《粘彈性流體格線湍流減阻機理及多尺度動力學特性研究》是依託哈爾濱工業大學，由蔡偉華擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：粘彈性流體格線湍流減阻機理及多尺度動力學特性研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：蔡偉華
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目旨在研究有湍流減阻效應的粘彈性流體格線湍流減阻機理及多尺度動力學特性。首先，建立雙振盪格線湍流實驗系統；利用先進流動測試技術（二維粒子成像測速儀和二維雷射都卜勒測速儀）獲得不同參數下（改變溶液濃度和格線振盪頻率）牛頓流體和粘彈性流體雙振盪格線湍流速度信息，分析流體粘彈性的存在對格線湍流結構特性和統計特性的影響以及不同粘彈性流體（高分子聚合物和表面活性劑溶液）格線湍流特性的異同點；其次，建立合理外力場施加方式，實現粘彈性流體雙振盪格線湍流直接數值模擬，分析粘彈性流體分子變形場特性、粘彈性流體分子微觀結構與多尺度湍流旋渦結構的相互作用，探索粘彈性流體彈性應力與大渦數值模擬亞格子應力之間的內在關係。最後，基於格線湍流實驗與直接數值模擬結果，揭示其流動減阻機理。本項目研究成果將為粘彈性流體湍流減阻技術在實際工程中的套用提供重要指導意義，且為減阻流動大渦數值模擬亞格子應力模型的建立奠定基礎。
結題摘要
粘彈性流體流體在管路、槽道和邊界層等具有壁面效應的流動中具有很好的減阻效果，已被眾多學著所研究。本項目創新性地提出了把粘彈性流體和各向同性湍流相結合的思想，研究無壁面湍流流動中的減阻特性、機理及多尺度動力特性。在本項目執行過程中，提出了雙振盪格線湍流的設計思想，並成功搭建了實驗系統，採用高聚物和表面活性劑這兩種典型的粘彈性流體作為實驗對象，基於PIV技術開展了高聚物和表面活性劑在不同格線振盪頻率和不同濃度下的速度場測量，建立了豐富的粘彈性流體雙振盪格線湍流資料庫；採用本徵正交分解方法和小波分析方法對流體粘彈性的存在對雙振盪格線湍流流動特性影響進行了深入分析，並研究無壁面效應下的減阻機理。 開展粘彈性流體各向同性湍流直接數值模擬，結果表明粘彈性流體將極大地改變了流動中渦結構、擬渦能、變形能以及小尺度間歇性等；發現在小波數和中等波數處粘彈性流體分子微觀結構從湍流結構中吸收湍動能，將該部分能量轉換為粘彈性流體的彈性能及彈性耗散；但在大波數處能量從粘彈性流體分子微觀結構傳遞給小尺度流動結構，導致在大波數處出現了湍動能增大的現象。此外，本項目創新性地提出耦合空間過濾和時間過濾的新型亞格子模型，結果表明MCT亞格子模型可以預測粘彈性效應對湍流流動特性的影響，以期獲得高雷諾數下的粘彈性流體流動特性和減阻機理。本項目的研究成果為粘彈性流體壁流動中的減阻特性和機理提供更深層次的認識，同時為今後高雷諾數下減阻流動亞格子模型建立奠定基礎；本項目所提出的新型亞格子模型將為學術研究和工程套用中的大渦數值模擬提供參考和依據。 在本國家自然科學基金項目的資助下，發表學術論文11篇，其中SCI論文4篇、EI論文3篇、ISTP論文2篇；授權國家發明專利2項；參加國際學術會議7人次、國內相關學術會議5人次，聘請國內專家交流講學1人次；培養博士生2名（其中已畢業並獲博士學位1名，另外1 名為在讀博士生）、碩士生2名（已獲碩士學位），本科生1名（已獲學士學位）。
