磁钝体尾迹演化及其对钝体绕流控制和传热的作用

局部磁场论文 磁钝体论文 尾迹不稳定性论文 固体钝体论文 传热论文
论文详情
导电流体流经外加非均匀局部磁场时会在流体内部产生一个与流动方向相反的洛仑兹力。这种非接触式力被广泛应用于冶金(如电磁搅拌)和流动测量(如洛仑兹力速度仪)等。本文以非均匀局部磁场下导电流体流动和传热为研究对象,主要采用数值模拟和与已有实验对比相结合的方式对磁钝体涡流形成、尾迹时空演化机理及其对流动和传热的影响规律进行了研究;以磁钝体作扰动体,研究其对流体绕流下游串列非流线型钝体时的流动和换热特征的影响机制。主要研究内容及获得的结果如下:首先,数值模拟研究了三维矩形通道内导电流体流经非均匀局部磁场时的流动特点及其对通道内对流换热的影响。结果显示,在合适的磁约束因子(κ)、相互作用参数(N)和雷诺数(Re)时,导电流体流经非均匀局部磁场可形成稳定的双涡结构(内部磁涡,如N=9,Re=100和κ=0.4)或稳定的六涡结构(内部磁涡、连接涡和附着涡,如N=9,Re=400和κ=0.4),即出现与固体钝体绕流中类似的现象—在流体局部区域内形成磁钝体(Magnetic obstacle)。当相互作用参数和雷诺数为定值时,随磁约束因子的增加,稳定涡流结构将会消失而仅仅出现流动分叉现象。随雷诺数的增大(如Re=500),磁钝体稳定六涡结构中的附着涡会交替地脱落而形成类似于固体钝体尾迹中的卡门涡街。附着涡脱落频率随通道阻塞率(β)的增大而增大,且连接涡对在通道阻塞率较大(如β>0.2)时不能稳定地共存。当通道展向宽度(Ly)足够大(如β≤0.2)时,附着涡脱落频率几乎不受磁约束因子、相互作用参数和雷诺数的影响,且连接涡对能稳定地存在。磁钝体尾迹的不稳定性比稳定涡流结构可以更显著地促进通道中的对流换热;且通道中的对流换热能力与磁约束因子成正比,与阻塞率成反比。(国际著名传热传质期刊ASME Journal of Heat Transfer和International Communications in Heat and Mass Transfer的审稿专家评论此部分内容为This kind of flow has been analyzed in the past but still is far from being completely understood.In particular,to the best of my knowledge,the heat transfer problem of this flow has not been analyzed before,so that results of this paper are valuable.)其次,研究了来流速度、磁钝体间隙率(ξ)和外磁场强度对单排磁钝体阵列尾迹演化、相邻钝体尾迹间相互作用机制及其对通道中对流换热的影响。研究发现,随来流速度的增加,磁钝体阵列涡流结构形成与演化规律和孤立磁钝体的类似。磁钝体阵列相邻尾迹涡流间的相互作用随来流速度的减小和磁钝体间隙率的增大而减弱。当尾迹涡流间相互作用较弱时,磁钝体阵列尾迹涡脱落规律与孤立磁钝体的相似。当惯性力较小时(如Re=600),随磁场强度的增加,磁钝体阵列尾迹会从不稳定回归稳定;当惯性力较强时(如Re=900),通道芯部的两个磁钝体尾迹涡流会向临近的尾迹扩展而扰动整个尾迹区,从而使得附着涡无明显的脱落主频。磁钝体阵列较孤立磁钝体对换热的促进作用更显著。在不稳定流动中,换热增量随来流速度和磁场强度的增加而增大,随磁钝体间隙率的减小而增大;当来流速度和磁场强度为定值时,综合换热性能在ξ=2时有最佳值。(国际著名传热传质期刊International Communications in Heat and Mass Transfer的审稿专家评价此部分内容为The authors present an interesting study of flow and heat transfer in a duct with an array of magnetic obstacles(side-by-side)for various separations among them.The paper provides useful information related to the dynamic and thermal behavior of the flow.)第三,研究了磁钝体作为上游扰动体时对导电流体绕流下游圆柱/方柱的流动和换热的作用,并对比分析了磁钝体对圆柱和方柱的作用效果。结果表明,磁钝体和圆柱/方柱间的区域内存在两种明显的流动模式:空穴模式和尾流撞击模式。钝体间距较小时为空穴模式,间距较大时为尾流撞击模式。两种模式下磁钝体都可以减小下游圆柱/方柱的阻力,而空穴模式时的减阻效果更好。磁钝体引入的压降损失与下游钝体的截面形状有关,磁钝体对方柱阻力的减小要高于磁钝体所引入的压降损失。下游钝体迎风面与周围流体的换热能力明显减弱,从而使得下游钝体与周围流体的整体对流换热能力降低。
摘要第4-6页
abstract第6-7页
注释表第16-17页
第一章 绪论第17-32页
    1.1 引言第17-18页
    1.2 国内外研究概况第18-30页
        1.2.1 均匀磁场下流动和换热的研究进展第18-21页
        1.2.2 非均匀局部磁场下流动和换热的研究进展第21-26页
        1.2.3 绕钝体流动和传热研究现状及存在的问题第26-27页
        1.2.4 扰动体对绕钝体流动控制和传热影响的研究现状第27-29页
        1.2.5 电磁力对绕钝体流动控制和传热影响的研究现状第29-30页
    1.3 本文的研究意义及工作第30-31页
    1.4 本文各章安排第31-32页
第二章 磁钝体诱导机制及其流动和对传热的作用第32-64页
    2.1 物理和数学模型第32-36页
    2.2 计算方法及程序验证第36-38页
    2.3 磁场分布及强度对磁钝体稳定涡结构和传热的影响第38-48页
        2.3.1 模型尺寸及网格第38-39页
        2.3.2 边界条件第39页
        2.3.3 结果及讨论第39-48页
    2.4. 通道展向宽度对磁钝体尾迹不稳定性及传热的影响第48-57页
        2.4.1 结构尺寸及网格第48页
        2.4.2 边界处理第48页
        2.4.3 结果及讨论第48-57页
    2.5 磁场分布对磁钝体尾迹不稳定性及传热的影响第57-63页
        2.5.1 通道尺寸及网格独立性第57-58页
        2.5.2 边界处理第58页
        2.5.3 结果及分析第58-63页
    2.6 本章小结第63-64页
第三章 磁钝体阵列尾迹不稳定性及对传热的影响第64-86页
    3.1 物理数学模型第64-65页
    3.2 计算方法及边界条件第65页
    3.3 来流速度对磁钝体阵列尾迹发展及传热的影响第65-70页
        3.3.1 模型尺寸与网格第65-66页
        3.3.2 流动特点第66-68页
        3.3.3 传热性能第68-70页
    3.4 间隙率对磁钝体阵列尾迹不稳定性及传热的影响第70-78页
        3.4.1 模型尺寸及网格分析第70-71页
        3.4.2 诱导电流及流场分布第71-76页
        3.4.3 传热性能第76-78页
    3.5 磁场强度对磁钝体阵列尾迹不稳定性及传热的影响第78-85页
        3.5.1 模型尺寸及网格第78页
        3.5.2 尾迹发展第78-82页
        3.5.3 传热性能第82-85页
    3.6 本章小结第85-86页
第四章 上游磁钝体对绕圆柱流动主动控制及传热的作用第86-103页
    4.1 物理数学模型第86-87页
    4.2 网格及边界条件第87-88页
    4.3 结果及分析第88-102页
        4.3.1 流动模式第88-92页
        4.3.2 钝体涡脱落特性第92-96页
        4.3.3 阻力减小第96-98页
        4.3.4 压力分布第98-99页
        4.3.5 换热性能第99-102页
    4.4 本章小结第102-103页
第五章 上游磁钝体对绕方柱流动主动控制及传热的作用第103-117页
    5.1 模型结构说明第103-104页
    5.2 计算网格与边界条件第104页
    5.3 结果及分析第104-115页
        5.3.1 流动结构第104-107页
        5.3.2 尾迹不稳定性第107-111页
        5.3.3 阻力变化第111-113页
        5.3.4 压力分布第113-114页
        5.3.5 对流换热第114-115页
    5.4 本章小结第115-117页
第六章 总结与展望第117-120页
    6.1 结论第117-118页
    6.2 主要创新点第118页
    6.3 展望第118-120页
参考文献第120-132页
致谢第132-133页
在学期间的研究成果及发表的学术论文第133-134页
论文购买
论文编号ABS4317152,这篇论文共134页
会员购买按0.30元/页下载,共需支付40.2
不是会员,注册会员
会员更优惠充值送钱
直接购买按0.5元/页下载,共需要支付67
只需这篇论文,无需注册!
直接网上支付,方便快捷!
相关论文

点击收藏 | 在线购卡 | 站内搜索 | 网站地图
版权所有 艾博士论文 Copyright(C) All Rights Reserved
版权申明:本文摘要目录由会员***投稿,艾博士论文编辑,如作者需要删除论文目录请通过QQ告知我们,承诺24小时内删除。
联系方式: QQ:277865656

九色优选 | 跳跳猪 | 聚聚玩 | 有赚网 | 聚享游 | 快乐赚