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窄通道内脉动流阻力特性及转捩特性研究

张川  
【摘要】:本论文主要针对矩形通道内脉动流和加减速流动的流动特性进行了实验研究和理论分析。实验研究主要针对矩形通道内单相水在非稳态流动条件下的层、紊流的阻力特性以及过渡区的转捩特性。 实验表明,在层流区内,相同流量下,加速情况下摩擦压降大于稳态情况下的摩擦压降,而减速情况下的摩擦压降小于稳态情况下的摩擦压降;在整周期内,脉动周期与脉动振幅对平均摩擦压降没有影响。在紊流区,脉动周期与脉动振幅对平均摩阻系数有影响,且脉动越剧烈,摩擦阻力系数越大。Re-λ曲线与流迹显示实验均证明,在脉动流加速阶段,随着脉动频率的增大,临界转捩点位置前移,小于稳态转捩临界雷诺数,而在减速阶段,随着脉动频率的增大,临界转捩点位置明显滞后,大于稳态转捩临界雷诺数,且加速度越大,越容易发生转捩。 理论推导主要针对层流区的加减速流的速度分布进行研究,理论推导结果表明影响速度分布的因素为:通道尺寸、流体性质、压力梯度变化率、时间、初始速度分布;在相同截面平均速度下,压力梯度变化率越大,中心流体的速度梯度越大,而壁面附近则相反;根据能量梯度法,最先发生转捩的位置不在平板通道中心处,而是在距离通道中心y h=0.58的位置。


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