小间隙内泰勒库特流的实验研究与数值模拟

发布时间：2023-01-06 19:23

　　两同轴旋转圆柱间的流体流动是一种经典的流体动力学问题,称为“Taylor-Couette”流,即泰勒库特流。该模型结构简单,参数易控,流动状态丰富并且流动系统封闭,是研究流体稳定性和揭示湍流流动现象的典型范例。本文以液压电机泵环形间隙内的流体运动为背景,针对小间隙（η≥0.97）内泰勒库特流的阻力矩、流体流态以及传热学特性开展了实验研究与数值模拟。研究中使用了两种不同的壳体结构,一种内表面光滑,一种内表面带凹槽。阻力矩实验结果显示在同一雷诺数下,间隙越小,转子所受阻力矩越大,同时相比光滑壁面条件,凹槽的存在也使阻力矩明显变大。改变流体介质的粘度,发现不同的间隙模型分别会在某个对应雷诺数下发生转子阻力矩的跳变点,间隙越小,跳变点对应的雷诺数越高。将实验结果与基于传统理论模型及经验模型的计算结果完成对比,提出了更适用于小间隙TC系统中转子阻力矩计算的经验公式。另外,通过分析无量阻力矩Nu_ω随Ta数的变化规律可以得出,在Ta≈3.5×10~7时,TC系统进入极限湍流状态,并且具有指数规律:Nu_ω^Ta^0.39

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题来源、目的和意义
    1.2 Taylor-Couette流的国内外研究现状
    1.3 本文主要研究内容
2 小间隙内Taylor-Couette流阻力矩特性的实验研究
    2.1 Taylor-Couette流的理论基础
    2.2 实验装置及实验方法
    2.3 光滑定子内表面的实验结果与分析
    2.4 带凹槽定子内表面的实验结果与分析
    2.5 转子阻力矩与间隙内流体流态的关系
    2.6 计算小间隙内浸液转子所受阻力矩的经验公式
    2.7 本章小结
3 小间隙内Taylor-Couette流的数值模拟
    3.1 计算模型及条件设定
    3.2 数值模拟与实验研究的对比验证
    3.3 光滑定子内表面的流态仿真研究
    3.4 带凹槽定子内表面的流态仿真研究
    3.5 本章小结
4 小间隙内Taylor-Couette流传热学特性的实验研究
    4.1 实验原理
    4.2 实验装置及实验方法
    4.3 水介质实验结果
    4.4 油介质实验结果
    4.5 本章小结
5 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间的成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]外圆柱沟槽对环隙内波动涡流的影响[J]. 朱方能,刘栋,晁长青,张鹏,严建华.  排灌机械工程学报. 2015(06)
[2]混凝过程中絮体形貌的PIV成像观测与表征[J]. 毛玉红,常青,曾立云.  中国环境科学. 2014(04)
[3]泰勒涡对间隙流体传热的影响[J]. 秦洁.  核技术. 2013(04)
[4]水液压双斜盘轴向柱塞式电动机泵试验研究[J]. 朱碧海,吴肖宇,牛壮,贺小峰,刘银水.  机械工程学报. 2013(02)
[5]同心圆柱体间旋转气隙内对流换热的数值模拟研究[J]. 孙玉昕,赵旭峰,吴波.  武汉纺织大学学报. 2012(06)
[6]电液泵发展现状与关键技术综述[J]. 付永领,李祝锋,安高成,张猛,齐海涛,薛晶.  机床与液压. 2012(01)
[7]两同轴旋转柱体间隙区域上流体流动的数值模拟[J]. 刘浩.  西北师范大学学报(自然科学版). 2009(05)
[8]中等半径比内轴高旋圆柱间湍流场的大涡模拟[J]. 袁艳平,吉洪湖,王健,高久好.  润滑与密封. 2007(02)
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[10]浅论屏蔽式异步电动机的设计特点[J]. 马德鑫,上官继明.  电机技术. 2001(01)

硕士论文
[1]针对泰勒涡在核主泵应用中的现象研究[D]. 钱文韬.上海交通大学 2013
[2]泰勒库特流数值模拟方法的研究[D]. 吴波.华中科技大学 2012
[3]粘弹性流体Taylor-Couette流动不稳定现象研究[D]. 阳倦成.哈尔滨工业大学 2010



本文编号：3728216