了理论推导的正确性,研究了发展中流动对摩擦特性的影响.结果表明,速度的分布形态只与振荡频率有关,与稳态流动相比振荡流能减弱进口效应,使得流动发展段变短,振荡流中流动发展段对摩擦系数影响较小.基于截面最大速度定义的摩擦系数能较好的反应振荡流特征,且其只与进口雷诺数Re，最大雷诺数Remax和无量纲振荡频率Reω有关,文中给出了基于这些无量纲参数的摩擦系数关系式.

摘要： 本文对恒壁温圆直管内的层流振荡流传热特性进行了数值研究.研究认为,控制振荡流传热特征的无量纲参数主要有无量纲振荡频率Valensi数Va、无量纲位移振幅Ar、最大雷诺数Remax和普朗特数Pr.考虑回热类热机的实际工作条件,本文分析了这些无量纲参数对以空气为工质的振荡流传热特性的影响,建立了预期可用于斯特林发动机性能模拟的Nusselt数关系方程.

摘要： 研制了一种简单实用的实验装置,用于振荡流回热器压降特性的研究.在活塞提供的振荡流作用下,研究了回热器孔隙率、长度、堆叠方式及温差对回热器动态压降的影响。实验结果显示,丝网型回热器的动态压降与回热器的长度及孔隙率几乎成线性关系,而在相同条件下与丝网的堆叠方式无明显的关联;此外,回热器的动态压降随回热器两端温差的增加而增大,与温差变化方向无明显联系。本文研究的目的是为斯特林回热器的设计提供相关的实验数据。

摘要： 多孔介质内振荡流及其换热是脉管制冷机和热声热机回热器内的基本物理过程,研究振荡流特点对提高整机性能的优化设计具有重要意义。应用格子-Boltzmann方法对多孔介质内的振荡流进行了数值研究,表明多孔介质振荡流的最大压差随最大雷诺数的增加而迅速增加,在所计算的范围内,最大阻力系数与最大雷诺数呈反比例关系.在低孔隙率条件下,压差与流速之间的相位差变化较小,孔隙率较大时,相位差随孔隙率的增加而线性降低.

摘要： 本文基于双分布格子-Boltzmann模型,对平行平板间振荡流共轭换热过程进行了数值模拟.基于共轭界面上的温度连续和热流连续条件,本文在平衡态无滑移修正格式的基础上提出了一种处理共轭界面温度边界的新方法,模拟并分析了不同流/固导热系数比情况下振荡流的速度场、温度场以及热流的分布.

摘要： 湍流拟序结构与泥沙及床面相互作用的机理，是目前国内外泥沙学术界研究的热点领域。本文针对振荡流底边界层的湍流拟序结构与泥沙相互作用研究状况进行了综述。重点论述了振荡流底边界层紊流研究的概况与今后需要开展的重点研究内容。

摘要： 本文通过商业软件FLUENT实现了斯特林发动机冷却器内工质的振荡性流动,数值分析了不同质量流量、不同热管排布方式对冷却器换热性能的影响.结果显示,在相同的质量流量下,热管叉排时的压降大于顺排时的压降,并且随着质量流量的增大叉排时的压降增幅更大.热管叉排时的平均换热量及平均努赛尔数高于热管顺排时的平均换热量及平均努赛尔数.当用换热效率E值来评价综合换热效果时,热管叉排时的换热效率高于顺排,但随着质量流量的增大,叉排的换热效率下降更快.

摘要： 本发明公开了一种用于高速流场控制的零能耗振荡射流激励器，包括集气系统与射流振荡系统。集气系统用于收集飞行器上迎向来流位置高速来流气体作为射流的气体来源，射流振荡系统内设有整流结构，以用于激发集气系统收集的高速来流气体的自激振荡，形成周期性振荡射流注入飞行器的流场控制区域，以对流场进行控制。本发明应用于流体力学中的流动控制领域。通过在射流振荡系统下部添加了一个集气系统，该集气系统收集高速来流气体并将其转化射流振荡系统的气体来源，实现了振荡射流激励器的零能耗供应，解决了传统激励器设计面临的气源问题，大幅推动振荡射流激励器的实用化，具有广泛的工程应用前景。

摘要： 本发明公开了一种振荡和操舵运动下的螺旋桨流噪声测量系统，包括水槽，水槽的两侧分别滑动设置同步运行的第一拖车和第二拖车，第一拖车和第二拖车上分别固定设置第一连接杆和第二连接杆，第一连接杆和第二连接杆的上端固定设置第一横板，第一横板上固定设置第一转动驱动机构；第一转动驱动机构的输出端设置螺纹丝杆，螺纹丝杆上螺纹连接第二横板，第二横板的两端分别滑动设置在第一连接杆和第二连接杆上。本发明可进行直航状态下不同进速系数下的常规螺旋桨流噪声测量、斜航状态下不同进速系数下的常规螺旋桨流噪声测量、操舵状态下螺旋桨流噪声测量、振荡运动状态下螺旋桨流噪声测量以及振荡耦合操舵运动状态下的螺旋桨流噪声测量。

摘要： 本发明涉及一种用于振荡流反应器的振荡装置及其使用方法，包括振荡器壳体，振荡器壳体内部设置有由调速电机控制的转盘，振荡器壳体内部设置有活塞缸，活塞缸内设置有可在活塞缸内移动的活塞，活塞缸外设置有端盖，活塞与转盘通过连杆相连接，调速电机与转盘之间设置有摆动座，摆动座与调速电机固定连接，振荡器壳体上设置有驱动摆动座绕水平面垂线转动的伺服电机，振荡器壳体上设置有可测量摆动座转动角度的角度传感器，本专利实现了振荡流反应器中振荡装置的频率和振幅的高精度无极可调，采用伺服电机提高了行程的调整精确度，对于振荡装置的活塞行程和速度调节，具有可靠、精确、易实现的特点，满足振荡流反应器中振荡流振幅和频率的精确控制。

摘要： 本发明属于微流控芯片技术领域，提供一种利用振荡流的高集成度微纳颗粒汇聚微流控装置，主要由微流控芯片(包括无阀微泵与汇聚通道)、泵膜控制系统(包括电磁铁与单片机)，储液池与导管组成。本发明装置可实现高效、便捷的微纳颗粒汇聚。本发明提供的用于汇聚微纳颗粒的微流控装置，集成度高，设计巧妙，操作简单。本发明利用振荡流设计在较短通道中实现“无限长通道”流动，利用无阀微泵驱动流体，实现装置的集成化与小型化；将弹性升力与惯性升力结合，可成功实现微纳颗粒的汇聚与富集，用于生物、化学、环境领域的研究。

摘要： 本发明属于生物微流控芯片技术领域，提供了一种利用振荡流和负磁泳效应汇聚微纳生物颗粒的微流控装置，主要由微流控芯片、压力系统、控制系统I、控制系统II、永磁铁、储液池及导管构成。本发明装置可实现高效、便捷、友好的微纳生物颗粒汇聚。本发明提供的用于汇聚微纳生物颗粒的微流控装置，设计巧妙，操作简单，利用振荡流设计在较短通道中实现“无限长通道”流动，将负磁泳汇聚与和惯性汇聚有机组合，可成功实现循环肿瘤细胞、外泌体等稀有微纳生物颗粒的高效汇聚与富集，用于基础医学研究和临床检测应用。

摘要： 本发明涉及一种用于振荡流反应器的振荡装置及其使用方法，包括振荡器壳体，振荡器壳体内部设置有由调速电机控制的转盘，振荡器壳体内部设置有活塞缸，活塞缸内设置有可在活塞缸内移动的活塞，活塞缸外设置有端盖，活塞与转盘通过连杆相连接，调速电机与转盘之间设置有摆动座，摆动座与调速电机固定连接，振荡器壳体上设置有驱动摆动座绕水平面垂线转动的伺服电机，振荡器壳体上设置有可测量摆动座转动角度的角度传感器，本发明实现了振荡流反应器中振荡装置的频率和振幅的高精度无极可调，采用伺服电机提高了行程的调整精确度，对于振荡装置的活塞行程和速度调节，具有可靠、精确、易实现的特点，满足振荡流反应器中振荡流振幅和频率的精确控制。

摘要： 本发明属于微流控芯片技术领域，提供了一种基于微流控芯片的多功能、集成化微流体振荡流发生装置，主要由微流控芯片(包括交变压力源、恒定流量源、收缩/扩张管)与交变磁场发生系统(包括整流模块、逆变模块和电磁铁等)组成。本发明提供的振荡流发生装置可产生定常流、单向振荡流、往复振荡流。本发明利用收缩/扩张管结构，通过压力驱动与重力驱动配合的方法，在交变压力与恒定流量的作用下产生波形可调的振荡流。本发明提供的振荡流发生装置功能全面，且集成度高、体积小，易于推广，可用于用于生物、化学、环境领域的研究。

摘要： 本发明属于微流控芯片技术领域，提供一种利用振荡流的高集成度微纳颗粒汇聚微流控装置，主要由微流控芯片(包括无阀微泵与汇聚通道)、泵膜控制系统(包括电磁铁与单片机)，储液池与导管组成。本发明装置可实现高效、便捷的微纳颗粒汇聚。本发明提供的用于汇聚微纳颗粒的微流控装置，集成度高，设计巧妙，操作简单。本发明利用振荡流设计在较短通道中实现“无限长通道”流动，利用无阀微泵驱动流体，实现装置的集成化与小型化；将弹性升力与惯性升力结合，可成功实现微纳颗粒的汇聚与富集，用于生物、化学、环境领域的研究。

摘要： 本发明属于生物微流控芯片技术领域，提供了一种利用振荡流和负磁泳效应汇聚微纳生物颗粒的微流控装置，主要由微流控芯片、压力系统、控制系统I、控制系统II、永磁铁、储液池及导管构成。本发明装置可实现高效、便捷、友好的微纳生物颗粒汇聚。本发明提供的用于汇聚微纳生物颗粒的微流控装置，设计巧妙，操作简单，利用振荡流设计在较短通道中实现“无限长通道”流动，将负磁泳汇聚与和惯性汇聚有机组合，可成功实现循环肿瘤细胞、外泌体等稀有微纳生物颗粒的高效汇聚与富集，用于基础医学研究和临床检测应用。

摘要： 本实用新型涉及一种用于振荡流反应器的振荡装置，包括振荡器壳体，振荡器壳体内部设置有由调速电机控制的转盘，振荡器壳体内部设置有活塞缸，活塞缸内设置有可在活塞缸内移动的活塞，活塞缸外设置有端盖，活塞与转盘通过连杆相连接，调速电机与转盘之间设置有摆动座，摆动座与调速电机固定连接，振荡器壳体上设置有驱动摆动座绕水平面垂线转动的伺服电机，振荡器壳体上设置有可测量摆动座转动角度的角度传感器，本专利实现了振荡流反应器中振荡装置的频率和振幅的高精度无极可调，采用伺服电机提高了行程的调整精确度，对于振荡装置的活塞行程和速度调节，具有可靠、精确、易实现的特点，满足振荡流反应器中振荡流振幅和频率的精确控制。