粘弹性流体湍流减阻流动大涡数值模拟研究

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1、博±学位论文本占弹性流体？而流减阻流动大滿数值模拟研究ＩＡＲＧＥＥＤＤＹＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮＯＦＴＵＲＢＵＬＥＮＴＤＲＡＧ－ＲＥＤＵＣＩＮＧＦＬＯＷＳＯＦＶＩＳＣＯＥＩＡＳＴＩＣＦＬＵＩＤＳ王瓣哈尔滨王业大学２０１５年１２月国内图书分类号：０３７３０３５７．５学校代码：１０２１３：５３２．５密级国际图书分类号：公开工学博±学位论文粘弹性流体？而流减阻流动大漏数值模拟研究博±研究生：王瑞ｆＰ导Ｕ：ｉ李凤臣教授申请学位：工学博

2、±学科：工程热物理所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：２０１５年１２月１日授予学位单位：哈尔滨工业大学ＣｌａｓｓｉｆｉｅｄＩｎｄｅｘ：０３７３０３５７．５Ｕ．Ｄ．Ｃ５３２．５：ＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅＤｏｃｔｏｒａｌＤｅｒｅｅｉｎＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｇｇｌＡＲＧＥＥＤＤＹＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮＯＦＴＵＲＢＵＬＥＮＴＤＲＡＧ－ＲＥＤＵＣＩＮＧＦＬＯＷＳＯＦＩＳＣＯＥＩＡＳＴＩＣＶＦＬＵＩＤＳＣａｎｄｉｄａｔｅ：ＷａｎＬ

3、ｕｇＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＬｉＦｅｎｇｃｈｅｎＡｃａｄｅｍｉｃＤｅｒｅｅＡｌｉｅｄｆｏｒ：ＤｏｃｔｏｒｏｆＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｐｐｇｇＳｅｃｉａｌｉｔｙ：ＥｎｉｎｅｅｒｉｎＴｈｅｒｍｏｈｓｉｃｓｐｇｇｐｙＡｆｆｉｌｉａｔｉｏｎ：ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒＳｃｉｅｎｃｅｇｙａｎｄＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｇＤａｌ：ｅｏｆＤｅ化ｎｅｅ２０１５；Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，－－ＨａｒｂＤｅｇｒｅｅＣｏｎｆｅｒｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ：ｉｎ

4、ＩｎｓｔｉｔｕｂｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ摘要摘要将少量柔性长链高分子聚合物或某些表面活性剂加入水或者有机溶剂中可Ｗ明显减小端流流动中的摩擦阻力，运种现象被称为添加剂端流减阻效应。为一了使运现象更好地在实际工业系统中得到应用，亟需对其流动特性和减阻机理进行研究。由于实验方法不能获得粘弹性流体端流减阻流动中的分子变形场和弹性应力场信息，因而大多采用数值模拟方法。大满数值模拟（ＬＥＳ）因其在相同工况下计算量小于直接数值模拟（ＤＮＳ）、可获得的信息量比雷诺平均数值模拟（ＲＡ

5、ＮＳ）多而备受关注ＬＥＳ研究特定端流流动时，关键在于所。应用选用的亚格子模型是否适用于该种端流流动，几乎所有已发表的亚格子模型只针对于牛顿流体端流流动，而粘弹性流体端流减阻流动ＬＥＳ研究刚刚起步，目前只有应用时间近似解卷积模型（ＴＡＤＭ）尝试对粘弹性流体端流减阻流动进行数值模拟。为了更好地应用ＬＥＳ研究粘弹性流体端流减阻流动，需开发更多可靠一、有效的亚格子模型。本文将从运角度出发，结合粘弹性流体端流减阻机理，构建针对粘弹性流体端流减阻流动的新型亚格子模型，运对粘弹性流体端流减阻流动

6、ＬＥＳ研究有重要的理论意义和学术价值。从粘弹性流体端流减阻机理的角度出发，基于反映粘弹性效应对端流相干结构影响的思想，创新性地建立了禪合空间过滤和时间过滤的新型亚格子模型，命名为ＭＣＴｅｄｓｕｂｒｉｄ－ｓｃａｌｅｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎｅｒｅｎｔｓｔｒｕｃ１ｒｅｓａｎｄ（ＭｉｘｇＣｏｈ；ｕ王ｅｍｐｏｒａｌａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｄｅｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）。选用粘弹性流体强迫各向同性端流和槽道端流作为验证对象，将低雷诺数（Ｋｅ）下两种端流流动的ＬＥＳ结果与对应的ＤＮ

7、Ｓ结果进行比较，同时将较高Ｋｅ下的ＬＥＳ槽道端流结果与实验结果进行对比，结果表明本文所提出的ＭＣＴ亚格子模型能够预测无壁面效应和有壁面效应的粘弹性流体端流减阻流动，达到了本文的预期目的。在采用ＭＣＴ和ＴＡＤＭ亚格子模型数值模拟较高Ｋｅ下的粘弹性流体强迫各向同性端流时，发现ＴＡＤＭ亚格子模型表现出过度耗散，而ＭＣＴ亚格子模型并无此现象，表明ＭＣＴ亚格子模型在计算较高Ｋｅ下的端流减阻流动方面具有优越性，运为ＬＥＳ研究高Ｋｅ下粘弹性流体端流减阻流动奠定了基础。采用ＭＣＴ亚格子模型建立了较

8、高Ｋｅ下的粘弹性流体强迫各向同性端流的ＬＥＳ数据库，并分析了其流动特性。结果表明粘弹性的存在明显改变了端流的流动特性，满量和拟满能明显减小，小尺度满结构数目明显减少，随着粘弹性一效应的增强减阻率增大且粘弹性流体分子拉伸更为剧烈。同时，采用维和二维小波变换进一步探究粘弹性效应对端流多尺度特性的影响，发现端流流动中－Ｉ－哈尔滨工业大学工学博±学位论文的间歇性随着尺度的减小