方柱绕流尾迹中的涡结构演化及磁场对其的影响研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51606183
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0603.传热传质学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The flow around square cylinder, as extensively found in the nature and industries, is a very important type of flows. With different flow conditions, flow instability is always observed in the wake of square cylinder, such that the Karman vortex street, the inversion of the vortex street, the 3D flow instability and the turbulence, which have great influences on the flow and heat transfer. Moreover, in the Tokomak fusion device, where the flows around square cylinder is viewed as a typical flow pattern in the complex blanket module, the flow characteristics will be greatly influenced by the external magnetic fields. In the available publications, the inversion of Karman vortex street, as well as the 3D flow instability is considered to be the main characteristics of the flows around the square cylinder because they greatly determine the velocity distribution and the temperature distribution in the wake of the cylinder. Through performing direct numerical simulations, the present research focus to study the inherent physical mechanisms inducing the inversion of the vortex street and the 3D flow instability, including the influences of the inlet conditions, the wall boundary conditions and the Reynolds number(Re) when magnetic field is absent, their impact on the flow field ,as well as on the heat transfer is also present. Furthermore, we will further investigate how the magnetic field and the electrical conductivity of the square cylinder influence the inversion of Karman vortex street and the 3D flow instability, aiming to present the MHD effect on the flow field and the temperature field, particularly focusing on studying the evolution process of the vortex structures under the influence of magnetic fields.
自然界和工业界广泛存在着方柱绕流运动,在不同的流动条件下,尾迹中可能出现卡门涡街、涡街转置、三维不稳定流动甚至湍流等现象,而它们对流场特性与传热有着重要的影响。另外在托克马克装置中,由于包层结构非常复杂,方柱绕流将会是液态金属重要的流动形式,而约束磁场也会显著改变这种绕流的流场结构。在已有的研究中,卡门涡街的转置和三维不稳定性被认为是方柱绕流的重要特征,对流场和热量分布有着重要影响。本项目旨在通过三维直接数值模拟,首先研究无磁场情况下入口效应、壁面效应、Reynold数(Re)等因素对卡门涡街转置现象和三维不稳定流动的影响规律,探索其形成条件,揭示其产生的内在机理,并分析其对流动和传热的影响。在此基础上,进一步研究磁场和方柱导电性对涡街转置现象和三维不稳定流动的作用效果,分析其对绕流尾迹流动和传热的影响,从磁场对涡结构重构的角度深入探讨磁场效应内在的物理机理。

结项摘要

自然界和工业界广泛存在着方柱绕流运动,在不同的流动条件下,尾迹中可能出现卡门涡街、涡街转置、三维不稳定流动甚至湍流等现象,而它们对流场特性与传热有着重要的影响。另外在托克马克装置中,由于包层结构非常复杂,方柱绕流将会是液态金属重要的流动形式,而约束磁场也会显著改变这种绕流的流场结构。本项目旨在通过直接数值模拟,研究无磁场情况下涡街转置形成的根本原因,分析涡街转置对流动和传热的影响。随后研究流向磁场对于涡街转置的影响及作用机理,分析磁场作用下的传热特性。对于强磁场情况,则通过准二维模型研究强磁场作用下的尾涡运动规律及传热规律。最后研究低Re下,轴向磁场对于尾迹三维不稳定性的影响,并从磁场对涡结构重构的角度深入探讨磁场效应内在的物理机理。通过以上研究获得如下结论:1.发现了涡街转置的根本原因在于尾迹主涡与壁面涡层或是来流涡足够强的相互作用;2.涡街转置现象不利于传热;3.流向磁场作用下,洛伦兹力对涡街运动具有抑制作用,随着磁场强度的增加,升力系数单调递减,阻力系数先减小后增加,平均回流区长度先增加后减小,而传热效率单调递减;4.强磁场下,建立了回流区长度,阻力系数、压力系数及Strouhal数与Re、Ha的关系式;5.在轴向磁场作用下,柱形绝缘障碍物后的涡街在一定的参数范围内持续存在。涡街在完全被抑制之前,流场会达到接近二维的状态。该项目的研究成果发表学术论文5篇,其中核聚变专业期刊Fusion Engineering and Design和传热专业顶级期刊International Journal of Heat and Mass Transfer各2篇。项目的相关研究成果为磁约束核聚变中液态包层的设计及其流动传热特性分析提供了丰富的理论参考,具有重要的意义。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Study on the impacts of pressure equalization slots on MHD flow and safety of FCI in DCLL blanket
DCLL覆盖层均压槽对FCI MHD流动及安全性的影响研究
  • DOI:
    10.1016/j.fusengdes.2017.08.016
  • 发表时间:
    2017-11
  • 期刊:
    Fusion Engineering and Design
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Chen Long;Xu Shi-Jing;Li Ming-Jian;Ni Ming-Jiu;Zhang Nian-Mei
  • 通讯作者:
    Zhang Nian-Mei
水平磁场对液态金属自然对流的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    工程热物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈龙;倪明玖
  • 通讯作者:
    倪明玖
The Kármán vortex street inversion and heat transfer around a square cylinder at low Reynolds and magnetic interaction numbers
低雷诺数和磁相互作用数下方圆柱体周围的卡门涡街反演和传热
  • DOI:
    10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.10.040
  • 发表时间:
    2018-02
  • 期刊:
    International Journal of Heat and Mass Transfer
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Long Chen;Shi-Jing Xu;Ming-Jiu Ni
  • 通讯作者:
    Ming-Jiu Ni

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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