同轴旋转圆台间流体流动的实验研究

发布时间：2022-05-06 21:11

　　同轴旋转圆台是对于经典同轴旋转圆柱问题的扩展研究。由于同轴旋转圆台离心力随着半径变化,使得其环隙内流场具有复杂的三维性。本文采用染色液显示实验和PIV粒子图像测试实验对同轴旋转圆台间流体流动进行定性与定量分析,探讨在正置圆台和倒置圆台两种装置下,不同内筒转速和间隙宽度对环隙内流体流动的影响,对同轴旋转圆台环隙内流体的螺旋涡周期性变化规律、速度和涡量变化、螺旋涡涡心运动周期、时均流场分布和雷诺应力的分布等进行深入分析研究。实验结果表明:正置圆台与倒置圆台的螺旋涡周期性变化规律不一样,正置圆台环隙内反涡占据主导,首涡位置固定不变,第二个涡会发生周期性变化,在其下方随着周期往复会不断产生新涡对,而后环隙内的涡对都会逐渐向上运动;而倒置圆台环隙内正涡占据主导,由首涡发生周期性变化,在其上方随着周期往复会不断产生新涡对,涡对会逐渐向下运动。正置圆台与倒置圆台在径向速度和涡量分布、涡运动周期时间变化规律和雷诺应力分布存在相似点。其间隙内流体的径向速度和涡量随着高度呈现规律性地正负交替变化,径向速度正负交替变化便在环隙内形成正反交替的涡对,径向速度为零则对应着涡量的极值点,同时涡量为零也对应于径向速... 

【文章页数】：117 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
符号说明
第一章 绪论
    1.1 研究意义
    1.2 国内外研究概况
        1.2.1 同轴旋转圆柱的研究概况
        1.2.2 同轴旋转圆台的研究概况
    1.3 本文研究内容
第二章 实验设备与实验方法
    2.1 实验设备
    2.2 粒子成像测速技术
    2.3 实验方法
    2.4 本章小结
第三章 染色液流动显示实验
    3.1 实验方法和参数
    3.2 涡管变化过程
    3.3 正置圆台螺旋涡周期性变化规律
        3.3.1 内筒转速的影响
        3.3.2 间隙宽度的影响
    3.4 倒置圆台螺旋涡周期性变化规律
        3.4.1 内筒转速的影响
        3.4.2 间隙宽度的影响
    3.5 本章小结
第四章 PIV实验分析
    4.1 PIV实验方法
    4.2 螺旋涡的速度和涡量分布
        4.2.1 子午面上的涡量图
        4.2.2 正置圆台下中轴线上的速度分布
        4.2.3 倒置圆台下中轴线上的速度分布
    4.3 螺旋涡涡心运动周期分析
        4.3.1 正置圆台下内筒转速的影响
        4.3.2 正置圆台下间隙宽度的影响
        4.3.3 正置圆台下涡运动周期统计分析
        4.3.4 倒置圆台下内筒转速的影响
        4.3.5 倒置圆台下间隙宽度的影响
        4.3.6 倒置圆台下涡运动周期统计分析
    4.4 时均流场的分析
        4.4.1 正置圆台下内筒转速的影响
        4.4.2 正置圆台下间隙宽度的影响
        4.4.3 倒置圆台下内筒转速的影响
        4.4.4 倒置圆台下间隙宽度的影响
    4.5 雷诺应力分布
        4.5.1 正置圆台下内筒转速的影响
        4.5.2 正置圆台下间隙宽度的影响
        4.5.3 正置圆台下中轴线上雷诺应力分布
        4.5.4 倒置圆台下内筒转速的影响
        4.5.5 倒置圆台下间隙宽度的影响
        4.5.6 倒置圆台下中轴线上雷诺应力分布
    4.6 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Taylor-Couette流场特性的PIV测量及数值模拟[J]. 冯俊杰,毛玉红,叶强,刘任泓,常青.  实验流体力学. 2016(02)
[2]不同半径比Taylor-Couette湍流的直接数值模拟研究[J]. 杜珩,阙夏,刘难生.  中国科学技术大学学报. 2014(09)
[3]非平行间隙同轴圆台泰勒涡的产生和演变[J]. 李华鹏,许兰喜.  北京化工大学学报(自然科学版). 2013(S1)
[4]Taylor-Couette流场数值模拟及絮凝效果研究[J]. 韩晓婷,常青,毛玉红,曾立云.  环境科学学报. 2013(06)
[5]旋转液膜反应器内流动机理研究[J]. 张晶晶,张艺晓,许兰喜.  北京化工大学学报(自然科学版). 2013(02)
[6]同轴旋转圆筒间Taylor-Couette流场的PIV测量实例[J]. 毛玉红,曾立云,常青.  兰州交通大学学报. 2011(06)
[7]Taylor-Couette流的DSMC数值模拟[J]. 何小英,贺碧蛟,蔡国飙.  北京航空航天大学学报. 2010(03)
[8]同轴旋转圆台间定态解的不存在性[J]. 文普,许兰喜.  北京化工大学学报(自然科学版). 2009(03)
[9]Taylor-Couette流与旋转圆柱轴间流体膜润滑与密封[J]. 袁艳平,吉洪湖,高久好,杜雁霞.  润滑与密封. 2006(09)
[10]泰勒反应器中流体流动及停留时间分布研究[J]. 陈国南,李广赞,王嘉骏,冯连芳,顾雪萍,贾志刚.  化学工程. 2005(06)

博士论文
[1]流场涡形态对混凝效果的影响研究[D]. 毛玉红.兰州交通大学 2017
[2]旋转液膜反应器内流场的研究[D]. 李雪.北京化工大学 2014

硕士论文
[1]非平行间隙同轴旋转圆台间流体流动的数值模拟和理论分析[D]. 李华鹏.北京化工大学 2014
[2]Taylor-Couette湍流的直接数值模拟研究[D]. 杜珩.中国科学技术大学 2014
[3]旋转液膜反应器内流体流动的动力学研究[D]. 张晶晶.北京化工大学 2013
[4]同轴旋转圆台间流体流动的动力学研究[D]. 张艺晓.北京化工大学 2012
[5]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
[6]同轴旋转圆台间流体流动的理论研究和数值模拟[D]. 文普.北京化工大学 2010
[7]PIV测试中示踪粒子性能的研究[D]. 赵宇.大连理工大学 2004



本文编号：3651223