活塞式合成射流激励器流场特性研究

本文主要介绍了一种活塞式合成射流激励器,并对其进行了全面的数值模拟计算研究,计算结果表明,合成射流流场与诸多因素有关一一激励频率、出口长度、活塞直径、活塞冲程、出口宽度,并分析了随着各个参数的变化合成射流流场的变化规律：随着激励频率和活塞冲程的增加,射流流场速度增加,涡量增大,随着出口长度的增加,涡量增大;随着活塞直径的增加,流场变化不明显;随着出口宽度的增加,流场速度减小,涡量减小。     

大气层不同高度气压对等离子体射流激励器性能影响的研究北大核心CSCD

为将等离子体射流应用于大气层中的飞行器进行流动控制,对火花放电等离子体合成射流激励器,搭建了一套模拟不同大气层高度气压的真空实验系统,通过改变实验容器内的气压来模拟不同的大气层高度,利用动态压力传感器测量激励器射流出口的压力变化,得到激励器出口射流速度。分别对两个不同结构参数的两电极火花放电等离子体射流激励器进行了实验研究。实验结果表明,随着大气层高度的增加,火花放电等离子体合成射流的峰值速度不减反增;在0~10000m高度之间,射流峰值速度随高度大致成线性关系变化;大气层高度每增加1000 m,射流峰值速度增大15%~25%;在10000 m高度左右,高空射流峰值速度大约是地面的两倍。研究表明,在不同的大气层高度下,加载电压幅值、频率、占空比对激励器性能的作用规律与在地面常压下的作用规律相似。     

大气层不同高度气压对等离子体射流激励器性能影响的研究

为将等离子体射流应用于大气层中的飞行器进行流动控制,对火花放电等离子体合成射流激励器,搭建了一套模拟不同大气层高度气压的真空实验系统,通过改变实验容器内的气压来模拟不同的大气层高度,利用动态压力传感器测量激励器射流出口的压力变化,得到激励器出口射流速度。分别对两个不同结构参数的两电极火花放电等离子体射流激励器进行了实验研究。实验结果表明,随着大气层高度的增加,火花放电等离子体合成射流的峰值速度不减反增;在0~10000m高度之间,射流峰值速度随高度大致成线性关系变化;大气层高度每增加1000 m,射流峰值速度增大15%~25%;在10000 m高度左右,高空射流峰值速度大约是地面的两倍。研究表明,在不同的大气层高度下,加载电压幅值、频率、占空比对激励器性能的作用规律与在地面常压下的作用规律相似。     

端面效应对椭圆罩线型切割器射流成型的影响

为了研究端面效应和装药长度对椭圆形罩线型聚能装药射流成型性能的影响特点和规律,运用ANSYS/LS-DYNA对方案进行了三维数值模拟,获得了不同时刻射流的成型图片。结果分析表明:端面效应使得装药形成的射流质量和速度均有一定程度的下降;在装药长度不同的条件下,端面效应对射流成型的影响也不同;当装药长度小于20 mm时,基本不能形成射流;当装药长度大于20 mm小于80 mm时,对于某一装药长度,形成的射流最大速度逐渐增大至某一固定水平,装药长度范围内可以形成比较稳定的射流。为了尽量降低端面效应对射流成型的不利影响,装药长度需要大于80 mm。研究成果可以为线型聚能装药射流成型的理论研究和装药结构的选择提供参考。     

圆柱位型磁流体速度的数值计算

应用半解析方法,研究了具有圆柱位型的等离子体处于不同压强时,磁流体速度随半径的演化规律。数值计算结果表明:当等离子体压强不同时,径向速度的变化较小,角向速度和轴向速度的变化较大。轴向速度随半径的演化规律与角向速度的规律类似,但是,压强对轴向速度的影响比对角向速度的影响更加明显。等离子体压强对长波模式流体的速度影响较为明显。     

饱含柴油密闭结构抗射流侵彻性能分析

应用LS-DYNA有限元软件对射流垂直侵彻饱含柴油液体密闭结构过程进行数值模拟。通过射流侵彻内腔直径30 mm、内腔高度30 mm、壁厚5 mm的饱含柴油液体密闭结构的脉冲X光摄影和剩余穿深实验,验证了数值计算方法。研究了不同结构尺寸时,饱含柴油液体密闭结构的抗射流侵彻能力。分析了密闭结构尺寸特性对射流稳定性以及射流侵彻密闭结构后的剩余侵彻能力的影响。结果表明,柴油液体径向汇聚严重干扰射流稳定性,容器内腔直径和高度影响受干扰射流的速度区间的长度及位置,容器壁厚影响柴油径向汇聚强度。     

入口扰动数据周期对湍流预混射流火焰直接模拟的影响

该文对湍流平面射流预混火焰进行了直接数值模拟。射流入口的扰动速度数据依据各向同性衰变湍流的能谱生成,研究了扰动数据周期的选取对模拟结果的影响。表明当入口扰动数据的周期大于总的计算时间时,得到的不同时刻的瞬态模拟结果有较明显的差异,并得到了时均定常的气体平均温度、速度和组分浓度分布。而当扰动数据周期小于总的计算时间时,入口扰动数据的周期性会对模拟结果产生影响,导致瞬态结果出现周期性。     

半椭圆形罩LSC的准三维和三维数值模拟对比

为了得到半椭圆形罩线型聚能装药(LSC)射流成型的特点和规律,利用ANSYS/LS-DYNA软件分别建立了半椭圆形罩LSC的准三维和三维数值计算模型,对射流成型过程进行了数值模拟,获得了射流成型过程的特点和典型时刻沿对称面射流速度梯度分布及射流最大速度随时间的变化关系。从横断面看,形成的射流较长且均匀,相对质量和速度均较大,速度梯度呈现明显的三段特征;杵体短而粗,相对质量和速度均较小;两种数值计算模型获得的射流最大速度出现的时刻、杵体断裂时刻和射流断裂时刻以及典型时刻沿对称面射流速度梯度分布均有所差别。结果对比分析表明,三维数值计算模型比准三维计算模型能更全面准确地模拟出射流的成型过程,获得的结果更可靠。     

半椭圆形罩LSC的准三维和三维数值模拟对比

为了得到半椭圆形罩线型聚能装药(LSC)射流成型的特点和规律,利用ANSYS/LS-DYNA软件分别建立了半椭圆形罩LSC的准三维和三维数值计算模型,对射流成型过程进行了数值模拟,获得了射流成型过程的特点和典型时刻沿对称面射流速度梯度分布及射流最大速度随时间的变化关系。从横断面看,形成的射流较长且均匀,相对质量和速度均较大,速度梯度呈现明显的三段特征;杵体短而粗,相对质量和速度均较小;两种数值计算模型获得的射流最大速度出现的时刻、杵体断裂时刻和射流断裂时刻以及典型时刻沿对称面射流速度梯度分布均有所差别。结果对比分析表明,三维数值计算模型比准三维计算模型能更全面准确地模拟出射流的成型过程,获得的结果更可靠。     

机翼失速颤振抑制的合成射流相位控制方法

提出合成射流抑制机翼失速颤振的相位控制方法。基于复合材料闭口截面薄壁梁理论建立了三元机翼两自由度的动力学模型,并采用CFD软件模拟了合成射流作用下翼型周围的流场,发现在一定条件下,合成射流可控制脱落涡的相位。在此基础上,提出采用合成射流控制翼展涡脱相位,降低脉动气动载荷在各阶振型上的投影幅值来抑制失速颤振。以NACA0012复合材料三元机翼为例,对其进行数值验证。结果表明:当翼展上合成射流激励器之间的相位差较大时,一阶弯曲和一阶扭转的共振幅值可降至约6%,而二阶弯曲和二阶扭转的共振幅值可降至10%。     

水深和药量的变化对水下爆炸气泡射流的影响研究

假设水下爆炸气泡脉动阶段的流场是无旋、不可压缩的理想流体,运用势流理论导出气泡边界面运动的控制方程,应用气泡动力学模型,用时边界积分法求解得到气泡等边界的变形及位置,在气泡坍塌后运用环状数值模型模拟气泡的非球状回弹,并开发了相应的计算程序,计算结果与精确解吻合很好。运用该文开发的程序计算自由场中环状气泡的运动,计算了流场中滞后流的速度以及压力随时间的变化,并讨论了水深和药量的变化对水下爆炸气泡坍塌形成的射流速度以及气泡脉动周期的影响,得到一些有规律性的曲线,旨在为相关水下爆炸气泡动态特性研究提供参考。     

Numerical simulation of micro-nozzle and micro-nozzle-array flowfield characteristics

Preliminary numerical simulation using a Direct Simulation Monte Carlo (DSMC) method was conducted to elucidate the internal flowfield and external plume characteristics of micro-single-nozzles and micro-nozzle-arrays, since these small-sized nozzles generally undergo a severe viscous loss due to the low Reynolds numbers. This study also contains the investigation on optimization of the geometry and configuration of the micro-nozzles and micro-nozzle-arrays to achieve the improved propulsive performance. Typical sizes of each rectangular nozzle element were 0.1 mm in throat height, 0.36 mm in exit height, and 0.35 mm in length of the divergent part. For the micro-single-nozzles, calculated specific impulses were fairly in good agreement with our previous experimental data, showing a poor nozzle efficiency due to the viscous loss of low Reynolds number. Also, mechanisms of exhaust jet interaction of multi-nozzle-array jets, bringing a significant improvement in thrust performance, were investigated. As a result, it was shown that pressure and temperature increased at the exit and jet boundaries, and then the exhaust multi-jets were not expanded after the exit, or rather being confined, showing possibilities to realize the higher propulsive performance due to the augmented effect of the pressure thrust.     

四种扑动方式对水下扑翼推进性能影响数值分析

为了对比四种最常见的扑动方式对水下扑翼推进性能的影响规律,研究其对流场的影响机理,分别建立二自由度水下刚性扑翼计算模型。基于Realizable k-ε湍流方程,利用有限体积法（FVM）求解非定常雷诺平均N-S（URANS）方程,结合动网格技术对不同扑动方式下的扑翼非定常水动力性能展开数值计算,并对流场结构进行分析,揭示其影响规律。计算结果表明：四种扑动方式对扑翼推进性能的影响明显,方式3能够产生最大的平均推力,且整体不产生阻力,方式1次之,方式2与方式4不产生平均推力;四种扑动方式产生的平均升力均为0左右,但是方式1升力峰值最大,方式3升力峰值最小。     

A finite element analysis of ship sections subjected to underwater explosion

This paper presents numerical simulations of dynamic responses of a ship section to non-contact underwater explosion using ABAQUS. The finite element model of the ship section including the size of fluid mesh, initial and boundary conditions etc. has been built up. Comparisons of the acceleration and velocity response between the experimental and numerical results have been investigated. The numerical results agree well with the measured results. Furthermore, the effect of the mass proportional damping factor on the velocity response have been investigated numerically. The dynamic response modes of the ship section subjected to a side-on non-contact underwater explosion are discussed.     

射流速度对气幕发射方式下航行体运动过程的影响研究

气幕发射方式是一种新型的航行体水下垂直发射方式。采用数值模拟的方法,研究了不同射流速度情况下航行体水下垂直发射过程中气幕形态、航行体表面压力及阻力特性等的变化规律,得到了在出筒过程中,不同气体射流速度情况下,航行体均可顺利通过气幕的最小半径处,气体射流马赫数越大,航行体总阻力系数越大;在出水过程中,航行体总阻力系数单调降低,与气体射流马赫数无关等结论。     

真空低温纳米生物保存技术

低温保存技术能够延长生物材料的保存时间,在生物医学领域有着广泛应用。经过数十年的发展,已经成功实现了细胞、胚胎等小尺寸生物材料的低温保存,但对器官等复杂组织而言,传统低温保存技术仍然面临许多挑战。真空及纳米技术的应用有望解决这些难题。利用真空及纳米技术对冰晶的成核与结晶过程进行调控,能够提升过冷系统的稳定性,优化大体积玻璃态生物材料的复温过程,从而提升器官等复杂组织的低温保存效果。本文将聚焦于真空及纳米技术在过冷保存及无冰晶的玻璃化保存中的应用,分别从基本原理、研究进展、发展趋势等方面展开论述。     

Formation of a synthetic jet based on a dielectric barrier discharge

Specific thrust of a synthetic jet based on a dielectric barrier discharge generated by a symmetric actuator has been measured. The dependence of the specific thrust on the distance between exposed electrodes at various applied voltages has been studied. The role of convection at various distances between exposed electrodes has been qualitatively assessed by schlieren imaging of synthetic jets.     

Influence of the wake model on the thrust of oscillating foil

Trust generation by flapping wing is a complex fluid phenomenon involving unsteady effects. The work discusses a Boundary Element Method (BEM) based computer model for the analysis of hydrodynamic forces on flapping foil. The specific focus is on the wake model and its effects on the generated thrust. An unsteady formulation of the Kutta condition, assuming finite pressure difference at the trailing edge of the moving foil, was implemented in the numerical procedure to account for the shedding of trailing-edge vortical structures. It is shown that the numerical results depend strongly on the choice of the wake model, especially at large oscillation frequencies. However, the model of the thrust-producing jet (due to the trailing-edge pressure differences) predicts accurately the thrust trend as a function of the oscillation frequency. In other words, the numerical results show the need of experimental data in order to choose the appropriate wake model. An experimental validation of the numerical method is proposed on the basis of recent experimental results that clearly show the time lag between the foil vertical acceleration and generated thrust as predicted by the model. This proves the point that the unsteady BEM approach to these problems is physically sound.     

基于实时混合试验误差累积规律的时滞影响修正方法

为减小实时混合试验中的时滞影响,通常要对数值子结构计算得到的控制指令进行在线时滞补偿.为了保障实时性,要求作动器的负载不宜过大并处于最佳的性能区间.由于大比尺实时混合试验中物理子结构负载较大,对控制系统和作动器性能都提出较高的要求.此外,目前时滞补偿算法是无法完全消除时滞影响的,也即,时滞普遍存在于实时混合试验中且无法...