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垂直环空内气液两相流多尺度算法及模拟研究
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作者 伍磊 刘海湖 +4 位作者 张明乾 张孟祎 王宁宁 王志恒 席光 《西安交通大学学报》 北大核心 2026年第1期94-106,共13页
为深入探究垂直环空内气液两相流动规律,通过集成Tomiyama曳力与升力模型、碰撞聚并模型以及离散气泡模型到流体体积法(DBM-to-VOF)的转换算法,在OpenFOAM框架下开发了DBM-VOF多尺度耦合求解器,并通过系列典型算例验证了其准确性与有效... 为深入探究垂直环空内气液两相流动规律,通过集成Tomiyama曳力与升力模型、碰撞聚并模型以及离散气泡模型到流体体积法(DBM-to-VOF)的转换算法,在OpenFOAM框架下开发了DBM-VOF多尺度耦合求解器,并通过系列典型算例验证了其准确性与有效性。基于该求解器,对垂直环空内气液两相流进行数值模拟,识别了泡状流、弹帽流、段塞流和搅拌流4种典型流型,并构建了气液两相流型图。研究结果表明:泡状流含气率曲线波动平缓,其概率密度函数(PDF)曲线呈狭窄陡峭的单峰结构;弹帽流含气率曲线波动较大,PDF曲线为单峰结构且在较高含气率区域形成宽尾;段塞流含气率曲线呈周期性剧烈波动,PDF曲线为双峰结构;搅拌流含气率曲线呈现周期性大振幅波动,其均值显著高于其他流型,PDF曲线在高含气率位置为单峰,并在低含气率区域形成宽尾。所建立的流型图与前人实验结果基本吻合,但在一定表观液速下,建立的流型图中段塞流向搅拌流转换所需的表观气速更低。该研究为垂直环空内气液两相流动的机理研究提供新的数值工具,并为相关工程应用中的流型预测与优化提供理论支持。 展开更多
关键词 垂直环空 气液两相流 OpenFOAM框架
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航行器入水流固耦合方法研究进展
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作者 康会峰 朱吉发 +2 位作者 夏广庆 杨柳 张太平 《导弹与航天运载技术(中英文)》 北大核心 2026年第1期39-49,共11页
综述航行器入水流固耦合领域的研究进展,涵盖理论建模、试验测试与数值模拟三个方面。理论研究方面,梳理了从经典势流理论到非线性多物理场耦合模型的发展脉络,剖析了各类模型在复杂入水现象中的适用边界与局限性。试验研究层面,归纳了... 综述航行器入水流固耦合领域的研究进展,涵盖理论建模、试验测试与数值模拟三个方面。理论研究方面,梳理了从经典势流理论到非线性多物理场耦合模型的发展脉络,剖析了各类模型在复杂入水现象中的适用边界与局限性。试验研究层面,归纳了试验测试技术在入水瞬态参数捕获与物理机制揭示中的应用效能,阐明试验验证对理论模型与数值仿真的支撑作用,同时探讨了测试设备与边界条件约束对研究深度的影响。数值模拟方面重点评述有网格/无网格法的创新应用,揭示其在多相流演化、流固耦合动力学等复杂流动中的数值特性。最后,总结当前入水流固耦合方法研究的技术瓶颈,并对多尺度耦合建模、智能算法融合等前沿方向进行展望。 展开更多
关键词 航行器 入水 多相流动 冲击载荷 流固耦合
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刚性壁面附近气泡脉动特性的理论研究
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作者 王天召 孙远翔 +1 位作者 王成 陈岩武 《兵工学报》 北大核心 2026年第2期202-211,共10页
为了探究刚性壁面对水下爆炸气泡脉动特性的影响机制,基于能量守恒原理和“源汇法”建立了壁面附近气泡脉动动力学方程,提出了气泡脉动无量纲周期解析公式,揭示了二次压力波峰值的边界效应规律。理论研究表明,壁面附近气泡脉动周期随距... 为了探究刚性壁面对水下爆炸气泡脉动特性的影响机制,基于能量守恒原理和“源汇法”建立了壁面附近气泡脉动动力学方程,提出了气泡脉动无量纲周期解析公式,揭示了二次压力波峰值的边界效应规律。理论研究表明,壁面附近气泡脉动周期随距离参数减小而增大,壁面上的二次压力波峰值为自由场同位置的1~2倍。通过深水爆炸实验(200~500 m水深)与LS-DYNA数值模拟,验证了理论模型的准确性。进一步结合壁面附近气泡脉动方程,提出了改进的气泡射流方向判断准则,对于Blake准则失效工况下的气泡射流方向有着较为准确的预测。为水下爆炸气泡与结构相互作用的深入研究提供了理论支撑。 展开更多
关键词 水下爆炸气泡 刚性壁面 气泡脉动特性 气泡射流 有限元模拟
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开放式微通道与射流冲击混合冷却协同作用机制研究
4
作者 李逸飞 郭聿铭 赵亮 《化工学报》 北大核心 2026年第1期275-287,共13页
高功率、高集成的电子器件,对热设计构成了重大挑战。因气泡脱离路径与液体补充路径相互冲突,导致核态沸腾阶段气泡聚集、临界热通量提前触发成为流动沸腾热设计方案提高换热能力的瓶颈。为了研究射流冲击开放式微通道中分离气泡脱离与... 高功率、高集成的电子器件,对热设计构成了重大挑战。因气泡脱离路径与液体补充路径相互冲突,导致核态沸腾阶段气泡聚集、临界热通量提前触发成为流动沸腾热设计方案提高换热能力的瓶颈。为了研究射流冲击开放式微通道中分离气泡脱离与液体补充路径的机制,本文结合可视化实验结果与仿真计算研究了惯性力对气泡分布的影响。研究表明,随着通道顶部间隙缩小,气泡大量聚集在通道底部,抑制了核态沸腾,这是因为顶部间隙缩小时,通道底部惯性力的增幅(309.1%)明显高于顶部(50.9%),气泡在惯性力作用下更容易脱离和聚集,使通道流和喷射流协同作用分离气泡脱离与液体补充路径的机制失效,从而使临界热通量更容易触发。研究结果对于微通道临界热通量触发机制的探索以及换热能力的提升具有重要意义。 展开更多
关键词 微通道 微喷射 两相流 气泡行为 传热
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沟槽对三维水翼叶顶间隙泄漏涡空化的抑制研究 被引量:1
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作者 张睿 潘玉梦 +3 位作者 王正欣 邢静艺 冯建刚 徐辉 《水动力学研究与进展(A辑)》 北大核心 2025年第1期1-9,共9页
为研究不同空化条件下沟槽对叶顶间隙泄漏涡(TLV)空化的抑制作用,该文以NACA0009三维水翼为研究对象,基于雷诺时均N-S(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)方法,采用SST-CC(Curvature Corrected Shear Stress Transport)湍流模型和... 为研究不同空化条件下沟槽对叶顶间隙泄漏涡(TLV)空化的抑制作用,该文以NACA0009三维水翼为研究对象,基于雷诺时均N-S(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)方法,采用SST-CC(Curvature Corrected Shear Stress Transport)湍流模型和基于Ω涡识别方法的OV-ZGB(Omega Vortex Identification Zwart-Gerbera-Belamri)空化模型,开展了沟槽对三维水翼叶顶间隙泄漏涡空化抑制效果的数值模拟研究,分析了不同空化数下沟槽对叶顶间隙区空化形态、压力分布、流速分布以及Liutex涡量分布的影响。研究结果表明:沟槽可以提高叶顶间隙泄漏涡核区域的压力、加快涡心处的压力恢复并降低泄漏涡的强度,从而抑制叶顶间隙泄漏涡空化;随着空化数的降低,沟槽提高涡心处的压力、降低泄漏涡强度以及抑制叶顶间隙泄漏涡空化的能力均增强。该研究成果可为抑制轴流泵等水力机械叶顶间隙泄漏涡空化的研究提供参考。 展开更多
关键词 NACA0009水翼 叶顶间隙泄漏涡空化 OV-ZGB空化模型 沟槽 数值模拟
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变径圆管内离散气泡运动行为及变形特性
6
作者 李枫 明亮 +3 位作者 邢雷 蒋明虎 赵立新 关帅 《过程工程学报》 北大核心 2025年第4期341-353,共13页
离散气泡在变径圆管内的变形动力学行为是指导气液两相介质输运及分离的重要理论。针对变径圆管结构,开展不同雷诺数及气泡粒径条件下的变径场域内离散气泡的运动行为研究。分析不同入口雷诺数下变径圆管内的流型流态、速度场以及气泡... 离散气泡在变径圆管内的变形动力学行为是指导气液两相介质输运及分离的重要理论。针对变径圆管结构,开展不同雷诺数及气泡粒径条件下的变径场域内离散气泡的运动行为研究。分析不同入口雷诺数下变径圆管内的流型流态、速度场以及气泡变形特性,探索变径圆管内流场特性与离散气泡间的相互作用规律。结果表明,气泡使其周围的流体速度变化,造成速度梯度增加,致使其周围流场的湍动能上升;此外,随着入口雷诺数增大,气泡在流场内的破碎位置越趋向于突扩截面处,当入口雷诺数Re=5.16×10^(3)时,气泡的破碎距离最短为16.09 mm;当雷诺数不变,气泡半径从2.5 mm增大至4.5 mm时,气泡的无量纲最大变形量由0.26增加至0.67,数值模拟结果与实验结果呈现出较好的一致性。 展开更多
关键词 变径圆管 气泡 流场特性 变形特性 运动行为
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低重力池沸腾双气泡相互作用数值模拟
7
作者 杜王芳 张良 +2 位作者 何发龙 李会雄 赵建福 《工程热物理学报》 北大核心 2025年第7期2269-2273,共5页
核态池沸腾现象中气泡动力学行为与其传热性能间具有密切关联,一直是多相流和传热传质领域的研究热点。基于OpenFOAM开源代码开发了微重力沸腾过程流固耦合传热求解器μg BCHT,以实现流固共轭传热求解、气液宏观区与微观区相变传热与流... 核态池沸腾现象中气泡动力学行为与其传热性能间具有密切关联,一直是多相流和传热传质领域的研究热点。基于OpenFOAM开源代码开发了微重力沸腾过程流固耦合传热求解器μg BCHT,以实现流固共轭传热求解、气液宏观区与微观区相变传热与流动耦合求解、气泡核化点随机与定位活化等功能。针对一维Stefan问题和一维Sucking问题进行的仿真结果与解析解相符合,验证了求解器预测能力。利用该求解器对0.1g低重力条件下FC-72双气泡核态池沸腾过程进行了三维数值模拟研究,揭示了低重力条件下气泡生长过程特点及其间相互作用机制,提供了理解低热流密度核态池沸腾传热机理的细观尺度物理图景。 展开更多
关键词 核态池沸腾 双气泡相互作用 重力效应 共轭传热 μgBCHT
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喷雾燃烧过程建模技术研究进展
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作者 邹建锋 赵梓婷 +4 位作者 郑耀 谈高 郝云飞 孙佳琪 孔令浩 《工程热物理学报》 北大核心 2025年第12期4252-4269,共18页
液态燃料的喷雾蒸发和燃烧行为直接影响航空发动机的效率和污染物排放特性,发展高效高可靠的喷雾燃烧预测技术与工具对于低排放燃烧室的优化设计至关重要。本文系统综述了液态燃料喷雾燃烧的主流建模方法,重点聚焦于喷雾过程的建模技术... 液态燃料的喷雾蒸发和燃烧行为直接影响航空发动机的效率和污染物排放特性,发展高效高可靠的喷雾燃烧预测技术与工具对于低排放燃烧室的优化设计至关重要。本文系统综述了液态燃料喷雾燃烧的主流建模方法,重点聚焦于喷雾过程的建模技术进展。尽管液态燃料喷雾燃烧涉及湍流燃烧模型的应用,但由于该模型本身体系广泛、内容复杂,且受篇幅所限,未展开专门论述。本文详细分析了三类核心喷雾建模方法各自的优劣:1)工程应用广泛的欧拉–拉格朗日法因其雾化模型普适性差且依赖实验调参,精度和实用性受限;2)气液两相直接数值模拟虽能精确捕捉界面演化,但计算成本过高,仅适用于喷嘴近场初始失稳过程的机理研究;3)多尺度混合建模中,基于近场DNS的方法免于经验模型但需详细解析初次破碎过程,计算规模庞大难以工程应用;相比之下,基于全场LES结合亚格子雾化模型(sub-grid scale(SGS)atomization model)的方法,通过模化而非直接解析近场液丝/液滴生成过程,显著降低了网格分辨率的要求,为真实发动机燃烧室高雷诺数高韦伯数工况下的湍流雾化与喷雾燃烧模拟提供了可行性。当前预测模型普遍面临经验雾化子模型泛化能力弱、直接模拟资源需求过大以及跨尺度耦合机制不明晰等瓶颈。未来重点发展方向包括:1)发展自适应网格与大规模并行计算技术,动态优化关键流场区域的分辨率,提升计算效率;2)探索基于机器学习的雾化子模型构建方法,克服传统经验公式泛化能力差的劣势,高效学习高维参数下的复杂非线性关系;3)深化亚格子雾化建模理论的可靠性研究,推进亚格子雾化模型的工程应用与验证。本文旨在为高性能低排放航空发动机燃烧室的设计优化提供理论参考与技术展望。 展开更多
关键词 喷雾燃烧 雾化破碎 数值模拟 多尺度建模
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基于微波法的两相流持水率测量技术研究
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作者 刘均 艾敏敏 《工业控制计算机》 2025年第1期30-32,共3页
气液两相流是天然气开采及运输过程中常见的工况。针对1%~10%的低含水率工况,提出了一种基于微波谐振腔的螺旋电极结构的测量方法。通过HFSS仿真软件对传感器结构参数进行优化,确定最佳结构尺寸。利用仿真软件对不同持水率工况进行仿真... 气液两相流是天然气开采及运输过程中常见的工况。针对1%~10%的低含水率工况,提出了一种基于微波谐振腔的螺旋电极结构的测量方法。通过HFSS仿真软件对传感器结构参数进行优化,确定最佳结构尺寸。利用仿真软件对不同持水率工况进行仿真,确定传感器的可行性后,制作传感器实验样机。通过静态实验研究传感器对低持水率工况的测量特性,实验结果与仿真结果吻合度较高,在1%~10%持水率范围内相对误差小于4%。 展开更多
关键词 微波传感器 HFSS 优化设计 持水率测量
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近壁防晃隔板对空间低温推进剂贮箱自增压过程的影响 被引量:1
10
作者 魏列 杜王芳 +2 位作者 何发龙 李凯 赵建福 《中国空间科学技术(中英文)》 北大核心 2025年第2期51-60,共10页
空间低温推进剂贮箱长时间在轨运行期间,往往因壁面漏热使得贮箱内低温推进剂持续蒸发,引起贮箱内压力不断升高(即自增压现象),危及贮箱及航天器安全。为防止液体大幅度晃动,大尺度的空间贮箱内部会设置防晃隔板,后者可能对贮箱内气液... 空间低温推进剂贮箱长时间在轨运行期间,往往因壁面漏热使得贮箱内低温推进剂持续蒸发,引起贮箱内压力不断升高(即自增压现象),危及贮箱及航天器安全。为防止液体大幅度晃动,大尺度的空间贮箱内部会设置防晃隔板,后者可能对贮箱内气液流动与传热产生明显影响。采用VOF方法数值模拟了近壁防晃隔板对贮箱内气液两相流动及其热力学过程的影响,以便揭示防晃隔板对贮箱自增压过程的影响机制。不同重力环境部分充液贮箱内有无近壁隔板情形中液体晃动与热力学特征的数值模拟结果表明:贮箱内液面形貌决定于Bond数,远大于1的Bond数条件下液面基本保持水平,而Bond数小于1时液面会沿贮箱壁面爬升;近壁防晃隔板能够显著减少贮箱内工质质心的波动幅度;当近壁防晃隔板位于液面下方时,能阻碍近壁区液体暖流的上升,使得近壁区的液面温度偏低,自增压速率明显低于无隔板贮箱。最后,基于对近壁防晃隔板尺寸影响的仿真分析和比较,给出了不同重力条件下近壁防晃隔板的推荐结构。研究结果可以为空间贮箱流体管理技术的方案设计提供有价值的参考。 展开更多
关键词 低温推进剂贮箱 自增压 近壁防晃隔板 微重力 数值模拟
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基于WENO格式有限体积法的铁磁流体两相流相场方法 被引量:2
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作者 张少松 张良奇 +3 位作者 陈黎明 王小双 肖姚 曾忠 《重庆大学学报》 北大核心 2025年第4期67-83,共17页
采用基于WENO格式的有限体积法,发展了包括铁磁流体的两相流相场方法。采用不可压缩Navier-Stokes方程描述流体流动,利用Cahn-Hilliard方程捕捉两相流界面运动,并采用Maxwell方程描述磁场分布。同时,在流体流动控制方程中加入开尔文力... 采用基于WENO格式的有限体积法,发展了包括铁磁流体的两相流相场方法。采用不可压缩Navier-Stokes方程描述流体流动,利用Cahn-Hilliard方程捕捉两相流界面运动,并采用Maxwell方程描述磁场分布。同时,在流体流动控制方程中加入开尔文力和表面张力以实现磁场对界面动力学行为的描述。将四阶Cahn-Hilliard方程拆分为2个Helmholtz类型方程,从而克服四阶非线性项的离散和高精度计算带来的难题。采用五阶WENO格式对控制方程的对流项进行统一离散处理,从而提高数值计算的精度性,同时避免产生数值振荡。Zalesak’s圆盘问题数值模拟的结果表明,本文方法的相界面捕捉精度高于参考文献中所报道的离散方法,与高精度相场方法的精度相当;对剪切流中的液滴变形问题的数值模拟揭示本文数值方法可以更真实地捕捉到更多个卫星液滴。此外,针对磁场影响下,较低毛细数条件的铁磁流体液滴剪切变形研究显示,当外加磁场方向与液滴水动力学变形方向一致时,磁场的作用会放大液滴变形,进一步增加磁场强度会诱发液滴分裂;而当外加磁场方向与液滴水动力学变形方向垂直时,较低强度的磁场作用能够改变液滴变形方向,而较高强度的磁场则会使液滴直接呈现出沿磁场方向变形。 展开更多
关键词 相场法 有限体积法 铁磁流体液滴 磁场控制
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仿生跨介质飞行器入水策略及降载方法综述 被引量:2
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作者 高福奎 周后村 +2 位作者 余雷 李鑫林 吴文华 《海洋工程》 北大核心 2025年第5期198-218,共21页
跨介质飞行器具备在空气和水两种介质中自由穿行的能力,被视为扩展空中和海上探测领域的突破性技术。但跨介质飞行器入水过程伴随着较大的冲击载荷,极易造成机头、机身和尾翼等关键部件损坏,严重影响航行器航行的稳定性和安全性。围绕... 跨介质飞行器具备在空气和水两种介质中自由穿行的能力,被视为扩展空中和海上探测领域的突破性技术。但跨介质飞行器入水过程伴随着较大的冲击载荷,极易造成机头、机身和尾翼等关键部件损坏,严重影响航行器航行的稳定性和安全性。围绕跨介质飞行器入水方式、入水冲击载荷等问题,从跨介质飞行器入水方式、航行器入水传统降载方法、仿生降载方法3个方面总结了国内外研究发展历程,结合跨介质飞行器入水降载发展现状,总结了该领域的技术挑战,提出对未来的展望。跨介质飞行器入水降载方法及相关技术仍不成熟,进行材料和结构设计是降载问题研究的重点,开展数值模拟及模型试验是航行器入水降载研究的主要方法,仿生技术的发展将促进跨介质飞行器降载性能的提升和设计理念的创新。 展开更多
关键词 水空跨介质运动 跨介质飞行器 入水冲击 冲击降载 仿生学
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上升气泡运动、变形与诱导流动的实验研究 被引量:1
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作者 李德康 应阳 +1 位作者 王成跃 董军 《力学学报》 北大核心 2025年第2期368-379,共12页
通过向静水中连续注入空气形成频率可控的上升气泡串,采用阴影成像与体视粒子图像测速技术对气泡的运动、变形以及诱导流场进行三维测量.基于阴影成像测量结果研究了气泡轨迹、运动速度以及界面波动特征;提出了基于两个非正交方向的投... 通过向静水中连续注入空气形成频率可控的上升气泡串,采用阴影成像与体视粒子图像测速技术对气泡的运动、变形以及诱导流场进行三维测量.基于阴影成像测量结果研究了气泡轨迹、运动速度以及界面波动特征;提出了基于两个非正交方向的投影图像进行气泡三维重构的数学方法,并基于该方法得到了气泡界面的三维形貌;研究了不同空气注入流量对气泡上升速度、气泡空间分布以及气泡诱导流场的影响;通过条件平均方法,研究了单个气泡对周围速度脉动的影响.研究发现,气泡轮廓近似为椭球形,其瞬时长宽比呈现周期性的波动,波动频率与理论预测值符合较好;在空气注入流量较大时,气泡的运动轨迹呈现较大的随机性,并且在水平截面内的分布趋于各向同性;随着高度增加,气泡上升速度与诱导流场速度首先快速增长,然后趋于稳定.在本实验考虑的空气流量范围内,单个气泡对脉动速度场的诱导作用受流量影响较小;因此,泡诱导湍流可以近似地看作单个气泡诱导作用的线性叠加. 展开更多
关键词 气泡 两相 体视粒子图像测速 气泡重构 条件平均
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Fe_(3)O_(4)改性生物炭实现高效太阳能界面蒸发 被引量:1
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作者 陈磊 魏林杰 +1 位作者 董传帅 张立志 《工程热物理学报》 北大核心 2025年第3期918-924,共7页
太阳能界面蒸发海水淡化是解决淡水短缺问题的有效途径之一。本研究针对现有界面蒸发材料太阳能利用率低、盐堆积严重的问题,以巴沙木为原料制备了一种具有多孔分布、单向通道的生物炭材料。在此基础上原位负载Fe_(3)O_(4)纳米颗粒,有... 太阳能界面蒸发海水淡化是解决淡水短缺问题的有效途径之一。本研究针对现有界面蒸发材料太阳能利用率低、盐堆积严重的问题,以巴沙木为原料制备了一种具有多孔分布、单向通道的生物炭材料。在此基础上原位负载Fe_(3)O_(4)纳米颗粒,有效改善材料的亲水性和光吸收性能。在1 kW/m^(2)的光照强度下,蒸发速率高达1.448 kg·m^(−2)·h^(−1),光热转换效率最高可达96.1%,实现了较高的太阳能利用率。研究成果对界面蒸发材料的设计具有指导意义。 展开更多
关键词 界面蒸发 海水淡化 生物炭 Fe_(3)O_(4) 光热转换
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微通道中单泡运动机理的研究 被引量:1
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作者 郭天祥 莫成龙 +2 位作者 产文强 陈柔 严微微 《力学季刊》 北大核心 2025年第1期181-192,共12页
气泡是微反应器效率和质量的重要影响因素.因此,了解微通道中气泡输运机理可以为微反应器的设计提供指导.而气泡运动是一种典型的气泡输运现象,本研究以计算流体力学为基础,通过系统参数化研究单泡运动特性,分析结果得到气泡的运动规律... 气泡是微反应器效率和质量的重要影响因素.因此,了解微通道中气泡输运机理可以为微反应器的设计提供指导.而气泡运动是一种典型的气泡输运现象,本研究以计算流体力学为基础,通过系统参数化研究单泡运动特性,分析结果得到气泡的运动规律,从而揭示气泡运动机理.研究发现当气泡初始不附着壁面时,单泡运动轨迹是多样的,但气泡最终达到平衡位置(即离壁面的距离为一定值).并且,该平衡位置与气泡直径、驱动速度以及溶液的物化性质都具有相关性.雷诺数(Re)和毛细管数(Ca)被选用为表征以上特性的无量纲数.基于气泡大小和常用溶液物化性质,在0.288<Re<97.2,0.005<Ca<0.228范围内进行研究,得到Re和Ca的关系可以通过气泡平衡位置Y_(e)(最终气泡离壁面距离的无量纲数)进行分类:(1)当0<Y_(e)<0.45时,Re和Ca呈现幂律关系;(2)当0.45<Y_(e)<0.95时,Re和Ca则为线性关系;(3)当粘性效应可以忽略不计时,气泡附着在壁上(Y_(e)=0);(4)当粘性效应占主导地位时,气泡位于微通道的中心(Y_(e)=1).相应地,气泡运动机理可以从操纵力角度上来解释.操纵力包括由壁面、形变和剪切应力梯度引入的力,即气泡运动受壁面、惯性、粘性和表面张力效应的综合影响. 展开更多
关键词 气泡运动 微通道 平衡位置 操纵力
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相场格子Boltzmann方法模拟载表面活性剂液滴的剪切动态行为
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作者 陈涛 姚丽萍 +2 位作者 张良奇 曾忠 谢守勇 《重庆大学学报》 北大核心 2025年第4期12-28,共17页
表面活性剂可以降低流体界面的表面张力,显著改变固体表面的润湿特性,在工业生产中被广泛使用。为探究载表面活性剂液滴在固体表面上的运动特性,基于Cahn-Hilliard相场格子玻尔兹曼方法,引入由实验得出的考虑三相接触线移动速度的Yokoi... 表面活性剂可以降低流体界面的表面张力,显著改变固体表面的润湿特性,在工业生产中被广泛使用。为探究载表面活性剂液滴在固体表面上的运动特性,基于Cahn-Hilliard相场格子玻尔兹曼方法,引入由实验得出的考虑三相接触线移动速度的Yokoi动态接触角模型,建立了一种考虑可溶性表面活性剂流动的移动接触线模型。根据控制方程独立开发计算程序,并采用并行化处理提高计算效率。在此基础上,研究了线性剪切作用下液滴的动态过程,分析了有效毛细数Ca_(e)和固体表面润湿性对纯净液滴和载表面活性剂液滴变形的影响规律。结果表明:有效毛细数Ca_(e)增大会促进液滴变形,当其增大到一定程度时液滴会产生破裂,载表面活性剂液滴相对于纯净液滴有更大的变形量和移动速度。当液滴附着于亲水性固体表面时,在相同剪切作用下,载活性剂液滴相对于纯净液滴有更长的相对弧长和相对润湿长度;且液滴在亲水表面比其在中性表面变形的相对弧长和相对润湿长度值亦更大。而当液滴附着于疏水性固体表面时,液滴则会在剪切作用下脱离固体表面;在相同的毛细数下,载表面活性剂液滴相对于纯净液滴先脱离固体表面且移动速度更快。研究结果表明可溶性表面活性剂的存在会对液滴剪切运动和变形产生较大影响,可以促进液滴变形,增大液滴移动速度。本文的数值方法可用于计算载有可溶性活性剂液滴的移动接触线问题。 展开更多
关键词 相场法 格子玻尔兹曼方法 可溶性表面活性剂 剪切 液滴
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基于数值模拟的连铸结晶器拉速优化
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作者 夏海涛 李启良 +2 位作者 陈硕 谢玉 范正洁 《力学季刊》 北大核心 2025年第3期775-785,共11页
目前超过90%的粗钢生产是通过连铸完成的,而在连铸生产过程中增加拉速能够显著提高生产效率,但会对流场造成影响,加剧卷渣、气泡卷吸的发生,会引起一系列的质量缺陷,成为了制约高拉速结晶器发展的关键问题.本文基于大涡模拟(Large Eddy ... 目前超过90%的粗钢生产是通过连铸完成的,而在连铸生产过程中增加拉速能够显著提高生产效率,但会对流场造成影响,加剧卷渣、气泡卷吸的发生,会引起一系列的质量缺陷,成为了制约高拉速结晶器发展的关键问题.本文基于大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)耦合了流体体积模型(Volume of Fluid,VOF)和双向耦合的离散相模型(Discrete Phase Model,DPM)建立了连铸结晶器的多相流数值模型,针对三种拉速变化,从流场变化、钢-渣界面速度、钢-渣界面波动和卷渣量等角度进行分析,揭示了内部相关的变化规律,发现一定程度地提高拉速反而能够提高生产质量,为连铸生产的拉速优化提供了参考. 展开更多
关键词 连铸结晶器 拉速 卷渣量 多相流耦合模型
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基于自研软件的波浪水池造波与消波的数值方法研究
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作者 李晓东 吴乘胜 +2 位作者 王星 王建春 张亚英 《中国造船》 北大核心 2025年第1期12-23,共12页
基于自研软件MarineFlow开发造波消波功能,在入口边界给定波浪速度,在消波区域添加人工阻尼,在数值波浪水池中耦合VOF(volume of fluid)方法精确模拟Stokes二阶波浪。在速度入口分别输入一阶Stokes波和二阶Stokes波,将计算域中观测点拟... 基于自研软件MarineFlow开发造波消波功能,在入口边界给定波浪速度,在消波区域添加人工阻尼,在数值波浪水池中耦合VOF(volume of fluid)方法精确模拟Stokes二阶波浪。在速度入口分别输入一阶Stokes波和二阶Stokes波,将计算域中观测点拟合的浪高曲线与理论曲线进行对比,吻合良好,并得到一阶或二阶Stokes波的输入对数值计算结果影响较小的结论,而且浪高曲线与二阶理论值吻合更好。在数值波浪水池中就波浪对带有防波堤的垂直墙体的砰击采用3套网格进行计算和分析,根据浪高曲线分析该墙体对规则入射波的影响,验证了防波堤对波浪能量的消耗能力和对垂直墙体的防护作用。还开展了KCS标准船模在规则波浪中航行的数值模拟,给出了入射波和船体兴波相互干扰的波形云图。取船体一侧3个观测点的浪高曲线对船模航行兴波与入射波浪的相互作用进行分析,验证了两者存在波峰叠加和抵消等现象,使船体附近波浪运动更为复杂。 展开更多
关键词 数值造波 STOKES波 软件MarineFlow 防波堤
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破碎波激发湍流的数值模拟研究进展
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作者 卢敏 郭晓宇 +5 位作者 梁姗 李荣 孙俊 童俊淇 李千千 杨子轩 《空气动力学学报》 北大核心 2025年第6期62-81,I0002,共21页
波浪破碎过程伴随着大量空气卷入,会形成水、气充分混合的混相湍流,对其发展数值模拟方法与湍流封闭模型是当前研究的难点。本文综述了混相湍流的数值模拟研究进展,重点介绍了高密度比两相流模拟的数值稳定性问题和解决方案。针对传统... 波浪破碎过程伴随着大量空气卷入,会形成水、气充分混合的混相湍流,对其发展数值模拟方法与湍流封闭模型是当前研究的难点。本文综述了混相湍流的数值模拟研究进展,重点介绍了高密度比两相流模拟的数值稳定性问题和解决方案。针对传统方法在界面捕捉与动量方程求解格式不一致导致的数值不稳定性问题,近期提出的密度预估-同步法通过显式求解质量输运方程,实现了高密度比条件下的稳定计算。本文详细阐述了该方法的控制方程、时空离散格式及界面捕捉技术,并通过经典算例验证了其有效性。此外,以射流、尾流和船首波破碎为例,分析了混相湍流的流动特征,揭示了弗劳德数对湍动能和湍流质量通量的影响。在封闭模型方面,对比了代数型与动力学模型的优劣,指出动力学模型虽更具理论潜力,但需进一步解决组合项封闭问题。最后,展望了混相湍流数值模拟研究的未来研究方向,如建立标准的算例数据库和通过GPU并行优化提高计算效率等。本文研究可为混相湍流的模拟与建模提供参考。 展开更多
关键词 混相湍流 破碎波 翻卷射流 封闭模型 数值模拟
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集输系统内空气-油两相流型能量谱图分析
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作者 李乃良 张一帆 +1 位作者 杜雪平 彭胥睿 《工程热物理学报》 北大核心 2025年第4期1181-1187,共7页
采用空气和油作为介质,在小型集输环路中实验研究了气液两相流型的相间作用机理。实验观察到了泡状流、弹状流、环状流和段塞流,获得了各流型的持液率,利用db4小波基将持液率信号时间序列进行了8、12和16尺度分解,计算得到了各流型压差... 采用空气和油作为介质,在小型集输环路中实验研究了气液两相流型的相间作用机理。实验观察到了泡状流、弹状流、环状流和段塞流,获得了各流型的持液率,利用db4小波基将持液率信号时间序列进行了8、12和16尺度分解,计算得到了各流型压差信号细节分量的无量纲能量。研究发现,环状流、弹状流和段塞流的能量分布为驼峰型,而泡状流的能量分布为马鞍型,其能量主要体现在连续相液体与气泡之间的剪切,以及气泡的碰撞、融合、破裂等界面效应上。能量主峰对应的尺度较为固定,基本不随最大分解尺度的增加而变化。 展开更多
关键词 空气-油两相 立管 流型 能量分布 实验研究
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