本文采用數(shù)值模擬與PIV測量兩種研究方法,對同一幾何結(jié)構(gòu)的Taylor-Couette流場進(jìn)行測量和研究分析,采用渦旋強(qiáng)度法對PIV測量和數(shù)值模擬所獲得流場中的渦旋結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行識別,對比分析了兩種方法得到的流場特征信息,論證了采用數(shù)值模擬探索Taylor-Couette流場的可行性和準(zhǔn)確性。同時,本文在控制旋轉(zhuǎn)雷諾數(shù)相同的條件下,分別模擬了不同半徑比和間隙寬度的Taylor-Couette渦發(fā)生器產(chǎn)生的流場,探索半徑比和間隙寬度對環(huán)隙中流場的形態(tài)特征和各特征線上的角動量、各向速度、湍動能、脈動速度梯度等的影響情況,并探究了各流場特征參數(shù)隨半徑比和間隙寬度的變化規(guī)律,以進(jìn)一步探討相關(guān)流動機(jī)制,為合理有效的利用泰勒渦進(jìn)行后續(xù)的渦絮凝動力學(xué)研究提供參考。通過不同半徑比下流場形態(tài)分析發(fā)現(xiàn),隨著半徑比的逐漸增加,渦的長度逐漸拉長,而渦的寬度受限于邊界條件的影響,在適當(dāng)雷諾數(shù)下會隨著雷諾數(shù)增加而變大,超過一定雷諾數(shù)后,其變化不大,同時渦的數(shù)量也在逐漸減少;不同半徑比下Taylor-couette流場的湍動能、渦量、速度梯度分布情況相似,它們的等值線云圖形狀均類似一個連續(xù)的渦旋結(jié)構(gòu),渦對內(nèi)湍動能、渦...

【文章頁數(shù)】：109 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題的背景、研究目的與意義
        1.1.1 本文主要研究背景
        1.1.2 本文主要研究目的意義
    1.2 Taylor-couette流場研究動態(tài)、水平
        1.2.1 Taylor-couette流場形態(tài)
        1.2.2 Taylor-couette流場數(shù)值模擬與PIV測量的應(yīng)用
        1.2.3 Taylor-couette流場在混凝領(lǐng)域的應(yīng)用與研究
    1.3 本文的主要研究內(nèi)容
2 相關(guān)基礎(chǔ)理論
    2.1 CFD數(shù)值模擬理論基礎(chǔ)
        2.1.1 CFD控制方程
        2.1.2 湍流模型的選擇
    2.2 流場的特征參數(shù)
        2.2.1 速度
        2.2.2 角動量
        2.2.3 湍動能和湍動能耗散
        2.2.4 脈動速度梯度
3 實(shí)驗(yàn)裝置與分析方法
    3.1 參照物模型的構(gòu)建
    3.2 PIV測量系統(tǒng)
    3.3 數(shù)值模擬與分析方法
        3.3.1 網(wǎng)格模型的建立
        3.3.2 Fluent數(shù)值模擬
    3.4 渦流場表征與分析方法
        3.4.1 渦流場的表征與特征值的提取
        3.4.2 參數(shù)誤差分析方法
        3.4.3 參數(shù)增長率分析方法
    3.5 渦識別方法
4 數(shù)值模擬與PIV流場測量對比驗(yàn)證
    4.1 PIV與數(shù)值模擬速度平均值對比分析
        4.1.1 各旋轉(zhuǎn)雷諾數(shù)下特征線上各點(diǎn)速度平均值對比分析
        4.1.2 數(shù)值模擬改進(jìn)效果評價(jià)
    4.2 PIV與數(shù)值模擬渦識別對比分析
        4.2.1 各旋轉(zhuǎn)雷諾數(shù)下PIV與NS渦識別結(jié)果對比分析
        4.2.2 數(shù)值模擬改進(jìn)效果評價(jià)
    4.3 PIV與數(shù)值模擬渦量對比分析
        4.3.1 各旋轉(zhuǎn)雷諾數(shù)下渦量對比分析
        4.3.2 數(shù)值模擬改進(jìn)效果評價(jià)
    4.4 本章小結(jié)
5 不同半徑比Taylor-Couette流場特征研究
    5.1 流場形態(tài)
    5.2 各特征線上的速度對比
        5.2.1 各徑線切向速度對比
        5.2.2 各條徑線徑向速度對比
        5.2.3 各條徑線軸向速度對比
        5.2.4 中軸線上各向速度對比分析
        5.2.5 本節(jié)小結(jié)
    5.3 各特征線上角動量對比分析
    5.4 各特征線上湍動能對比分析
        5.4.1 各條徑線湍動能對比
        5.4.2 中軸線湍動能對比分析
    5.5 各特征線上脈動速度梯度對比分析
        5.5.1 各條徑線脈動速度梯度對比分析
        5.5.2 中軸線脈動速度梯度對比分析
    5.6 流場綜合對比分析
    5.7 流場理論分析
        5.7.1 規(guī)律的總結(jié)與驗(yàn)證
        5.7.2 角動量的公式推導(dǎo)
    5.8 本章小結(jié)
6 相同半徑比的Taylor-couette流場特性研究
    6.1 流場形態(tài)
    6.2 各特征線上速度對比分析
        6.2.1 各特征徑線切向速度對比分析
        6.2.2 各特征徑線徑向速度對比分析
        6.2.3 各特征徑線上軸向速度對比分析
        6.2.4 中軸線各向速度對比分析
        6.2.5 本節(jié)小結(jié)
    6.3 各特征徑線上角動量對比分析
    6.4 各特征線湍動能對比分析
        6.4.1 各特征徑線湍動能對比分析
        6.4.2 中軸線上湍動能對比分析
    6.5 各特征線脈動速度梯度對比分析
        6.5.1 各特征徑線脈動速度梯度對比分析
        6.5.2 中軸線上脈動速度梯度對比分析
    6.6 流場理論分析
    6.7 本章小結(jié)
7 總結(jié)與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 研究展望
致謝
攻讀學(xué)位期間的研究成果
參考文獻(xiàn)



本文編號：3788345