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国家自然科学基金(10972176): 作品数：22 被引量：101H指数：8; 相关作者：王元金文张鸿雁张洋何文博更多>>; 相关机构：西安交通大学西安建筑科技大学西安航空技术高等专科学校更多>>; 发文基金：国家自然科学基金新疆维吾尔自治区科技攻关项目陕西省教育厅科研计划项目更多>>; 相关领域：理学农业科学环境科学与工程建筑科学更多>>

方截面直微通道内低雷诺数流动分析被引量：2: 2011年; 为了研究植物水分通道导管内流等雷诺数小于1的微通道内流流场特性,采用Micro-PIV试验测量技术和Fluent软件,通过设置合适的多孔介质区域厚度与动量源项,建立多孔介质模型模拟壁面粗糙元影响的数值模拟方法,在雷诺数分别为0.15,0.25和0.35时,对断面尺寸为400μm×400μm的方截面直微通道内流流场进行研究,并将试验与数值模拟结果与直接对控制方程解析求解所得的解析解进行比较.结果表明:微尺度通道往往具有壁面相对粗糙度高的特性,该特性对通道内流场分布造成的影响,在雷诺数很低的情况下,仍然不可忽视.解析解是针对常规尺度通道推出的,未考虑微通道较高的相对粗糙度对流场的影响,虽然其流场速度廓线的变化趋势与试验值相近,但其值在距离流道中心小于0.04 mm的主流区小于试验值,而在距离流道中心大于0.04 mm的近壁区大于试验值.采用多孔介质模拟壁面粗糙元则可以有效地实现对方截面直微通道低雷诺数内流的模拟,试验值所得数据点与模拟值所成曲线重合.; 何文博王元龚霄雁金文; 关键词：低雷诺数微通道 MICRO-PIV 多孔介质模型

风沙流中沙粒相浓度的高频测量被引量：8: 2010年; 在大气边界层风洞内采用高速CMOS相机记录了定常来流条件下运动沙粒的图像。根据二进制图像标记像素的连通性,从数字图像中提取相机拍摄区域内沙粒的数量N,由此计算得到风沙流的瞬时含沙量q。获取图像的同时,使用恒温式热线风速仪MiniCTA配合55R49热膜探头测量观测域上方主流位置和跃移层顶部附近的风速变化。实验结果表明,即使在定常风速下,瞬时含沙量也是非稳定的,为了真实的记录瞬时含沙量的变化,测量频率至少需要在100Hz以上。定常风速下,高浓度风沙流含沙量的最大波动幅度可达到其时均值的50%以上;而当定常来流风速值在沙粒起动风速附近时,低浓度风沙流的含沙量具有明显的间歇性。; 杨斌王元刘江张洋; 关键词：风沙流含沙量高速摄影起动风速

结合双向法则的松弛迭代粒子追踪测速法被引量：5: 2010年; 在分析基于松弛迭代的粒子追踪测速法(relaxation method based particle tracking veloci metry,简称RMPTV)原理基础上指出其计算"孤粒子无匹配"的缺陷,并提出解决此问题的双向法则。对若干自定义流场图像对中第二帧图像实施点抹除和点添加来分别模拟"粒子无匹配"和噪音点,分别运用单向及包含双向法则的RM-PTV计算其粒子匹配,通过对匹配准确率η的分析发现:单向RM-PTV抗噪能力较强,但受"孤粒子无匹配"影响严重;而双向RM-PTV则能在保持单向算法的优点下准确地计算孤粒子无匹配问题。以空间率Pv=21.845的旋转流场为例:尽管噪音百分比μa的变化对准确率η无甚影响,但无匹配孤粒子百分比μd达到30%时,单向算法准确率降至80%左右;而采用双向算法,即使μa、μd值均为30%,η仍保持在95%。最后通过对标准自定义流场图像的粒子匹配计算再次验证了双向法则去除伪逻辑匹配的可靠性。; 张洋王元李志强

微灌滴头平角齿形微通道流动实验研究被引量：10: 2010年; 采用Micro-PIV技术,以边长800μm方形截面平角齿形微灌滴头内流微通道为对象,对微通道内流体运动进行了测量。实验使用10x显微物镜、14位灰阶PCO1600相机、3μm荧光示踪粒子和仅允许610nm红光透过的滤光镜相配合、获取了清晰的粒子图像,解决了相机与PIV系统的匹配问题,提高了图像信噪比。在图像处理中使用多次测量取平均的方法消除示踪粒子的布朗运动影响,运用系综互相关算法获取流场速度分布和流线图。实验发现微通道内各齿间流动结构基本一致,即通道内流充分发展后是一种周期性流动;通道顶角和转角内侧存在低速涡旋区,其涡旋结构和尺度随时间和Re变化而变化;颗粒在低速涡旋区易发生沉积,是造成堵塞的主要原因。; 金文张鸿雁何文博

灌水器内流道流场Micro-PIV试验分析被引量：22: 2010年; 采用Micro-PIV测量技术,在雷诺数Re=200情况下分别对方形截面平角和圆角齿形结构微尺度通道内流流体运动进行测量并加以比较,寻找灌水器内流流动规律和流道堵塞机理。试验使用10倍显微物镜、14位灰阶PCO.1600相机、3?m荧光示踪粒子和仅允许610nm红光透过的滤光镜相配合获取清晰的粒子图像,通过图像处理技术得到高分辨率的流场速度矢量分布图和流线图。试验发现各类微通道齿间内流充分发展后是一种重复性流动,平角微通道顶角和转角内侧存在低速涡旋区,圆角微通道只在转角内侧出现回流,颗粒在低速涡旋区易发生沉积,是造成堵塞的主要原因。若缩小断面尺寸则低速回流区范围有所扩大,顶角转向处出现回流趋势,对防堵不利。; 金文张鸿雁; 关键词：流场 MICRO-PIV 灌水器微通道

微灌滴头内流Micro-PIV测量及流道结构优化研究被引量：2: 2011年; 以600 m方形断面锯齿形微灌滴头为研究对象,利用Micro-PIV技术测量了滴头流道内流流场。实验平台通过显微装置、滤光技术以及采用高像素、高灰阶CCD相机进行升级,得到了详细的微通道内流流场分布信息,针对流场中存在的低速回流区进行了局部放大测量,从测量得到的速度矢量图和流线图中发现,齿尖部位存在大小不等、方向相反的2个叠加涡,下部的大涡相对稳定,上部的小涡流速更低。在此基础上,尝试采用多孔介质模拟壁面粗糙元,配合realizablek-ε模型对锯齿形滴头内流进行数值模拟,依据实验结果验证了该数值方法适用于复杂结构微通道内流流场计算,并且数值分析了锯齿形滴头的水力性能和防堵性能,进一步提出流道结构的抗堵性优化设计并进行数值计算,数值结果证实优化流道结构在抗堵和水力性能方面均得以提高。; 金文张鸿雁何文博; 关键词：MICRO-PIV 数值模拟水力性能

基于CFD的空间场温度系统建模与控制被引量：8: 2012年; 针对流体分布参数控制系统难以进行建模和控制的问题,提出一种基于计算流体动力学(CFD)的仿真与控制新方法.该方法利用CFD对被控对象进行数值模拟,为系统辨识和控制提供全场时空信息;将参数估计和控制算法嵌入CFD数值计算中,分别实现基于CFD的系统建模和闭环控制.以环境模拟实验室空间场温度控制为例,以Fluent作为CFD仿真平台,利用用户自定义函数(UDF)实现带遗忘因子的递推最小二乘算法和PI控制算法,进行该方法有效性验证.结果显示,该方法能够获得分布参数系统模型,可实现对系统的有效控制.; 孟庆龙王元; 关键词：系统辨识用户自定义函数环境模拟

灌水器流道结构对水力性能影响的数值分析被引量：10: 2012年; 采用计算软件Fluent,通过将壁面粗糙元抽象为多孔介质的微尺度效应处理方法进行建模,选用realizable k-ε模型,对3种齿形流道的灌水器内流进行数值研究。利用Micro-PIV试验测量结果验证了该模拟方法的可靠性,在多种流动条件下对3种齿形结构灌水器进行数值计算,并进行抗堵性能和水力性能分析。抗堵性分析表明,3种齿形流道在转角内侧都存在回流区,由于其侧均为高速主流而使颗粒沉积缓慢;尖角齿形流道的尖角部位,大部分区域由于具有一定的紊流强度也不易沉积杂质,只有其齿尖和平角齿形流道的左顶角部位易产生颗粒沉积。在水力性能分析中,通过对压力降和流态指数的比较表明,尖角齿形的灌水器在控制和稳定出流方面具有优势。; 金文张鸿雁何文博; 关键词：灌水器数值模拟 MICRO-PIV 多孔介质

风沙流中近床面沙粒三维运动的LES-DEM分析被引量：5: 2011年; 采用自行开发的大涡模拟(Large-Eddy Simulation,LES)和离散单元法(Discrete Element Method,DEM)耦合的数值计算程序,对风沙气固两相三维运动进行了数值模拟。对近床面沙粒的起跳速度、起跳角、入射速度和入射角的概率分布,以及沙粒展向速度的分布做出统计分析。结果显示:本文所建立两相耦合数值模型,能够复现风沙输移中散体沙粒的运动特征;入射速度和起跳速度服从对数正态分布,并随着来流平均风速增大,概率分布呈现集中趋势;入射角、起跳角分别集中在10°和15°左右,表明沙粒动能向垂直方向转移的趋势;沙粒的展向速度的随来流风速增大而更加显著。; 李志强王元王丽张洋; 关键词：大涡模拟离散元风沙运动

利用动网格技术对日光模拟器动态辐照特性的研究被引量：2: 2013年; 利用动网格技术实现日光模拟器的动态运动模拟,对不同工况下模拟器的动态辐照特性进行研究。利用动网格模型中的动态铺层算法来实现网格的更新,通过用户自定义函数UDF定义模拟器的周期性升降运动。通过数值计算得到辐照度变化的详尽动态信息,并与实验数据进行对比分析。结果显示,模拟器高度和光源数量是影响辐照度的主要因素。模拟器距地面高度与地面辐照度呈线性关系,辐照不均匀性随高度降低而变小;各工况下辐照度满足叠加性;典型点的动态辐照度数值结果与实验结果基本吻合,验证了该动网格数值模型的可靠性。该模型可用于其他多种工况的研究,为实现太阳辐射的日变化模拟提供预测数据参考。; 孟庆龙王元; 关键词：计算流体动力学动网格

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