20°圆锥低速35°迎角下的压力分布特性

对半顶角为10°的圆锥-圆柱组合体在3.0×1.6 m低速低湍流度风洞进行了圆锥表面压力分布测量。基于圆锥底面直径的雷诺数1.0×106,迎角35,°包含了以9°为等间隔的所有滚转角。实验结果包括9个截面周向压力,当地/总侧向力及力矩由表面压力分布积分得到。结果表明,侧向力系数随滚转角的变化曲线为近似方波,其周期和相位沿锥体轴向均相同;压力分布表明对称涡流场为绝对不稳定,不对称涡流场为双稳态;流动为非锥型流动。实验结果检验了前人的理论结果,并与现有的实验结果做了比较,结果吻合。     

20°圆锥分离流动的发展特性

文章对20°顶角的圆锥-圆柱组合体在3.0×1.6 m低速低湍流度风洞进行了表面压力分布测量和二维粒子图像测速。基于圆锥底面直径的雷诺数0.3×106,迎角0°~35,°包含40个滚转角,以9°为等间隔,滚转角范围0°~351°。文中主要分析了不同迎角下,圆锥段9个测量截面上的压力分布以及积分得到的截面当地侧向力随滚转角的变化特性,由压力分布对测量截面的流动分离状态进行了推断,推断结果与二维粒子图像测速实验进行了比较。结果表明:迎角从0°增大到35°的过程中,当地侧力系数随滚转角的变化曲线分别呈现:①零值线;②连续波曲线;③方波曲线。当侧力系数变化呈现连续波曲线和方波曲线时,所有测量截面上波曲线的周期和相位都近似相同。圆锥上非对称力的产生和发展是由于分离涡的不稳定性造成的。     

不同迎角下前体涡流动的等离子体控制特性

应用一对单介质阻挡放电等离子体激励器对20°顶角圆锥-圆柱组合体圆锥段分离涡流场进行了主动控制研究。实验在3.0 m×1.6 m低速风洞中进行,迎角35°～70°,基于圆锥段底面直径的雷诺数为5.0×104。实验结果包括7个测量截面周向压力分布、由周向压力分布推断得到的截面处空间涡结构以及积分得到的截面当地力和圆锥段力。实验结果表明:(1)在35°～50°迎角范围内,圆锥段流场只有一对非对称的主涡,圆锥段分离涡流动呈现近似锥型流特性,随着迎角增大,圆锥段侧向力系数符号不变;(2)在50°～70°迎角范围内,圆锥段流场呈现多涡结构,圆锥段分离涡流动不再呈现锥型流特性,此时随着迎角增大,圆锥段侧向力系数会发生多次变号;(3)等离子体控制使得圆锥段对涡流场中第1个新涡出现的迎角推迟。     

并列行驶两辆汽车外流场的数值模拟

以国际标准的MIRA模型为研究对象,采用移动地面边界条件,对单车和两车并列行驶情况下的汽车外流场进行了数值模拟研究.将两辆车车体周围的速度分布、车身表面的压力分布情况与单车外流场进行了比较.在并列行驶情况下,车体周围的速度和车身表面压力分布与单车不同,呈不对称分布,并且在两车的内侧出现了低压区,两车具有相互靠近的趋势.通过计算,两车的气动阻力有所增加,侧向力有了很大程度的增加.     

弯径比对HTR-10内90°弯头中氦气流动特性的影响

10 MW高温气冷堆(HTR-10)直接利用蒸汽发生器内的90°弯头结构对氦气流量进行测量,为了保证反应堆的安全性与经济性,结合实验和数值模拟的方法研究了不同弯径比条件下90°弯头内流体流动特性。依据弯头内、外弧面压力分布的实验结果对CFD计算模型的可信性进行了验证,并针对高温气冷堆蒸汽发生器内的工况,计算了不同弯径比条件下90°弯头处氦气的流动特性。对比实验结果和CFD模拟结果可发现,当管道直径一定时,弯头内、外弧面的压力呈现明显的不均匀分布现象,弯径比越小,内、外弧面的压差越大,压力分布的变化速率也越快。对于相同弯曲角度处截面上的压力分布来说,弯径比越小,压力分布的变化速率越大。     

不同攻角运动的水下导弹表面空泡流场数值研究

在水下高速航行的弹体表面的局部低压区会形成空泡,而空泡的形成会对弹体周围的流场造成很大的影响.当弹体在一定攻角下航行时,弹体周围的流场非常复杂.文中采用Singhal提出的空泡模型,利用有限容积法对三维弹体的外流场进行了数值模拟.将零攻角下的数值结果与文献中的经典实验结果进行了比较,二者数据符合较好.利用此方法对5种小攻角进行了研究,比较分析了5种攻角下弹体表面的空泡分布和压力系数分布,并通过数值积分的方法得出弹体在不同攻角下的侧向力和力矩.计算结果表明,当攻角大于2.5°后,侧向力和力矩会大幅度的增加.文中结论可供水下垂直发射与水下导弹的研究与设计参考.     

侧向力模式对框架地震反应的控制能力

为了考察Pushover侧向力模式对结构局部反应的控制效果,以6层钢筋混凝土典型框架为例,在OpenSees平台上,分别进行了大样本地震波罕遇烈度作用下的非线性动力反应分析,以及3种常用侧向力分布模式的Pushover分析.以大样本时程分析的统计结果为对比基准,对3种Pushover分析结果的反应特征进行了研究,考察了框架的塑性铰分布、转角延性等局部反应.研究表明,与楼层质量成正比的均匀侧向力分布模式误差最大;根据框架瞬时割线刚度确定侧向力的适应性分布模式误差最小,其塑性铰分布规律以及各屈服杆端的转角延性值与时程分析结果的差别均最小,但柱端局部变形的误差不应忽视;倒三角侧向力分布模式分析结果的误差介于前述两种模式之间.     

桨叶涡流场中舵表面脉动压力的数值模拟

为了探讨螺旋桨涡流场中的舵表面的脉动压力特性,本文使用大涡模拟的方法研究了螺旋桨和舵的相互作用。螺旋桨模型使用单桨叶E779A模型,使用切割体网格划分方式对流场域进行网格划分,对螺旋桨和舵附近的流场域进行网格加密,采用重叠网格方法实现螺旋桨的旋转;对桨舵干扰下的梢涡流场进行数值模拟,探讨了梢涡流场中舵表面压力的分布情况,对舵表面上的脉动压力分布进行时域和频域分析,从数值模拟结果可以看出:梢涡流经舵表面之后会产生错位现象,错位的方向与螺旋桨旋向相一致,位于梢涡流场区的舵表面上的压力具有非常强烈的周期性,而位于毂涡流场区的舵表面上的压力周期性不强。     

基于整车风洞试验的MIRA车型数值计算

为了明确稳态数值计算对于整车气动力,特别是车身表面压力的预测能力,首先以全尺寸MIRA车型整车风洞试验数据为基准,进行网格方案研究并得出结论、车身面网格为10mm、5层边界层网格且第1层网格无量纲高度Y+=30可以满足网格无关性要求。然后,基于该网格方案进行数值计算后得到:无偏航工况下,阻力系数CD与试验值误差为0.34%,升力系数CL误差为1.06%;3°～20°偏航工况下,CD和侧向力系数CS误差分别不超过5%和9%,表明气动力计算准确性较高;车身表面254个测压点中,压力系数CP预测误差大于50%的测点个数基本不超过20%,其中误差较大的测点主要位于车身底部以及背风侧等流动较为复杂的区域。     

基于数值分析不同填料下扶壁式挡墙土压力研究

不同填土情况下,运用Flac3D数值软件模拟了扶壁式挡墙侧向土压力分布情况,重点分析了砂土、黏土、多年冻土作为填料对侧向土压力分布的影响。结果表明:当砂土φ30°,作用于墙背上的侧向土压力将达到稳定;黏性填土φ值在15°~25°变化时,侧向土压力先变小后变大,并趋于稳定,当c20 k Pa时,墙背侧向土压力趋于稳定;多年冻土由于黏聚力大,改变φ、c,侧向土压力没有明显变化。另外,侧向土压力沿墙高缓慢增加,在底部出现回弯,与规范理论计算呈线性变化不一致,这主要是由于挡墙墙背、扶壁与填土的摩擦减压作用使计算结果小于理论值,作用于墙背上的侧向土压力比理论计算主动土压力小40%左右。     

水平90°弯管内固液两相流动的数值模拟

为研究90°弯管内固液两相流动特征,采用多相流混合模型对水平90°弯管内水和沙粒固液两相流动进行数值模拟,分析弯管典型横截面上二次流现象,讨论其发展变化对沙粒浓度分布的影响.模拟结果显示:当Re=5×104时,随着入口沙粒浓度升高,弯管出口横截面中心区域混合流体速度趋于更均匀分布,随着入口沙粒直径增大,沙粒快速积聚于管道下侧,形成堆积;当Re数增大到2×105时,在相同沙粒直径下,弯管出口横截面混合流体速度分布变化不大,除管道下侧区域外,沙粒浓度分布变得更均匀.与实验结果对比表明,该模型可用于弯曲管道内固液两相流动特性的有效计算.     

迎角从0°到60°全机亚跨超音速绕流数值解法

采用有限体积法高效求解Ｅｕｌｅｒ方程，成功地计算了全机亚跨超音速迎角可达６０°的绕流流场及空气动力。还就应用求解Ｅｕｌｅｒ方程模拟大迎角分离流动的能力进行了探讨。计算表明，应用本方法能自动捕获大后抓角机翼前缘分离涡，机身分离涡及其相互干扰。计算结果与实验的压力分布及气动力吻合良好。     

方腔涡流运动对压力脉动噪声影响的数值分析

为了研究水下方腔内的湍流流动情况,采用k-ε模型和大涡模拟(LES)方法分析了腔内流场的涡旋分布及其发展规律、关键位置的压力脉动特征,运用MATLAB平台对时域下的压力脉动信息进行快速傅里叶变换,得到频域脉动压力级结果,进而讨论了腔内关键压力点的脉动特征.结果表明:压力脉动的峰、谷特征与涡流运动状态具有良好的对应性;方腔不同位置点的压力脉动频率和压力级特征不同,与相应的涡流运动状态密切相关;通过与相同方腔模型脉动声压实验数据的对比表明,在40 Hz以上频率,方腔涡流压力脉动级与实验具有很好的符合度,验证了数值模拟和傅里叶分析方法的可行性和准确性.     

Pushover侧向力模式对框架地震反应的控制能力

为了考察Pushover侧向力模式对结构局部反应的控制效果,以6层钢筋混凝土典型框架为例,在OpenSees平台上．分别进行了大样本地震波罕遇烈度作用下的非线性动力反应分析,以及3种常用侧向力分布模式的Pushover分析．以大样本时程分析的统计结果为对比基准,对3种Pushover分析结果的反应特征进行了研究,考察了框架的塑性铰分布、转角延性等局部反应．研究表明,与楼层质量成正比的均匀侧向力分布模式误差最大;根据框架瞬时割线刚度确定侧向力的适应性分布模式误差最小,其塑性铰分布规律以及各屈服杆端的转角延性值与时程分析结果的差别均最小,但柱端局部变形的误差不应忽视;倒三角侧向力分布模式分析结果的误差介于前述两种模式之间．     

水平90°弯管内固液两相流动的数值模拟

为研究90°弯管内固液两相流动特征,采用多相流混合模型对水平90°弯管内水和沙粒固液两相流动进行数值模拟,分析弯管典型横截面上二次流现象,讨论其发展变化对沙粒浓度分布的影响。模拟结果显示:当Re=5×104时,随着入口沙粒浓度升高,弯管出口横截面中心区域混合流体速度趋于更均匀分布,随着入口沙粒直径增大,沙粒快速积聚于管道下侧,形成堆积;当Re数增大到2×105时,在相同沙粒直径下,弯管出口横截面混合流体速度分布变化不大,除管道下侧区域外,沙粒浓度分布变得更均匀。与实验结果对比表明,该模型可用于弯曲管道内固液两相流动特性的有效计算。     

装配式凸轮轴三点式轴向滚花过程

结合有限元分析及滚花试验,研究了三点轴向滚花过程中轴体表面应力、应变分布规律,滚齿形成过程,以及滚花刀参数对刀具负荷、装配过盈量、装配压装力及静扭强度的影响。结果表明:三点滚花工艺成齿饱满,轴表面金属流动充分且未超过材料破坏应力;滚花刀齿高和齿顶角是决定刀具负荷、装配过盈量、压装力及装配件静扭强度的重要因素;滚花数值模拟与试验结果基本吻合,可以为滚花装配工艺参数的制定提供可靠依据。     

斜通道内热流场的实验与数值研究

针对热烟气在浮力作用下沿斜通道流动的现象,采用实验方法对倾斜角为20°两侧开口通道中截面上的温度分布进行了测量.通道长3 m,宽0.8 m,高1.0 m.热源功率为1 500 W,放置于通道底部中间位置.同时采用数值方法对上述通道在倾斜角为0°,10°和20°时通道内的热流场进行了预测.结果发现除了靠近热源附近之外,实验值与数值结果吻合得相对较好.整个实验与计算结果可为相关工程设计提供参考.     

承压式溢流井淤积实验研究

为研究承压式溢流井的淤积规律,通过模型实验实测了井底面速度分布,并据此计算出相应的床面切应力。根据相似准则进行泥沙沉积实验,得到不同工况下的泥沙沉积分布。结果显示,溢流井内流场在恒定流工况时由一对大致对称的椭圆形涡流组成,而且涡流周围区域的紊动能及切应力均较大,其冲刷力亦较强,泥沙难以沉积下来。涡流中心和四周角落区域的切应力及冲刷力较小,有大量泥沙沉积。分析比较泥沙沉积位置与切应力分布,即可估计出模型沙的临界切应力值为0.05～0.07N/m2。     

过冷核态池沸腾汽泡扫荡中表面张力作用分析

针对目前微加热表面汽泡动学研究结果存在分歧现象,对超纯水过冷核态池沸腾过程中微尺度铂金加热丝表面的射流和汽泡扫荡现象进行了数值模拟.结果表明:汽泡的合并和脱离现象可在等温条件下发生,即不考虑表面张力分布不均或热毛细力作用的影响;射流的诱因是热毛细力效应,这与以往的分析结果一致;汽泡扫荡是泡底液层不对称温度场和表面张力分布不均引起的横向热毛细作用的共同结果,模拟结果与相关实验观测吻合.     

不同形状疏水性微肋阵内流场Micro-PIV流动可视化研究

运用Micro-PIV显微粒子图像测速系统对不同截面形状、不同接触角微肋阵的流动特性展开可视化研究.通过制备接触角为83°、99.5°、121.5°、151.5°的疏水表面,研究Re数为100～450时工质绕流圆形、椭圆形和菱形微肋阵速度与流线变化,并对流场进行分析.实验结果表明,在圆形微肋阵中尾涡的出现相比于宏观尺度有明显延迟,直到Re达到250时在中间的圆柱尾部才出现对称漩涡.对比3种形状微肋阵可发现,椭圆形具有的流线型结构和菱形具有的细长结构不易发生边界层分离.在经过疏水性处理后,圆形针肋尾部的边界层分离明显延迟,接触角为151.5°的表面边界层最晚分离.