收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

粘弹性流体双振荡网格湍流特性实验研究

王悦  
【摘要】:粘弹性流体湍流减阻流动是非牛顿流体动力学研究领域的热点问题之一。自Toms发现添加剂湍流减阻现象至今,国内外学者从理论、实验和数值模拟三方面对这一添加剂湍流减阻技术开展了大量的研究工作,取得了显著的研究进展,如湍流减阻机理、最大减阻率渐近线以及减阻技术的工业应用等。但目前仍存在诸多问题有待解决,如提出更为全面的湍流减阻机理、高雷诺数湍流减阻流动大涡数值模拟方法等。当前,学者们对粘弹性流体湍流减阻领域的关注热点在于具有壁面效应的流动中,如管道、槽道和边界层等。壁面的存在将导致流动的不均匀性,研究粘弹性流体分子微观结构与旋涡结构的相互作用则更为复杂。然而,在无壁面效应的各向同性湍流中,流体粘弹性的存在并未改变流动中的动量输运,但却能影响不同尺度间的能量传递过程。因此,研究粘弹性流体各向同性湍流将对湍流减阻流动特性及机理的认识具有重要的学术价值。本文首先采用了双振荡网格同步相向/反向运动的思想,设计了双振荡网格湍流实验系统,实现了高雷诺数近似各向同性湍流。选取典型的具有粘弹性特性的两类减阻剂水溶液—高聚物和表面活性剂水溶液。采用Kinexus Pro系列旋转流变仪测量了减阻水溶液的剪切粘度特性。结果表明,不同浓度的聚丙烯酰胺(PAM)水溶液和聚氧化乙烯(PEO)水溶液的剪切粘度都存在剪切稀变特性,而表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵/水杨酸钠(CTAC/Na Sal)水溶液的剪切粘度展现出了稀变-增稠-再稀变过程。其次,采用粒子图像测试技术(PIV)开展粘弹性流体双振荡网格湍流实验研究,分析了流动速度场特征以及湍流重要参数(如积分尺度、Taylor微尺度、湍动能等);研究结果表明,流体粘弹性的存在显著地影响上述流动参数。提出了基于湍动能来定义流动减阻率的方式,结果显示:在无壁面效应的双振荡网格湍流中,粘弹性流体流动同样表现出较为显著的减阻效果,并发现在CTAC/Na Sal水溶液工况中存在一临界减阻浓度。从湍动能谱和速度能谱阐述了流体粘弹性对能量输运过程的影响。通过速度偏导数的高阶关联函数分析,发现粘弹性流体抑制了流动中的小尺度间歇性。再次,基于PIV数据库,采用本征正交分解(POD)方法和小波变换方法研究双振荡网格湍流中涡结构的多尺度特性。基于POD分析结果发现,对于粘弹性流体流动工况,仅需少量的POD本征函数即可捕捉流动中的相干结构,这说明流动中的相干结构受到了抑制,展现出较为明显的减阻效果。基于Daubechies小波变换研究不同尺度涡结构特性,结果表明:在同一较小分解尺度上,流体粘弹性的存在显著改变了小尺度涡结构特性;此外,在所有分解尺度上,粘弹性流体对间歇性的贡献要小。最后,从网格振荡频率、溶液浓度、减阻剂种类和网格分形特性四个方面出发,研究其对典型减阻溶液流动中经典Kolmogorov p/3标度律、扩展自相似标度律和层次结构标度律的影响规律。发现上述四个参数均影响了流动中的标度律关系,且所有流动工况中的标度指数均偏离了Kolmogorov p/3标度律,并展现出了奇异特性。此外,分析层次结构标度律中的间歇参数,再次发现流体粘弹性的存在抑制了流动中的间歇特性。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 朱秀林,王凯,潘祖仁;搅拌槽中粘弹性流体的流速分布[J];合成橡胶工业;1988年05期
2 窦国仁;王国兵;;层流向紊流过渡状态下粘弹性流体的紊流结构[J];水利水运科学研究;1988年03期
3 陈栋荣;潘碧莲;苑会林;;高聚物熔体的弹性[J];塑料;1989年01期
4 王凯,朱秀林,潘祖仁;锚式搅拌槽中高粘弹性流体的流速分布及其功率消耗[J];化工学报;1989年06期
5 王凯,朱秀林,潘祖仁;内外单螺带—锚搅拌槽中粘弹性流体的流速分布和混合时间[J];浙江大学学报(自然科学版);1989年01期
6 李健,江体乾;Oldroyd粘弹性流体缝隙流问题的解析解[J];力学与实践;1989年05期
7 崔桂香,柴天峰;粘弹性流体平面收缩流动的数值模拟[J];水动力学研究与进展(A辑);1995年05期
8 顾培韵,潘勤敏,孙建中,赵福祥;粘弹性流体流变特性的研究[J];浙江大学学报(自然科学版);1994年01期
9 刘慈群,黄军旗;环空套管内粘弹性流体[J];应用数学学报;1996年01期
10 姚晓春,褚家瑛,江体乾;粘弹性流体层流自然对流传质的研究[J];化工学报;1990年03期
11 潘勤敏,顾培韵,赵福祥,孙建中,潘祖仁;表面更新釜中粘弹性流体的脱挥特性测定[J];高校化学工程学报;1990年03期
12 R·A·丹赛;B·B·A·善纳可;黄雅意;;在有一级化学反应时粘弹性流体流经无限竖直多孔平板时的边界层流动[J];应用数学和力学;2010年08期
13 王保国,李荣先,孙成海,叶占银;粘弹流体中Giesekus模式和Oldroyd模式的改进[J];清华大学学报(自然科学版);1999年08期
14 H·M·杜威瑞;R·A·丹赛;A·J·千姆克哈;M·S·艾伯德尔-亚博;黄雅意;;粘弹性流体流经竖直表面时的瞬时自然对流[J];应用数学和力学;2010年05期
15 黄亚奇,庄逢源,M.Kaibara;用衰减振动式流变仪测量线性粘弹性流体粘弹性系数的新方法 理论分析部分[J];中国生物医学工程学报;1991年04期
16 周晓君;刘高;乔春德;夏麟;陈红;;剪切波在线性粘弹性流体中的传播[J];湖北大学学报(自然科学版);2013年02期
17 蔡扶时;粘弹性流体的过渡流动[J];力学学报;1982年06期
18 杨树清;窦国仁;;粘弹性流体边界层运动的紊流结构[J];水利水运科学研究;1993年03期
19 邱华;张颖姝;房少梅;;不可压粘弹性流体的Leray-α-Oldroyd模型整体解的存在性[J];数学物理学报;2017年01期
20 赵文静;都大鹏;;不可压缩粘弹性流体力学方程组局部适定性[J];中国科学(A辑:数学);2009年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 宣岸卿;李芳;尹协振;;粘弹性流体的后台阶流动[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年
2 林艺扬;韩雪;黄建滨;;一类具有pH响应的粘弹性流体[A];中国化学会第26届学术年会胶体与界面化学分会场论文集[C];2008年
3 冯玉军;张永民;楚宗霖;;“拟双子”表面活性剂:一种构筑智能粘弹性流体的新方法[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第三十一分会:胶体与界面化学[C];2016年
4 尹晨;;等热流加热条件下粘弹性流体在流体-多孔介质系统内的热对流问题的研究[A];中国力学大会-2017暨庆祝中国力学学会成立60周年大会论文集(B)[C];2017年
5 乔燕;林艺扬;黄建滨;;金属离子诱导阴离子/两性离子表面活性剂体系形成粘弹性流体[A];中国化学会第26届学术年会胶体与界面化学分会场论文集[C];2008年
6 彭赛;熊永亮;;粘弹性流体涡激振动数值模拟研究[A];第十一届南方计算力学学术会议(SCCM-11)摘要集[C];2017年
7 杨迪;胡开鑫;朱克勤;;粘弹性流体分数元模型研究[A];北京力学会第14届学术年会论文集[C];2008年
8 杨帆;朱克勤;;分数元模型本构关系中的歧义和统一[A];北京力学会第15届学术年会论文摘要集[C];2009年
9 牛小静;余锡平;;粘弹性流体周期性运动规律的探讨[A];第七届全国水动力学学术会议暨第十九届全国水动力学研讨会文集(上册)[C];2005年
10 张艳;张震;黄震;;粘弹性流体双加速平板问题的解析解[A];中国计算力学大会2014暨第三届钱令希计算力学奖颁奖大会论文集[C];2014年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王悦;粘弹性流体双振荡网格湍流特性实验研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
2 阳倦成;粘弹性流体基纳米流体湍流流动与换热特性研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
3 蔡萌;粘弹性流体在内管做行星运动的环空中流动的数值计算[D];大庆石油学院;2009年
4 蔡伟华;粘弹性流体各向同性湍流特性研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
5 孙怀宇;粘弹性流体微观驱油效率的数值模拟研究[D];西南石油大学;2010年
6 李小斌;粘弹性流体微尺度流动特性研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
7 常瑛;粘弹性流体在内管做行星运动的环空中流动时内管壁的受力分析[D];大庆石油学院;2008年
8 李勇;粘弹性聚合物熔体流动和挤出胀大的数值模拟研究[D];华东理工大学;2012年
9 赵金虎;分数阶粘弹性流体非稳态对流传热传质数值研究[D];北京科技大学;2017年
10 赵文静;复杂流体动力学中Oldroyd-B模型的适定性研究[D];复旦大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 姚坤;温度梯度下Taylor-Couette流动特性研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
2 黎永耀;粘弹性流体微通道内弹性不稳定流动及其强化混合应用研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
3 李瑞;不可压缩粘弹性流体方程组光滑解的性质[D];河南理工大学;2014年
4 贾坤;平面粘弹性流体带电射流的稳定性分析[D];中国科学技术大学;2015年
5 闫未丹;栅缝元件上粘弹性流体降膜流动研究[D];华东理工大学;2011年
6 曹阳;粘弹性流体微通道流动特性及其强化混合应用研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
7 郑智颖;FLUENT在粘弹性流体流动数值模拟中的应用[D];哈尔滨工业大学;2013年
8 张珈铭;应用有限元方法模拟粘弹性流体典型流动的研究[D];西华大学;2016年
9 周文武;粘弹性流体基纳米流体导热系数与粘度研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
10 张淑云;粘弹性流体在内管做行星运动的环空中流动的二次流[D];大庆石油学院;2008年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978