基于弱可壓縮方程的聲流效應(yīng)數(shù)值研究.pdf

1、 A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering Numerical Study of Acoustic Streaming Effect Based on Weakly Compressible Equations Candidate : Liu Feng Major :

2、Fluid Machinery and Engineering Supervisor : Associate Prof. Li Xuemin Huazhong University of Science & Technology Wuhan 430074, P. R. China May 2017 華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 摘 要 微流體驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要有：壓力驅(qū)動(dòng)、電滲驅(qū)動(dòng)、光攝驅(qū)動(dòng)、熱氣泡驅(qū)動(dòng)、表面張力驅(qū)

3、動(dòng)等，而超聲波微流體驅(qū)動(dòng)具有高效清潔、易于集成的特點(diǎn)而具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景。超聲波對(duì)微流體的驅(qū)動(dòng)，主要是流體中連續(xù)并且振幅弱小的聲波動(dòng)，通過非線性的聲流效應(yīng)，使聲場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化為流體的宏觀平均運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了用超聲波驅(qū)動(dòng)流體。目前，超聲波驅(qū)動(dòng)微流體的研究多在實(shí)驗(yàn)研究，數(shù)值研究較少。 本文采用了一種適用于水的可壓縮流動(dòng)控制方程，即非定常的弱可壓縮流體控制方程， 在求解技術(shù)上采用了一種類似于有限體積法的時(shí)空守恒元/解元算法， 這種算法目前已

4、被大量用于基于氣體的直接氣動(dòng)聲學(xué)模擬研究，并得到了很好的求解精度。在此基礎(chǔ)上，本文主要完成了以下幾個(gè)方面的工作： 1、 通過對(duì)當(dāng)前的弱可壓縮方程及水的狀態(tài)方程分析， 得到了適用于研究水的氣動(dòng)聲學(xué)問題的控制方程， 再結(jié)合守恒元/解元算法， 整理出了研究此類問題的計(jì)算模型及邊界處理方法； 2、通過對(duì)平板層流邊界層、環(huán)形庫(kù)塔流及方腔驅(qū)動(dòng)流的直接模擬，在小馬赫數(shù)（近似不可壓縮）條件下，分別對(duì)比了本方法與理論解、其他經(jīng)典解的結(jié)果，對(duì)比結(jié)果表明，本

5、研究方法能夠準(zhǔn)確的計(jì)算流體中的粘性問題； 3、 通過模擬線聲源、 點(diǎn)聲源、 連續(xù)聲波在粘性流體中的運(yùn)動(dòng)及耗散， 驗(yàn)證了本方法可以準(zhǔn)確的模擬出水中的聲波現(xiàn)象，本研究方法具有低色散及低耗散特性； 4、 模擬了一種經(jīng)典的駐波聲流問題， 結(jié)果與其它研究者的理論結(jié)果一致。 再結(jié)合上述 2，3，說明本研究方法能夠用于直接模擬水的聲流問題； 5、 通過模擬連續(xù)聲波與二維管道、 帶收縮段二維管道中聲流問題的研究， 得到了聲流效應(yīng)與聲波頻率、聲波振幅的一