本文采用高精度譜方法直接數(shù)值模擬(DNS)研究了具有超疏水性旋轉(zhuǎn)內(nèi)壁的Taylor-Couette(TC)湍流減阻和粘彈性TC流動(dòng)轉(zhuǎn)捩問(wèn)題。主要工作及研究成果如下:(1)在具有超疏水旋轉(zhuǎn)內(nèi)壁的TC湍流減阻問(wèn)題研究中,重點(diǎn)考察了超疏水性壁面對(duì)湍流統(tǒng)計(jì)量的影響,以及其減阻特征和機(jī)理�；�于不同雷諾數(shù)Re下的計(jì)算結(jié)果,發(fā)現(xiàn)無(wú)量綱的扭矩滿足預(yù)測(cè)的尺度律,并驗(yàn)證了修正的普朗特-馮卡門(mén)摩擦律適用于TC流動(dòng)的假設(shè),且在數(shù)值上驗(yàn)證修正的摩擦律。此外,重現(xiàn)了無(wú)量綱滑移長(zhǎng)度的尺度律b+～Re1/2,發(fā)現(xiàn)超疏水表面誘導(dǎo)的減阻率隨著雷諾數(shù)Re的增加持續(xù)增大,Re= 50000時(shí),減阻效率達(dá)到7.3%。超疏水TC湍流中產(chǎn)生的減阻效應(yīng)主要源于以下流動(dòng)變化:在除粘性底層以外的區(qū)域,超疏水性壁面抑制了流向渦,進(jìn)而導(dǎo)致雷諾應(yīng)力的減弱;在粘性底層,內(nèi)壁超疏水性引入了滑移速度,引起平均流的剪切作用減弱以及內(nèi)壁面上流體速度減小,進(jìn)而導(dǎo)致粘性應(yīng)力減小。隨著雷諾數(shù)增加,這兩種抑制作用不斷增強(qiáng),進(jìn)而導(dǎo)致減阻效率的增加。(2)研究了粘彈性TC流動(dòng)的轉(zhuǎn)捩問(wèn)題。通過(guò)以下三種方式考察了流體慣性和彈性效應(yīng)相對(duì)強(qiáng)弱的變化對(duì)TC流動(dòng)轉(zhuǎn)捩的影響:1)...

【文章頁(yè)數(shù)】：73 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 Taylor-Couette流動(dòng)的研究背景
    1.2 湍流的研究
    1.3 超疏水表面
    1.4 粘彈性流體
        1.4.1 粘彈性流體的簡(jiǎn)介
        1.4.2 粘彈性流體本構(gòu)模型
    1.5 本文的主要工作
第二章 數(shù)值計(jì)算方法
    2.1 偽譜方法
    2.2 控制方程
    2.3 數(shù)值方法
        2.3.1 牛頓流體TC流動(dòng)的數(shù)值方法
        2.3.2 粘彈性流體TC流動(dòng)的數(shù)值方法
第三章 具有超疏水性旋轉(zhuǎn)內(nèi)壁的Taylor-Couette湍流減阻研究
    3.1 引言
    3.2 物理問(wèn)題描述與計(jì)算參數(shù)
    3.3 計(jì)算結(jié)果與討論
        3.3.1 流場(chǎng)結(jié)構(gòu)特征
        3.3.2 湍流統(tǒng)計(jì)量
        3.3.3 超疏水表面減阻
    3.4 本章小結(jié)
第四章 粘彈性效應(yīng)作用下Taylor-Couette流動(dòng)轉(zhuǎn)捩的研究
    4.1 引言
    4.2 物理問(wèn)題描述與計(jì)算參數(shù)
    4.3 計(jì)算結(jié)果及討論
        4.3.1 保持We、增大Re的流動(dòng)轉(zhuǎn)捩
        4.3.2 保持E、增大Re的流動(dòng)轉(zhuǎn)捩
        4.3.3 保持Re、增大We的流動(dòng)轉(zhuǎn)捩
        4.3.4 粘彈性TC流動(dòng)轉(zhuǎn)捩的多態(tài)現(xiàn)象
    4.4 本章小結(jié)
第五章 工作總結(jié)和研究展望
    5.1 工作總結(jié)
    5.2 研究展望
參考文獻(xiàn)
總結(jié)和致謝



本文編號(hào)：4040495