本文關(guān)鍵詞：軸對稱流動與傳熱耦合問題的近似解析和高精度數(shù)值研究

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【摘要】：在流動和傳熱問題中,流體物性尤其是粘度會隨溫度變化,非牛頓流體的表觀粘度還受剪切速率影響,引起流場分布不同程度的變化,使速度場和溫度場內(nèi)在關(guān)聯(lián)變得復雜,也為相應數(shù)理模型的求解帶來挑戰(zhàn)。因此,綜合傳熱學、流體力學和應用數(shù)學交叉領域的研究進展,對變物性流體在對流傳熱過程中的動量和能量傳遞規(guī)律進行研究是非常有必要的。 本文系統(tǒng)分析加速/減速豎直延伸圓柱外、旋轉(zhuǎn)豎直錐體外、同心環(huán)形管道內(nèi)等多種幾何條件下的軸對稱層流流動和傳熱耦合問題。針對牛頓流體和冪律型非牛頓流體的粘度、熱導率、冪律指數(shù)等物性參數(shù)隨溫度變化的特性,本文采用不同的變物性模型,更準確地描述流場和溫度場之間的相互作用,通過建立描述這一類軸對稱對流傳熱問題的數(shù)理模型,得到相應的非線性偏微分控制方程組和定解條件。 在上述非線性偏微分控制方程組和定解條件中,由于變物性模型、溫度差引發(fā)的浮升力和冪律流體的冪律型本構(gòu)關(guān)系等因素的存在,使得方程組中存在著高維/高階/高次、耦合、變系數(shù)項、強非線性項、非規(guī)則區(qū)域等情況,增加了問題求解的難度,更難以推導出它們的精確解析解,為此本文從以下兩方面尋求快速、精確和廣泛適用的近似解析方法和數(shù)值算法： (1)基于傳統(tǒng)同倫分析法在求解不同非線性問題時出現(xiàn)的特點,提出了三維收斂曲面的概念,更直觀地判斷級數(shù)解的收斂區(qū)域；利用雙參數(shù)同倫分析方法結(jié)合平方余量殘差函數(shù)選取最優(yōu)收斂控制參數(shù)值,有效地減少迭代次數(shù),加快收斂速度； (2)針對譜方法難以求解非規(guī)則區(qū)域問題和計算量大的缺點,選取合適的映射法處理復雜區(qū)域,使用快速Fourier變換來大大減少計算量,并用虛擬解法進行精度測試和誤差估計,驗證譜方法的指數(shù)階收斂性。 本文得到了以上問題的近似解析解和高精度數(shù)值解,并討論了各變物性參數(shù)、浮升力和磁場等作用對流體流動傳熱現(xiàn)象的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),相比于常粘度系數(shù)流體,當流體粘度系數(shù)隨溫度升高而降低時,其流變特性在近壁區(qū)變化尤為明顯,視不同的流動條件,傳熱可以被加強,也可以被削弱；而流體的粘溫特性,即粘度受溫度影響的敏感度對傳熱過程也有重要的影響。
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TK124

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 董賢勇;李兆敏;周陰國;劉金榮;;冪律流體環(huán)空流動的速度場與溫度場耦合計算[J];石油礦場機械;2011年04期

2 李陽;張凱;王亞洲;王琳娜;;稠油油井冪律流體流動視黏度模型[J];石油勘探與開發(fā);2007年05期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 黃善波;聚驅(qū)井采出液流動規(guī)律研究與應用[D];中國石油大學;2007年

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本文編號：1156106