采用自适应算法的昆虫拍动翼型气动特性研究

昆虫飞行具有独特的敏捷性和高效的气动力效应,研究其非定场气动特性具有重要的理论意义和工程价值。本文采用四叉树结构网格自适应算法研究了昆虫拍动翼型气动特性及运动参数的影响,并有效地捕捉到了较为真实、全面的拍动翼型的尾迹和流动细节。通过研究雷诺数对拍动翼型气动特性的影响,发现当雷诺数较低时,垂向力系数的变化对雷诺数较为敏感,随着雷诺数的增大,敏感程度有所降低。     

带水路斜拉索气动特性的CFD模拟研究

雨中斜拉桥拉索表面的水滴容易在风的吹拂下形成水线,而索面上侧水路显著改变了斜拉索的气动特性,是斜拉索发生雨振的主要原因。基于计算机流体动力学方法,针对索面水路大小、水路在索面附着位置的不同,对斜拉索气动特性的影响进行了数值模拟研究。研究结果表明,当索面附着水路与风向成70°～90°夹角时,最容易引发斜拉索的风雨激振。     

基于Fluent的NACA0006翼型气动特性数值模拟

利用CFD仿真软件Fluent软件包,对NACA0006翼型的空气动力特性进行了数值模拟分析,采用Spalart-Allmaras模型建立二维湍流模型,利用Gambit生成结构化网格同时加大翼面附近的网格密度。通过研究空气绕流的流动情况,得到在不同工况下翼型周围的压力分布图及速度矢量图。同时,为研究与激波相关的流动现象,采用在计算过程中设置监测点监测求解的收敛性,并采用多种后处理工具验证激波性质的正确性。结果证明,在空气动力学领域中,Fluent是一种行之有效的研究方法。     

对气动凿岩机振动特性的研究

在论述气动凿岩机振动原理及振动频谱理论计算的基础上,对国内外的手持式和气腿式凿岩机的手柄振动加速度进行了测量分析。在空载和凿岩条件下,对这两类气动凿岩机的振动特性作了研究。     

大跨度城市轨道交通斜拉桥主梁气动特性CFD研究

以某大跨度斜拉桥为背景,采用大型商用软件CFD进行数值风洞模拟,得到了斜拉桥主梁截面三种形式的气动特性参数,即三分力系数、车桥组合下的三分力系数以及颤振导数,讨论了其随攻角和风速变化的规律及原因,考查了车辆存在对主梁断面气动特性的影响,并进一步由升力系数功率谱曲线分析了主梁的涡振性能,通过三种主梁截面的气动特性对比研究,可进一步对主梁截面进行优化设计,所得结论对大跨高墩轨道交通斜拉桥的主梁截面形式选取具有一定指导意义。     

不同风向角下方柱气动特性的风洞试验研究

基于刚性模型测压风洞试验,分析了0～45°范围内不同风向角下方柱的气动特性,得到了方柱的平均风压分布、脉动风压分布、平均气动力、脉动气动力、旋涡脱落特性和驰振稳定性随风向角的变化规律.结果 表明:方柱的平均阻力系数和平均升力系数随着风向角的增大均先减小后增大,最后趋于平稳,在15°风向角附近取得最小值;方柱的脉动阻力系...     

圆形截面冷却塔不同表面粗糙度时绕流特性的试验研究

以双曲型圆截面冷却塔的风荷载模型为背景,探讨了高雷诺数模拟的途径,采用改变模型表面粗糙度和调整风速的手段,获得了在较低雷诺数条件下模拟高雷诺数流态特性的试验条件。研究了不同粗糙度表面的截面绕流特性,得到了一些宝贵的试验数据和有益的结论。     

新月形变截面覆冰倾斜拉索气动特性

覆冰层改变了斜拉索的横截面形状,斜拉索的气动特性也随之发生变化。首先,在Pro/E中建立新月形变截面覆冰倾斜拉索的模型,覆冰范围为30~60mm。然后,模型导入ICEM中,进行网格划分。拉索均分为六个节段,采用结构化网格,拉索附近采用外O形网格。最后,利用Fluent软件计算划分好网格的模型,得到各个节段的气动力参数,并绘制各个节段及整索的气动力系数曲线。     

岩体裂隙面粗糙度对其渗流特性的影响研究

为了研究岩体裂隙面的粗糙程度与渗流机制间的相互关系,将裂隙沿长度方向均匀分割成若干段,通过设置每一段末端的随机高度,生成两侧对称的粗糙裂隙面。基于格子Boltzmann方法,采用不可压缩流体的D2G9模型,验证了经典的Poiseuille流,计算了不同相对粗糙度岩体裂隙的渗流特性,讨论了裂隙面粗糙度对渗流流态的影响。研究结果表明:裂隙结构壁面对流体的阻碍作用,使得流体在壁面附近的流动产生急剧调整,同时随着裂隙相对粗糙度的增加,在裂隙隙宽急剧变化的部位,局部伴随着旋涡的形成,导致流体内部摩擦阻力作用增大。在单位时间截面渗流流量及每一段平均隙宽相等的条件下,将本数值解与多平行板理论解进行了对比,对于相对粗糙度δ=0.01674的裂隙方案,由于多平行板理论解忽略了粗糙裂隙隙宽变化而引起的局部压降,其裂隙中线处压降产生的最大误差达到15.2%。当相对粗糙度较小时,裂隙中线处的压力与光滑平板流相类似,近似呈线性变化。随着裂隙相对粗糙度增大,压力变化偏离直线方向,且在断面由窄突然变宽的部位,压力变化偏离线性尤为显著。     

粗糙度对冻土-结构接触面剪切特性的影响研究

随着西部大开发和振兴东北战略进一步深化,各种寒区工程得以大规模修建。为了保证建、构筑物的寿命,使其在服役期内能够保持正常的工作状态,要求冻土和结构物具有良好的冻结强度和稳定性,冻土-结构接触面特性是冻土力学特性最直接的反映,而接触面粗糙度是影响这一特性的重要因素。因此主要从粗糙度出发,根据国内外现有冻土-结构接触面剪切试验研究成果,从粗糙度的评定、粗糙度对力学特性的影响及其微观机理等方面进行了系统的分析;最后基于Gompertz模型构建了可考虑粗糙度影响的接触面剪应力-剪切位移本构模型,验证表明,该模型能够较好地描述接触面的剪应力-剪切位移发展规律。     

覆冰输电导线气动力特性模拟的合理模型

对覆冰导线风洞试验的数值模拟和参数分析是获取气动参数的主要手段。进行了覆冰输电线气动参数数值模拟的几何建模、网格划分、边界条件的选取、湍流模型的选取、求解参数设置等分析研究。明确了加密区首层厚度、层数、厚度、形状及加密条带等对计算结果的影响,得到了合适的网格模型。对k-ε湍流模型、k-ω湍流模型、Realizable k-ε湍流模型、Reynolds应力湍流模型及SSTk-ω湍流模型的分析,表明k-ω模型虽然能较好地模拟覆冰输电线的气动力特性,但是对参数比较敏感。k-ε湍流模型的是模拟覆冰输电线气动参数的最合理模型。     

Experimental study on flow and noise characteristics of NACA0018 airfoil

The flow characteristics on and around an airfoil at moderate Reynolds number are studied to understand the generation mechanism of tonal noise from a symmetrical airfoil NACA0018 in a uniform flow. The separation and reattachment of the flow on the airfoil surface are evaluated from the liquid-crystal visualization and the velocity field across the boundary layers over the airfoil are measured by particle image velocimetry (PIV). These results indicate that the separation and reattachment points of laminar boundary layers over the airfoil move along the airfoil surface, depending on the angle of attack variations. When the airfoil is inclined at a small attack angle to meet with the condition of tonal noise generation, the boundary layer on the pressure surface experiences the separation along the surface and reattaches near the trailing edge of the airfoil. Then, the periodic vortex structure is generated over the pressure surface near the trailing edge, which is followed by the formation of periodic vortex shedding in the airfoil wake. With further increase in attack angle, the flow over the suction surface separates near the leading edge of the airfoil and the boundary layer on the pressure surface keeps fully attached flows on the airfoil surface, resulting in the disappearance of tonal noise.     

特大跨钢桁梁悬索桥主梁气动参数试验研究

以一大跨悬索桥坝陵河大桥钢桁梁主梁断面为研究对象,通过节段模型风洞试验和高频动态天平测力试验,得到了钢桁梁主梁优化断面并试验得出三分力系数、颤振导数以及气动导纳,归纳出适合钢桁梁桥梁断面的气动导纳经验公式,改善了传统上计算抖振在气动导纳上的明显缺陷。研究成果已经应用于坝陵河大桥的建设,且可以为以后类似桥梁的抗风设计提供参考。     

某具有软弱夹层的反倾岩坡变形特征探索

反倾岩坡的结构面倾向与边坡倾向相反,通常认为反倾岩坡的稳定性较强,因此相对于顺倾向坡而言,对反倾岩坡的研究较少,但工程实例表明对反倾边坡的稳定性研究意义重大。当反倾岩坡中有软弱岩层时,软弱结构面会对坡体变形产生影响,因此借助内、外观测成果对一具有软弱夹层的反倾岩坡进行研究,对其变形特征和变形机制进行分析。研究结果表明边坡在开挖过程中变形呈现"点头"现象,且在边坡变形体后缘出现拉裂缝。由于存在较厚的软弱层,坡体在倾倒变形的同时对软弱岩层压缩产生压缩蠕变,所以坡体整体变形模式为压缩-蠕变、倾倒-拉裂复合模式。软弱岩层对坡体变形具有一定控制作用,支护效果说明对穿锚索可以有效地约束坡体变形。     

Design concepts of an aircraft wing: composite and morphing airfoil with auxetic structures

This paper is categorized into two parts. (1) A frame work to design the aircraft wing structure and (2) analysis of a morphing airfoil with auxetic structure. The developed design frame work in the first part is used to arrive at the sizes of the various components of an aircraft wing structure. The strength based design is adopted, where the design loads are extracted from the aerodynamic loads. The aerodynamic loads acting on a wing structure are converted to equivalent distributed loads, which are further converted point loads to arrive at the shear forces, bending and twisting moments along the wing span. Based on the estimated shear forces, bending and twisting moments, the strength based design is employed to estimate the sizes of various sections of a composite wing structure. A three dimensional numerical model of the composite wing structure has been developed and analyzed for the extreme load conditions. Glass fiber reinforced plastic material is used in the numerical analysis. The estimated natural frequencies are observed to be in the acceptable limits. Furthermore, the discussed design principles in the first part are extended to the design of a morphing airfoil with auxetic structure. The advantages of the morphing airfoil with auxetic structure are (i) larger displacement with limited straining of the components and (ii) unique deformation characteristics, which produce a theoretical in-plane Poisson’s ratio of–1. Aluminum Alloy AL6061-T651 is considered in the design of all the structural elements. The compliance characteristics of the airfoil are investigated through a numerical model. The numerical results are observed to be in close agreement with the experimental results in the literature.     

The aerodynamic characteristics of windbreaks,resulting in empirical design rules

This paper presents studies of windbreaks as an aid to town planning. Pedestrian comfort is quantified in terms of the sizes of areas having a specified wind-speed reduction, resulting from the use of windbreaks.The paper is divided into three main parts. The first deals with single windbreaks, and the second with combinations of windbreaks. In the third part, spectral methods are used to verify that windbreaks do not produce fluctuations predominantly at any particular frequency, and hence cannot be “tuned” to provide enhanced comfort.     

苏通大桥气弹模型气动失稳分析

大跨柔性桥梁气弹模型在风荷载作用下会产生明显的竖向、侧向位移和附加攻角。推导气弹模型实测位移修正表达式,对苏通大桥气弹模型高风速时实测位移进行修正,对比分析修正前后差异。绘制了苏通大桥主跨跨中断面、1/4断面和边跨跨中3个典型断面扭转中心的运动轨迹,分析其特点,对苏通大桥气弹模型气动失稳现象进行解释。基于随机搜索方法和随机子空间方法识别得到的模态参数,对苏通大桥气弹模型进行复模态颤振分析。分析结果表明:苏通大桥气弹模型可视为一种非常规索网复合系统,其气动失稳振动表现为保持平衡状态的竖向、侧向和扭转耦合滚动,扭转频率成分在竖弯和侧弯振动中参与很多,而竖弯和侧弯频率成分在其他两种振动中参与很少。     

厢式货车在桥塔区域的气动力特征研究

以曼牌16.170F货车及象山港大桥为背景,加工制作了曼牌货车和象山港大桥的1∶25缩尺模型,在TJ-3风洞,使用六分量测力天平对货车模型进行了测力试验,通过试验得到了货车在双向四车道,五个风偏角,相对于桥塔的五个不同位置以及无桥塔状态时的气动力系数。