Taylor-Couette流场数值模拟及数学理论分析
发布时间：2023-04-10 04:40
本文采用数值模拟与PIV测量两种研究方法,对同一几何结构的Taylor-Couette流场进行测量和研究分析,采用涡旋强度法对PIV测量和数值模拟所获得流场中的涡旋结构分别进行识别,对比分析了两种方法得到的流场特征信息,论证了采用数值模拟探索Taylor-Couette流场的可行性和准确性。同时,本文在控制旋转雷诺数相同的条件下,分别模拟了不同半径比和间隙宽度的Taylor-Couette涡发生器产生的流场,探索半径比和间隙宽度对环隙中流场的形态特征和各特征线上的角动量、各向速度、湍动能、脉动速度梯度等的影响情况,并探究了各流场特征参数随半径比和间隙宽度的变化规律,以进一步探讨相关流动机制,为合理有效的利用泰勒涡进行后续的涡絮凝动力学研究提供参考。通过不同半径比下流场形态分析发现,随着半径比的逐渐增加,涡的长度逐渐拉长,而涡的宽度受限于边界条件的影响,在适当雷诺数下会随着雷诺数增加而变大,超过一定雷诺数后,其变化不大,同时涡的数量也在逐渐减少;不同半径比下Taylor-couette流场的湍动能、涡量、速度梯度分布情况相似,它们的等值线云图形状均类似一个连续的涡旋结构,涡对内湍动能、涡...
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题的背景、研究目的与意义
1.1.1 本文主要研究背景
1.1.2 本文主要研究目的意义
1.2 Taylor-couette流场研究动态、水平
1.2.1 Taylor-couette流场形态
1.2.2 Taylor-couette流场数值模拟与PIV测量的应用
1.2.3 Taylor-couette流场在混凝领域的应用与研究
1.3 本文的主要研究内容
2 相关基础理论
2.1 CFD数值模拟理论基础
2.1.1 CFD控制方程
2.1.2 湍流模型的选择
2.2 流场的特征参数
2.2.1 速度
2.2.2 角动量
2.2.3 湍动能和湍动能耗散
2.2.4 脉动速度梯度
3 实验装置与分析方法
3.1 参照物模型的构建
3.2 PIV测量系统
3.3 数值模拟与分析方法
3.3.1 网格模型的建立
3.3.2 Fluent数值模拟
3.4 涡流场表征与分析方法
3.4.1 涡流场的表征与特征值的提取
3.4.2 参数误差分析方法
3.4.3 参数增长率分析方法
3.5 涡识别方法
4 数值模拟与PIV流场测量对比验证
4.1 PIV与数值模拟速度平均值对比分析
4.1.1 各旋转雷诺数下特征线上各点速度平均值对比分析
4.1.2 数值模拟改进效果评价
4.2 PIV与数值模拟涡识别对比分析
4.2.1 各旋转雷诺数下PIV与NS涡识别结果对比分析
4.2.2 数值模拟改进效果评价
4.3 PIV与数值模拟涡量对比分析
4.3.1 各旋转雷诺数下涡量对比分析
4.3.2 数值模拟改进效果评价
4.4 本章小结
5 不同半径比Taylor-Couette流场特征研究
5.1 流场形态
5.2 各特征线上的速度对比
5.2.1 各径线切向速度对比
5.2.2 各条径线径向速度对比
5.2.3 各条径线轴向速度对比
5.2.4 中轴线上各向速度对比分析
5.2.5 本节小结
5.3 各特征线上角动量对比分析
5.4 各特征线上湍动能对比分析
5.4.1 各条径线湍动能对比
5.4.2 中轴线湍动能对比分析
5.5 各特征线上脉动速度梯度对比分析
5.5.1 各条径线脉动速度梯度对比分析
5.5.2 中轴线脉动速度梯度对比分析
5.6 流场综合对比分析
5.7 流场理论分析
5.7.1 规律的总结与验证
5.7.2 角动量的公式推导
5.8 本章小结
6 相同半径比的Taylor-couette流场特性研究
6.1 流场形态
6.2 各特征线上速度对比分析
6.2.1 各特征径线切向速度对比分析
6.2.2 各特征径线径向速度对比分析
6.2.3 各特征径线上轴向速度对比分析
6.2.4 中轴线各向速度对比分析
6.2.5 本节小结
6.3 各特征径线上角动量对比分析
6.4 各特征线湍动能对比分析
6.4.1 各特征径线湍动能对比分析
6.4.2 中轴线上湍动能对比分析
6.5 各特征线脉动速度梯度对比分析
6.5.1 各特征径线脉动速度梯度对比分析
6.5.2 中轴线上脉动速度梯度对比分析
6.6 流场理论分析
6.7 本章小结
7 总结与展望
7.1 结论
7.2 研究展望
致谢
攻读学位期间的研究成果
参考文献
本文编号：3788345
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题的背景、研究目的与意义
1.1.1 本文主要研究背景
1.1.2 本文主要研究目的意义
1.2 Taylor-couette流场研究动态、水平
1.2.1 Taylor-couette流场形态
1.2.2 Taylor-couette流场数值模拟与PIV测量的应用
1.2.3 Taylor-couette流场在混凝领域的应用与研究
1.3 本文的主要研究内容
2 相关基础理论
2.1 CFD数值模拟理论基础
2.1.1 CFD控制方程
2.1.2 湍流模型的选择
2.2 流场的特征参数
2.2.1 速度
2.2.2 角动量
2.2.3 湍动能和湍动能耗散
2.2.4 脉动速度梯度
3 实验装置与分析方法
3.1 参照物模型的构建
3.2 PIV测量系统
3.3 数值模拟与分析方法
3.3.1 网格模型的建立
3.3.2 Fluent数值模拟
3.4 涡流场表征与分析方法
3.4.1 涡流场的表征与特征值的提取
3.4.2 参数误差分析方法
3.4.3 参数增长率分析方法
3.5 涡识别方法
4 数值模拟与PIV流场测量对比验证
4.1 PIV与数值模拟速度平均值对比分析
4.1.1 各旋转雷诺数下特征线上各点速度平均值对比分析
4.1.2 数值模拟改进效果评价
4.2 PIV与数值模拟涡识别对比分析
4.2.1 各旋转雷诺数下PIV与NS涡识别结果对比分析
4.2.2 数值模拟改进效果评价
4.3 PIV与数值模拟涡量对比分析
4.3.1 各旋转雷诺数下涡量对比分析
4.3.2 数值模拟改进效果评价
4.4 本章小结
5 不同半径比Taylor-Couette流场特征研究
5.1 流场形态
5.2 各特征线上的速度对比
5.2.1 各径线切向速度对比
5.2.2 各条径线径向速度对比
5.2.3 各条径线轴向速度对比
5.2.4 中轴线上各向速度对比分析
5.2.5 本节小结
5.3 各特征线上角动量对比分析
5.4 各特征线上湍动能对比分析
5.4.1 各条径线湍动能对比
5.4.2 中轴线湍动能对比分析
5.5 各特征线上脉动速度梯度对比分析
5.5.1 各条径线脉动速度梯度对比分析
5.5.2 中轴线脉动速度梯度对比分析
5.6 流场综合对比分析
5.7 流场理论分析
5.7.1 规律的总结与验证
5.7.2 角动量的公式推导
5.8 本章小结
6 相同半径比的Taylor-couette流场特性研究
6.1 流场形态
6.2 各特征线上速度对比分析
6.2.1 各特征径线切向速度对比分析
6.2.2 各特征径线径向速度对比分析
6.2.3 各特征径线上轴向速度对比分析
6.2.4 中轴线各向速度对比分析
6.2.5 本节小结
6.3 各特征径线上角动量对比分析
6.4 各特征线湍动能对比分析
6.4.1 各特征径线湍动能对比分析
6.4.2 中轴线上湍动能对比分析
6.5 各特征线脉动速度梯度对比分析
6.5.1 各特征径线脉动速度梯度对比分析
6.5.2 中轴线上脉动速度梯度对比分析
6.6 流场理论分析
6.7 本章小结
7 总结与展望
7.1 结论
7.2 研究展望
致谢
攻读学位期间的研究成果
参考文献
本文编号：3788345
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/lxlw/3788345.html
