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1、工程流体力学论文经典范文6篇,力学论文本篇论文目录导航：【】 工程流体力学论文经典范文6篇【】【】【】【】 工程流体力学主要研究在各种力的作用下，流体本身的静止状态和运动状态，以及流体和固体壁面、流体和流体间、流体与其他运动形态之间的互相作用和流动的规律。下面我们就为大家介绍几篇关于工程流体力学论文范文，供应大家参考。 工程流体力学论文范文：非牛顿流体下冶金熔池中气泡运动的研究进展 赵凯 申耀宗 张兴华 魏志芳 王彬 作者华北理工大学冶金与能源学院 内容摘要：对冶金反响器中气泡行为进行研究是提高冶金熔池反响效率、实现高效熔炼的重要途径。实际熔炼经过中的熔体是气、液、固三相流的非牛顿流体，非牛顿
2、流体中的气泡运动和牛顿流体中的气泡运动类似，同样会经历气泡的产生、聚并以及破裂经过，但非牛顿流体以其本身复杂的流变性，使得气泡在非牛顿流体中的运动区别于牛顿流体中的运动特性和形态特性，并且由于气泡运动而造成对周围液相的影响也有所不同。当前关于非牛顿流体下气泡运动的研究都存在很多理想假设和很大的局限性，与实际工艺条件下的流体存在很大差距。本文对关于气泡行为的运动机理和气泡运动在非牛顿流体中的技术应用进行了阐述，介绍了当下的研究体系机理、现在状况以及将来研究的方向。 作者简介：赵凯1981-，男，博士，副教授，研究方向为炼铁理论与工艺、余热回收。； 本文关键词语：气泡运动；非牛顿流体；牛顿流体；运
3、动机理；冶金熔池；技术应用； Abstract:Research on bubble behavior in metallurgical reactors is an important way to improve the reaction efficiency of metallurgical baths and realize high-efficiency smelting. The melt in the actual smelting process is a nonNewtonian fluid of gas,liquid,and solid three-phase flow.
4、The bubble motion in a non-Newtonian fluid is similar to the bubble motion in a Newtonian fluid,and it will also experience the bubble generation,coalescence and rupture process,but with its own complex rheology,Newtonian fluid makes the movement of bubbles in non-Newtonian fluids different from the
5、 movement characteristics and morphological characteristics of Newtonian fluids. The influence of bubble movement on the surrounding liquid phase is also different. The current research on bubble motion under non-Newtonian fluids has many ideal hypotheses and great limitations,which are far from rea
6、lity. This article describes the motion mechanism of bubble behavior and the technical application of bubble motion in non-Newtonian fluids,and introduces the current research system mechanism,status quo and future research directions. Keyword:bubble motion; non-Newtonian fluid; Newtonian fluid; mov
7、ement mechanism; metallurgical molten pool; technology application; 在冶金领域中，熔池中的多相流熔炼主要分为牛顿流体和非牛顿流体，当下研究对于简化后的牛顿流体居多，而在实际生产中，熔池的熔炼并非理想状态，由于煤粉、渣等存在于熔炼经过中，流体往往呈现出非牛顿流体状态。当前，针对于气泡运动的研究主要有数值模拟以及实验分析的方式方法1,2,3,4,气泡相关特性的应用被广泛运用于石油、环境以及化工等领域5,6,7,8,9,10.本文通过比照在不同条件下牛顿流体和非牛顿流体熔炼中气泡的运动规律，结合本身课题中侧吹熔池熔炼中的研究现在状况
8、，对气泡运动在相关流体中的变化和机理进行了分析，提出了气泡运动在将来的发展方向。 1 气泡行为的运动机理 对于反响器中的多相流行为，气泡尺寸以及形状的变化是一个关键参数，由于气泡和气泡之间的互相作用以及气泡和周围环境的互相作用，不同气泡的尺寸和形状使得不同的运动阶段会呈现出不同的影响效果。 1.1 牛顿流体中的气泡行为 气泡在产生后，会出现聚合与破裂行为，其经过也特别复杂。对于气泡的聚合，在当前没有统一的表示出式来描绘叙述，通常要根据本身的实验条件来进行拟定；对于气泡的破裂，当前的认知主要是以为气泡在运动的经过中，由于液相作用促发湍流漩涡，引发碰撞，以此获得变形能量，发生破碎11. 当前，对于
9、气泡运动途径的研究，大多学者都会采用高速摄像机的方式方法进行采集，而对于气泡周围速度场的研究，PIV的方式方法显得更为普遍12.华而不实，闫红杰13等对静止水中的单气泡行为进行了研究，气泡在液体中运动时，主要受重力、惯性力以及浮力和外表张力的作用，因而采用了不同的准则数进行描绘叙述，由此得到We和Re的预测效果最优，除此之外，还发现气泡在静止液体上升的经过中，气泡的运动途径会随着气泡的不断变形而呈现出不同的运动轨迹。气泡的形状变化还会遭到周围条件的制约，从各项研究结果能够了解，流动环境对小气泡的影响程度远大于流动环境对大气泡的影响，且随着气泡尺寸的逐步增大，流动的依靠性会逐步减小，关于这一点，
10、Ziegenhein T等14运用了PIV技术在不同流动条件下的鼓泡塔实验研究中也有所阐述。 对于牛顿流体来讲，在不同的流体体系中，气泡的生长机理能够扼要概括为气泡之间的上浮碰撞、湍流随机碰撞以及湍流剪切碰撞，在大部分的浸入式气泡中，都会经历气泡的聚合和破裂。徐玲君等15通过采用基于流体体积法下的几何重构技术以及相关的处理程序对单个气泡在静水中的特性进行研究，得知气泡的变形在不同的气泡大小状态下是不一样的，气泡越小，其内外压差越大，此时更容易维持球形，而气泡越大，内外压差反而会减小，此时会在气泡两侧以及尾部构成尾迹流，进而产生推力，促使气泡发生形变。 对于气泡上升和聚并的经过，王乐等16以及邢
11、少鹏等17都通过数值模拟的方式方法对多气泡的运动进行了研究，一方面，发现气泡间距的变化会直接影响气泡互相融合的结果，除此之外，不同直径和不同位置的切换也是影响气泡聚并行为的重要因素；另一方面，研究表示清楚气泡直径以及运动速度的增加会加剧尾随气泡的上升。 1.2 非牛顿流体气泡行为 非牛顿流体中的气泡行为同样会经历生成、上升以及破裂经过，由于非牛顿流体中存在较为复杂的流变性，导致气泡的聚并、碰撞所表现出来的一些相关特性异于牛顿流体。 在气泡的生成经过中，Acharya等18通过高速摄像机对有机玻璃管中的流体进行观测，发如今黏弹性溶液气泡构成经过中，聚合物溶液的弹性会对气泡造成一定的影响，表如今气
12、泡聚并速率小、聚合次数多。Miyahara等19研究了非牛顿流体中浸没孔口的气泡构成，建立了两阶段气泡生成模型，用以预测气泡体积。该模型考虑了非牛顿流体中的流变参数等影响，分析结果以为在流变参数大的情况下，气泡会趋向于非球形变化，惯性力是影响气泡构成的主导因素，导致在非牛顿流体中气泡所构成的体积会比牛顿流体中所构成的大。关于这一结论，Costes等20在关于非牛顿流体的气泡构成中也有同样的阐述。除此之外，Favelukis等21针对非牛顿流体中的气泡生长建立了动力学模型，通过研究发现，随时间的变化，气泡半径的变化呈现指数函数趋势，并且在气泡构成的后期，气泡形态的变化是区别于前期的，主要受传质控
13、制。 非牛顿流体中气泡聚并经过的基本运动机理和牛顿流体类似，首先尾随气泡需要到达前行气泡的尾流区，由于力的作用促使气泡发生碰撞，进而发生聚并。Shiloh等22通过对稀分散体中的气泡聚并行为进行研究，把气泡的聚并效率和碰撞速率相联络，得出了液滴尺寸和聚并速率两者与滞留率的基本关系，并表示清楚流体的黏性会影响气泡的聚并速率；碰撞和聚并行为并非先后伴随发生。Crabtree等23通过高速摄像机对黏性流体中气泡的聚并行为进行研究，并建立关联模型，发现尾迹流能够较好地描绘叙述气泡的聚并现象，分析原因是由于气泡浮力以及惯性阻力的共同作用所控制。LI H Z等24采用粒子图像测速和双折射测量技术对非牛顿流
14、体中的气泡互相作用及聚并行为进行了研究，提出气泡所产生的应力以及松弛构成的动力竞争控制了气泡之间的互相作用，对于线性气泡的研究提供了较好的指导。 在气泡的破裂经过中，非牛顿流体下的球形气泡发生破裂对气泡周围的流体产生拉伸作用，而这种拉伸行为对工业研究有着重要作用25.针对于非牛顿流体中的气泡破裂行为，Tanasawa等26通过建立三参数线性模型对黏弹性液体中的气泡破裂行为进行了研究，发如今同时具备黏性和弹性的条件下，其液体对气泡破裂所产生的黏性阻力要小，并且在气泡的破裂经过中，气泡伴随着发生一定的摆动。Yoo等27选用了相关数学模型，采用有限差分法对其进行求解，对黏性液体的气泡行为进行了研究，
15、指出气泡在快速扩散下会发生摆动行为，但这一行为的产生是有前提条件的，在极低的扩散情况下，同样存在气泡的摆动，但此时这一现象与流变性质无关，气泡摆动行为都是伴随着气泡的破裂而产生的。 比照牛顿流体和非牛顿流体下的气泡特性机理，能够得知非牛顿流体在相关的气泡机理上和牛顿流体下的气泡机理类似，气泡都会经历生成、聚并以及破裂的经过，且在气泡上升到破裂的整个经过里，同样会遭到与气泡本身相关的力的作用，但是面对同样的经过，非牛顿流体下的气泡行为会呈现出不同的形态特性以及运动特性。 2 非牛顿流体中的技术应用 非牛顿流体中的气泡行为具有和牛顿流体中气泡行为不同的特性，关于非牛顿流体下的气泡运动对周围流场的影
16、响以及气泡之间互相作用的认知，对于实际熔炼效率的提高和能耗的控制都具有重要意义。当前对非牛顿流体中的多相流探寻求索主要是在射流特性研究以及非牛顿流体下的喷嘴特性影响研究等方面28,29,30,31,而在冶金领域中，则主要集中于冶金渣的相关研究中。 2.1 非牛顿流体在冶金渣中的应用 冶金领域内的泡沫渣问题在近年来越来越被重视，太强的泡沫渣会引起过量的喷溅，而适量的泡沫渣则有利于反响的进行。 吴铿等32,33针对泡沫对冶金经过中熔渣的影响进行了研究，通过对熔渣的一维本构方程进行分析，提出了一种判定泡沫化程度的方式方法，同时，也对非牛顿流体下的熔渣流变特性进行了相关研究，探究了温度变化以及添加剂的
17、参加对流变特性的影响，通过研究发现：针对不同粒度条件下的添加剂，泡沫所呈现出来的流变特性是不一样的，且非牛顿流体的流变特性在粒度小的添加剂中更为显著。该研究缺乏之处就在于所采用的测量熔体流变曲线的方式方法是一种相对的测量方式方法，存在一定的误差，虽在后期对所得本构方程进行了比照性的误差分析，但此方式方法还存在理想因素考虑偏多的问题。 关于非牛顿流体下的冶金熔渣和泡沫化的关系，Y.Ogawa等34对减渣冶炼中的气泡行为以及相关碳质材料的控制进行了研究，采用了X射线透视法，观察熔融复原炉实验，发现提高含碳材料的参加量能够较为有效地减小炉渣的起泡率，增大气泡的接触面积和频率也有类似的效果，除此之外，
18、也发现大颗粒碳质材料因本身尺寸较大且含有活性孔隙，对气泡的排出有利。该研究的缺乏之处就在于实验做了很多理想化的假设，使得结果存在一定的局限性。针对于此，白晨光等35对非牛顿流体条件下熔渣流变特性的研究情况进行了讲明，提出了在熔渣体系中，产生泡沫化的原因和本身所具有的非牛顿流体特性是密不可分的，且不同大小粒度的材料作为添加剂所造成的熔渣流变特性也不同。 在其他方面，Y.Zhang等36采用X射线观察法研究了含碳颗粒物和泡沫之间的互相作用，发如今颗粒物的总外表积和液态渣外表积之比逐步增大的经过中，泡沫指数会出现明显的降低，并指出焦炭对液态渣具有消泡作用。岳宏瑞等37以高炉渣为基础，研究含钛熔渣的非
19、牛顿流具体表现出象，指出在参加不同质量分数的Ti C时，熔渣所表现出来的触变特性也是不同的。详细来讲，Ti C含量的增加以及温度的降低都会使这种特性更为显著，而针对含Ti C的熔渣，吴铿等38对碳复原Ti O2所导致的发泡经过进行了研究，通过对当下发泡特性方程的改良，进行了相关实验，提出了发泡系数和消泡系数能够对发泡程度进行定量的描绘叙述，而针对整个经过的发泡情况，可以用发泡强度和发泡寿命进行定量描绘叙述，缺乏之处在于该项研究仅仅实现了定量分析的突破，在实际研究中还存在一定的局限性。 非牛顿流体下的冶金渣是将来冶金行业的重要课题，而对于华而不实的气泡行为，现前阶段的研究都进行了大量的简化假设，
20、将来还需要对实验机理进一步把控，对实验经过实现进一步完善，进而实现从理想研究到实际应用的过渡。 2.2 非牛顿流体中射流、喷嘴特性研究 无论是在熔池熔炼领域还是其他反响器内反响机理研究领域，射流特性以及喷嘴特性都是影响反响效率、发现相关机理的重要途经。 Miyahara等39对浸没孔口下的气泡构成进行了研究，所用液体为甘油水、乙醇水等溶液，主要对单气泡行为进行了实验，进而得出了不同种类的流型，但是由于当时技术限制并没有对大孔径下同时产生的气泡构成以及漏液现象进行实验验证。Dekee等40对非牛顿流体条件下的气泡运动进行了实验研究，通过对两个喷嘴所产生的气泡进行观察，发现尾流气泡是在进入先前气泡
21、的尾迹后，再加速完成碰撞，并绘制了初始孔口分离距离和气泡聚集构成的体积之间的函数关系图，缺乏之处在于，在气泡注入的同时，黏性流体会存在稍微的干扰作用。Davidson等41通过摄影观测对水平喷孔下的气泡构成进行研究，研究对象为矿物油和水，应用相关数学模型理论，发如今低流量下，孔口气泡形态通常为单 静态 气泡，此时气泡体积仅和孔口半径和外表张力有关，与流量无关；在高流量下，随着气泡频率的增大，气泡体积变为和流速相关，而与外表张力无关。杨辉等42研究了双喷嘴下的非牛顿流体中的气泡运动，通过VOF-CSF法模拟双喷嘴下的气泡构成以及碰撞经过，发现了3种不同的流型，流型的构成受周围环境的影响，且在周围
22、液相环境的影响下，两个喷嘴所产生的气泡的聚并也有所区别，但是该实验所研究的液相仅局限于不可压缩流体，存在一定的局限性。 关于非牛顿流体中的射流研究，王玉龙等43通过搭建高速摄影光学研究平台，对幂律流体下的射流现象进行了研究，发如今幂律流体中，由于高黏度剪切变稀的物性，降低了射流的轴转换振荡现象，但随着射流的进行，这种现象还会遭到射流速度的影响。曹伟等44同样对幂律流体下的射流进行了研究，对于雾化速度场，运用了PIV技术，发现了幂律流体的雾化效果之所以会被气流的扰动所影响，主要是通过影响液膜外表波强度，进而使液膜出现破裂，造成液膜宽度减小，最终影响雾化。而关于非牛顿流体中的雾化应用，蒋丽莎等45
23、对其射流特性进行了相关研究，指出牛顿流体雾化张角要大于黏弹性流体，且喷射雾滴的粒径会随距离的增大而增大。幂律流体研究的缺乏之处就在于其进行了大量的简化假设，和实际应用还存在一定的差距。 2.3 气泡运动研究的局限性及将来发展方向 当前关于气泡运动的研究仅局限于牛顿流体下的气液两相流研究，大多研究首先通过数值模拟的方式方法探究牛顿流体下的熔池喷溅现象以及速度场和流场情况，其次通过物理模拟的方式方法对理想条件下的模拟结果进行了水模型实验验证，而对于熔池中的研究都忽略了实际熔炼工况下存在的固态炉料。在实际熔炼经过中，熔池中的流体并非是理想条件下的牛顿流体，而是包含气、液、固三相流的非牛顿流体，基于此
24、，在将来关于侧吹熔池熔炼炉的课题研究中，需要在原先牛顿流体下的熔池气泡运动的研究基础上做出相关改良。当流体作为非牛顿流体形式存在时，进一步探究熔池中喷吹气泡在流变特性的作用下，对周围流场、速度场以及产生的搅动喷溅效果的相关现象变化，进而实现理论分析和实际应用的结合。 3 结束语 气泡运动的研究在工程领域内有着较大的作用，而对冶金反响器中气泡行为的研究又是提高冶金熔池反响效率、实现高效熔炼的一个至关重要的环节。近年来针对于气泡行为的研究大多停留在牛顿流体中，而对非牛顿流体下的气泡运动研究并不多。但对于冶金领域来讲，由于在实际的熔炼经过中往往伴随着冶金渣、煤粉的存在，大部分的实际熔炼往往呈现的是非
25、牛顿流体特性。而非牛顿流体中的气泡运动和牛顿流体中的气泡运动是类似的，同样会经历气泡的产生、聚并以及破裂经过，但非牛顿流体以其本身复杂的流变性，使得气泡在非牛顿流体中的运动区别于牛顿流体中的运动特性、形态特性以及由于气泡运动对周围液相产生的影响，进而导致实际运行经过不同。结合当下对非牛顿流体的了解，将来还需对非牛顿流体下的气泡行为特性进一步研究，十分是对当下非牛顿流体研究中存在的简化假设太过理想、气泡运动研究单一以及相关理论机理分析不全面等缺乏之处，需要加强突破研究。 以下为参考文献 1 WU Liangyu,LIU Lingbo,HAN Xiaotian,et al. Numerical s
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44、运动估计光流算法研究综述 邵绪强 杨艳 刘艺林 作者华北电力大学控制与计算机工程学院 内容摘要：对流体图像序列进行运动分析一直是流体力学、医学和计算机视觉等领域的重要研究课题。从图像对中提取的密集精到准确的速度矢量场能够为很多领域提供有价值的信息，基于光流法的流体运动估计技术因其独特的优势成为一个有前途的方向。光流法能够获得具有较高分辨率的密集速度矢量场，在小尺度精细构造的测量上有所改良，弥补了基于相关分析法的粒子图像测速技术的缺乏。除此之外，光流方式方法还能够方便的引入各种物理约束，获得较为符合流体运动特性的运动估计结果。为了全面反映基于光流法的流体运动估计算法的研究进展，本文在广泛调研相关
45、文献的基础上，对国内外具有代表性的论文进行了系统阐述。首先介绍了光流法的基本原理，然后将现有算法根据要解决的突出问题进行分类：结合流体力学知识的能量最小化函数，提高对光照变化的鲁棒性，大位移估计和消除异常值。对每类方式方法，从问题解决经过的角度予以介绍，分析了各类突出问题中现有算法的特点和局限性。最后，总结分析了流体运动估计技术当下面临的问题和挑战，并对将来基于光流法的运动估计算法的研究方向和研究重点进行了瞻望。 本文关键词语：流体运动估计；光流法；流体力学；光照变化；大位移估计；异常值检测； 作者简介：邵绪强，1982年生，男，副教授，主要研究方向为计算机图形学、虚拟现实。E-mail:sh
46、aoxuqiang;*杨艳，通信作者，女，硕士研究生，主要研究方向为计算机图形学、流体运动估计。E-mail:2385439823;刘艺林，男，硕士研究生，主要研究方向为计算机图形学、流体可视化。E-mail:610852885; Abstract:The motion analysis of fluid image sequences has been an important research topic in the fields of fluid mechanics, medicine, and computer vision. The dense and accurate velocity vector field extracted from image pairs can provide valuable information for these fields. For example, in the field of fluid mechanics, the velocity vector field can be used