在各种工业过程中,流体通过歧管的流动是普遍存在的现象。这种流动特别necesary 在需要将大量流体流量分配到几个平行流路之后,再集中收集成一个排放流的情况下,如燃料电池、平板热交换器、径向流反应器,以及灌溉系统等。歧管通常可以分为几种不同的类型:分流、集流、Z型和U型歧管。面对这样的流动组织,关键问题便在于如何实现流量的均匀分布及降低压力损失。
传统上,大多数理论模型都是基于伯努利方程,并考虑了摩擦损失的影响。
在这些早期的模型中,摩擦损失通常是利用达西-韦斯巴赫方程描述的,从而获得一个描述分流流动的关键方程。这样的基础知识对于理解歧管和网络模型至关重要。举例来说,T型接头可以通过两个伯努利方程来表示,对应于两个流出点的流动情况。然而,实验结果却指出,流体往直线流动的倾向远大于垂直流动的,再次挑战了传统模型的假设。
流体的惯性效应导致流动更偏好于直流方向,这已被Wang的研究所解释。
Wang在其研究中对流动分布进行了深入探索,通过将主要模型整合到一个统一的理论框架中并发展出最一般化的模型,来强调流量、压力损失,以及结构配置之间的直接关系。特别是,Wang指出,只有在低速层流流动的情况下,直径相同的两个流道才能实现流量相等的假设。
透过保护质量、动量和能量的平衡,Wang解开了流动在歧管中的神秘面纱。
最近,Wang进行了一系列的研究,发现了关于分流、集流、U型和Z型安排的基本方程。他的研究表明,这些流动图样之间可以建立数学关系,使得设计者可依据不同的需求来调整流程配置。
这些主模型其实只是更广泛方程的一个特例,这对于设计上的应用是相当重要的见解。
为了具体化这些理论,Wang提出每个流动模型的解析解,这些被称为方程的非线性常微分方程,在50多年的时间里,这些方程的解析解一直是学术界的深入挑战。经过Wang的努力,这些解决方案终于在2008年得以揭示,这对于流动分布的平衡和管道设计具有重要的影响。
Wang不仅仅是建立了一套理论,还提出了一系列有效的设计流程、测量标准以及确保流量均匀分布的设计工具和指导方针。
这些研究不仅有助于流过歧管的流体运行模型的理解,还对未来的设计创新提供了支持。面对日益复杂的流动需求,未来的研究将如何进一步推进流体动力学的理论和实践,以迎合实际应用中的挑战呢?