本文采用數(shù)值模擬與PIV測(cè)量?jī)煞N研究方法,對(duì)同一幾何結(jié)構(gòu)的Taylor-Couette流場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量和研究分析,采用渦旋強(qiáng)度法對(duì)PIV測(cè)量和數(shù)值模擬所獲得流場(chǎng)中的渦旋結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行識(shí)別,對(duì)比分析了兩種方法得到的流場(chǎng)特征信息,論證了采用數(shù)值模擬探索Taylor-Couette流場(chǎng)的可行性和準(zhǔn)確性。同時(shí),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(chǎng),探索半徑比和間隙寬度對(duì)環(huán)隙中流場(chǎng)的形態(tài)特征和各特征線上的角動(dòng)量、各向速度、湍動(dòng)能、脈動(dòng)速度梯度等的影響情況,并探究了各流場(chǎng)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(dòng)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(dòng)力學(xué)研究提供參考。通過不同半徑比下流場(chǎng)形態(tài)分析發(fā)現(xiàn),隨著半徑比的逐漸增加,渦的長(zhǎng)度逐漸拉長(zhǎng),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(huì)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(shí)渦的數(shù)量也在逐漸減少;不同半徑比下Taylor-couette流場(chǎng)的湍動(dòng)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(gè)連續(xù)的渦旋結(jié)構(gòu),渦對(duì)內(nèi)湍動(dòng)能、渦...

【文章頁(yè)數(shù)】：109 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)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(chǎng)研究動(dòng)態(tài)、水平
        1.2.1 Taylor-couette流場(chǎng)形態(tài)
        1.2.2 Taylor-couette流場(chǎng)數(shù)值模擬與PIV測(cè)量的應(yīng)用
        1.2.3 Taylor-couette流場(chǎng)在混凝領(lǐng)域的應(yīng)用與研究
    1.3 本文的主要研究?jī)?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(chǎng)的特征參數(shù)
        2.2.1 速度
        2.2.2 角動(dòng)量
        2.2.3 湍動(dòng)能和湍動(dòng)能耗散
        2.2.4 脈動(dòng)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(cè)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(chǎng)表征與分析方法
        3.4.1 渦流場(chǎng)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(zhǎng)率分析方法
    3.5 渦識(shí)別方法
4 數(shù)值模擬與PIV流場(chǎng)測(cè)量對(duì)比驗(yàn)證
    4.1 PIV與數(shù)值模擬速度平均值對(duì)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(duì)比分析
        4.1.2 數(shù)值模擬改進(jìn)效果評(píng)價(jià)
    4.2 PIV與數(shù)值模擬渦識(shí)別對(duì)比分析
        4.2.1 各旋轉(zhuǎn)雷諾數(shù)下PIV與NS渦識(shí)別結(jié)果對(duì)比分析
        4.2.2 數(shù)值模擬改進(jìn)效果評(píng)價(jià)
    4.3 PIV與數(shù)值模擬渦量對(duì)比分析
        4.3.1 各旋轉(zhuǎn)雷諾數(shù)下渦量對(duì)比分析
        4.3.2 數(shù)值模擬改進(jìn)效果評(píng)價(jià)
    4.4 本章小結(jié)
5 不同半徑比Taylor-Couette流場(chǎng)特征研究
    5.1 流場(chǎng)形態(tài)
    5.2 各特征線上的速度對(duì)比
        5.2.1 各徑線切向速度對(duì)比
        5.2.2 各條徑線徑向速度對(duì)比
        5.2.3 各條徑線軸向速度對(duì)比
        5.2.4 中軸線上各向速度對(duì)比分析
        5.2.5 本節(jié)小結(jié)
    5.3 各特征線上角動(dòng)量對(duì)比分析
    5.4 各特征線上湍動(dòng)能對(duì)比分析
        5.4.1 各條徑線湍動(dòng)能對(duì)比
        5.4.2 中軸線湍動(dòng)能對(duì)比分析
    5.5 各特征線上脈動(dòng)速度梯度對(duì)比分析
        5.5.1 各條徑線脈動(dòng)速度梯度對(duì)比分析
        5.5.2 中軸線脈動(dòng)速度梯度對(duì)比分析
    5.6 流場(chǎng)綜合對(duì)比分析
    5.7 流場(chǎng)理論分析
        5.7.1 規(guī)律的總結(jié)與驗(yàn)證
        5.7.2 角動(dòng)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(chǎng)特性研究
    6.1 流場(chǎng)形態(tài)
    6.2 各特征線上速度對(duì)比分析
        6.2.1 各特征徑線切向速度對(duì)比分析
        6.2.2 各特征徑線徑向速度對(duì)比分析
        6.2.3 各特征徑線上軸向速度對(duì)比分析
        6.2.4 中軸線各向速度對(duì)比分析
        6.2.5 本節(jié)小結(jié)
    6.3 各特征徑線上角動(dòng)量對(duì)比分析
    6.4 各特征線湍動(dòng)能對(duì)比分析
        6.4.1 各特征徑線湍動(dòng)能對(duì)比分析
        6.4.2 中軸線上湍動(dòng)能對(duì)比分析
    6.5 各特征線脈動(dòng)速度梯度對(duì)比分析
        6.5.1 各特征徑線脈動(dòng)速度梯度對(duì)比分析
        6.5.2 中軸線上脈動(dòng)速度梯度對(duì)比分析
    6.6 流場(chǎng)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(hào)：3788345