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旋转曲线管道中不定常流动的研究

苏霄燕  
【摘要】:曲线管道内的流动问题是流体力学的基本问题之一。作为一个典型的物理模型,对曲线管道内流动特性的研究贯穿着流体力学这一古老学科的发展过程。有关曲线管道的研究不仅具有理论意义,而且在工程应用中有着广泛的应用。本论文的内容是国家自然科学基金项目“旋转曲线管道中流动结构与传热特性研究”中的一部分。 本论文研究旋转圆截面弯曲管道中的非定常流动特性。采用摄动法和数值方法进行求解。首先建立曲线管道流动的非正交旋转螺旋极坐标系和旋转螺旋直角坐标系,然后根据张量分析的方法推导了这两个曲线坐标系中的流体运动控制方程,采用双参数摄动方法求解旋转圆截面平面弯管中的振荡流,采用数值方法求解旋转螺旋管道内的周期流和旋转平面弯管内的脉冲流。系统地分析了在不同无量纲控制参数下的旋转曲线管道中的轴向速度分布、二次流结构以及壁面摩擦力随各参数的变化情况。研究结果表明:曲率、挠率、科氏力和离心力之比、Dean数、Germano数、Rossby数、Womersley数以及其他无量纲参数对流动特征量有着重要的影响。 本论文获得的小曲率圆截面旋转弯管内低频振荡流动的二阶摄动解,以及旋转螺旋管道内的周期流动以及旋转弯曲管道内的脉冲流动的数值解,与已有文献结果比较,结果吻合,表明所采用方法是正确的,结果是合理的。


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