圓管廣義過渡區(qū)流態(tài)的實(shí)驗(yàn)和DNS研究.pdf

1、層流、湍流和過渡區(qū)流態(tài)描述了流體三種不同的流動(dòng)狀態(tài)。在流動(dòng)機(jī)理尚不明朗的今天，廣義過渡區(qū)流動(dòng)特性研究對于進(jìn)一步揭示流動(dòng)和轉(zhuǎn)捩的機(jī)理，以及增強(qiáng)人們對流體力學(xué)的認(rèn)識有重要的理論意義。從實(shí)際生產(chǎn)和生活角度講，掌握廣義過渡區(qū)流體流動(dòng)規(guī)律是保證熱工儀表精密工作的前提，因此，研究過渡區(qū)的流動(dòng)規(guī)律也具有非常重要的工程意義。從超聲波流量計(jì)工作原理上講，超聲波流量計(jì)的計(jì)量精度決定于圓管面．線平均速度關(guān)系（k系數(shù)）。本文采用實(shí)驗(yàn)和直接數(shù)值模擬(DNS)的方

2、法，對常見的兩種不同結(jié)構(gòu)的超聲波流量計(jì)內(nèi)部水流特性進(jìn)行了研究，并給出了相關(guān)規(guī)律。具體有:
　　 建立了圓管內(nèi)DNS計(jì)算方法，對圓管內(nèi)雷諾數(shù)為5300的流動(dòng)進(jìn)行了計(jì)算，并將DNS計(jì)算的結(jié)果和已有LES模型計(jì)算的結(jié)果以及經(jīng)典實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比，對比發(fā)現(xiàn):在此雷諾數(shù)下，DNS結(jié)果優(yōu)于LES計(jì)算結(jié)果。而對于雷諾數(shù)低于5300的流動(dòng)，LES模型已不太適用該區(qū)間的計(jì)算，此時(shí)DNS體現(xiàn)了更大的優(yōu)越性。
　　 采用DNS的方法計(jì)算了Re=36

3、00，4000，7000，12000等雷諾數(shù)下圓管內(nèi)的流動(dòng)工況，并使用統(tǒng)計(jì)時(shí)均值計(jì)算自定義的k系數(shù)。針對某一入射角度，給出了以PIV實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基準(zhǔn)而計(jì)算得到的相對偏差，發(fā)現(xiàn)DNS計(jì)算結(jié)果與PIV實(shí)驗(yàn)的結(jié)果偏差很小。
　　 利用PIV系統(tǒng)，在DN40透明有機(jī)玻璃圓管中對廣義過渡區(qū)流動(dòng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。在Re為5300左右，本文PIV實(shí)驗(yàn)結(jié)果與經(jīng)典實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合，并且在2000≤Re≤2400范圍內(nèi)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和層流流動(dòng)的理論解相近。隨著