基本介紹
- 中文名：過渡流
- 外文名：Transient flow
- 領域：能源化工
簡介,過渡流的相關研究,研究飛行器繞流的空氣動力學,過渡流下後向台階壁面傳熱的時均特性研究,閥控液壓管路瞬變過渡流數值分析,
簡介
過渡流是流體的一種流動狀態。
在液體流動中：當流速很小時，流體分層流動，互不混合，稱為層流，或稱為片流；逐漸增加流速，流體的流線開始出現波浪狀的擺動，擺動的頻率及振幅隨流速的增加而增加，此種流況稱為過渡流；當流速增加到很大時，流線不再清楚可辨，流場中有許多小漩渦，稱為湍流，又稱為亂流、擾流或紊流。
這種變化可以用雷諾數來量化。雷諾數較小時，黏滯力對流場的影響大於慣性力，流場中流速的擾動會因黏滯力而衰減，流體流動穩定，為層流；反之，若雷諾數較大時，慣性力對流場的影響大於黏滯力，流體流動較不穩定，流速的微小變化容易發展、增強，形成紊亂、不規則的湍流流場。
流態轉變時的雷諾數值稱為臨界雷諾數。一般管道雷諾數Re>4000為湍流狀態，Re=2100～4000為過渡狀態。
過渡流的相關研究
研究飛行器繞流的空氣動力學
在研究飛行器繞流的空氣動力學特徵時，一般把氣體稀薄程度按照Kn（Knudsen，克努森數，即氣體分子平均自由程與流動特徵長度比值）數值範圍，將太空飛行器經歷的繞流問題大致分為：連續流區（Kn<10）、過渡流區（10<Kn<10）、自由分子流區（Kn>10）。
其中，以過渡流區的氣動問題最為複雜，這一流動區域又可細分為近連續流、滑移流和稀薄過渡流。各個流動領域氣體熱力學性質及繞流狀態互不相同，在Kn數趨於零的連續流區，氣體分子間碰撞頻率相當高，氣體流動完全遵循連續介質模型理論；而對於Kn數很大的稀薄氣體自由分子流區，氣體分子相當稀少，分子間碰撞頻率很低，氣體流動只能由無碰撞或近於無碰撞的自由分子流理論控制；位於連續流與自由分子流之間的過渡區流動無論在試驗技術還是數值計算方面均是難於處理的一種流動。
過渡流下後向台階壁面傳熱的時均特性研究
為研究過渡流範圍後向台階底面的傳熱特性，建立二維非穩態後向台階流動的數值模型，數值模擬台階下游底面的時均努塞爾數隨Re數增大的發展變化情況，並結合流場中流動結構的發展變化規律對努塞爾數分布特性進行分析。結果表明，隨Re數增大，台階下游流場中間區域產生旋轉方向相反的旋渦對，主回流區下游底面和內部底面先後出現附壁旋渦；努塞爾數沿著流動方向出現主峰和次峰，主回流區下游底面的附壁旋渦促進主峰下游的努塞爾數快速增大，而主回流區內產生的附壁旋渦促進了主峰上游的努塞爾數快速增大；主峰值、次峰值隨著Re數增大而增大；兩峰位置隨著Re數增大先相向移動，然後同向移動。總之，在過渡流區域，提高Re數能夠提高底面的努塞爾數，增強底面換熱效果，當 Re 數大於 900 時，主回流區內換熱效果明顯增強。
閥控液壓管路瞬變過渡流數值分析
對於以流體作用為主要控制介質的機械結構，流體振盪衝擊對控制元件自身穩定性的影響始終是值得深入研究的問題。特別是針對航空航天領域，火箭噴嘴等姿態調整設備在非穩態條件下，越來越傾向於將部件性能利用至極限。控制元件的快速開關，不可避免地在管路形成油擊，並在管系中傳播、反射，產生持續的流動振盪，造成液壓系統密封失效，推進劑泄漏，甚至使伺服閥結構遭到破壞，功能受損，使系統失穩等。
因此，研究液壓管路油擊空間分布及壓力瞬變規律等動態特性及其影響因素，建立流體及管路系統方程，對改善系統管路設計，抑制和消除油擊對管路系統的危害，提高火箭運行可靠性具有十分重要的意義。
瞬變過渡流作為一種流體衝擊，國內外對此已展開研究，科學家Allievi以輸水管路為研究對象，最早提出著名的阿列維方程，奠定了流體衝擊分析的數學基礎。
有學者針對伺服閥控液壓管路系統內部流體振盪問題，考慮了瞬變過渡流的實際運動過程，分析了動態過程中油液壓縮性對油液動量的改變，建立了閥控液壓管路系統動態數學模型。採用一維流體瞬變理論，利用特徵線法及有限差分格式，對液壓系統管路關機油擊的瞬變流動進行數值分析，給出了特徵線數學模型的計算方法，並通過實驗進行了驗證。
