小型专用风洞试验段流场特性试验研究

通过对一小型专用风洞试验段流场特性的研究,探索了采用小型风洞开展具有特殊流场要求的流场测试试验的可行性.针对脊状表面减阻技术流场测试必须满足低风速和充分发展湍流流动的特殊条件,提出了低风速下增加风洞发展段长度来保证试验段湍流流动状态的措施.利用热线风速仪对风洞试验段流场的测试结果表明,风洞改进前后,可实现湍流流动状态的最小风速从6m/s降至4 m/s,壁面边界层厚度从不足20 mm提高到50 mm左右,近壁区(包括粘性底层和过渡层)厚度也从约2mm增至约5 mm.因此,该小型专用风洞完全具备开展脊状表面减阻技术流场测试试验的能力.     

基于流体网络法的射流式风洞系统流动计算分析

针对下吹式自由射流风洞的流动阻力评估问题,使用流体网络法将风洞系统简化为由典型元件组成的流体网络结构。各个元件均按照理论方法或经验方法计算其流动阻力,按照风洞设计标准设计得到主要元件的结构尺寸。对该风洞进行计算,得到系统内部沿程气动参数变化规律,分析表明系统流动阻力在扩张段处最大。通过设置不同入口压力进行计算,得到对应流量及试验段风速数据。结合所选风机的性能曲线,在风机额定功率下,得出风洞试验段气流马赫数可达0.47。计算结果可为后续进一步提升试验能力和气源系统设计选型时提供数据支撑。     

小型低速开口直流式风洞流场标定

风洞的流场品质是衡量风洞设计的主要指标,也是设计各类风洞试验的主要依据。根据《高速风洞和低速风洞流场品质规范》对西华大学自主设计的一座低湍流度直流式风洞流场进行综合标定,通过热线风速仪、七孔探针、压力扫描阀、皮托管等设备对风洞的性能参数进行试验测定。测定结果显示:变频器输出频率与试验段风速呈良好的线性正比关系;气流的动态压力稳定性和均匀性较理想,湍流度小于 1%,气流偏角小于 0.5°。这表明该风洞的研制符合要求,既能满足科研需要,又可用于教学实验,相关的风洞设计参数和标定方法也可用于同类型风洞的设计和标定。     

高性能亚音速平面叶栅风洞设计

论述了用于测量压气机和涡轮叶片在亚声速状态下的二维气动特性的平面叶栅风洞设计问题。风洞采取暂冲式直流型式,由压缩机和储气罐提供高压气流,稳定段前采用大开角扩散段,并在扩散段进口段设置整流锥,锥后加装两层球面整流网,收缩段与稳定段连接处加设唇口,唇口与收缩段型面曲线均为双三次曲线,为防止试验段由于内外压力差导致漏气所造成的压力损失,在试验段外部加装了驻室结构,出口气流通过消声塔降低噪音再排入大气。风洞整体参数居于国内领先水平。     

叶栅风洞试验段与收缩段间二维收缩型面曲线的选择

采用数值模拟方法研究沈阳航空航天大学高速叶栅风洞试验段流场,由于试验段上下壁板间的垂直高度是随着叶栅攻角的改变而变化的,这就造成了过渡段上下壁收缩曲线的不对称,这其中的气流流场是不均匀的,通过对CFD数值模拟计算结果的比较和分析,最终选择合适的过渡区上下壁面收缩曲线,使得叶栅试验段处得到均匀稳定的流场,达到预期的效果,...     

跌坎型底流消能工附壁射流区脉动压力特性的数值模拟

采用RNGk-ε模型与VOF模型对跌坎型底流消能工附壁射流区内底板的脉动压力特性进行数值模拟,分析了脉动压力在该区的时域、频域特征以及沿程变化情况.结果表明:从附壁射流区起点处脉动强度沿程增强,在该区0.3D处达到最大,后又沿程衰减,在附壁区终点处脉动几乎为0,通过对9种不同水力条件工况的研究,分析出跌坎深度、入池角度、入池能量对该区脉动压力的影响,为跌坎消能工附壁区脉动破坏研究和荷载计算提供一定的参考依据.     

汽车风洞试验段尺寸参数对试验的影响

基于计算流体力学(CFD)的数值模拟,研究了开式汽车风洞试验段尺寸参数对风洞试验的影响。探讨了开式汽车风洞试验的影响因素,进行了不同汽车风洞喷口大小、集气口大小、试验段长度对气动阻力测量试验影响的数值模拟研究,得出了气动阻力系数随风洞尺寸参数的变化趋势。研究表明,风洞喷口尺寸大小对试验影响较大,风洞集气口尺寸和试验段长度对试验有影响,但相对喷口尺寸影响比较小。对开式风洞气室的影响也进行了初步探讨,研究表明,气室的存在对气动阻力系数的影响不大。     

跨声速风洞试验段马赫数静压探针移测方法初探

跨声速风洞模型区核心流马赫数分布特性是评价风洞流场性能品质的重要指标,通常采用长轴向探测管进行测量。为了模拟无干扰的来流特性,一般长轴向探测管都会从支架段延伸至风洞收缩段,因此通常都具有较长的尺寸、较多的静压测点以及较小的堵塞度要求。为了更精确地测量跨声速风洞模型区核心流马赫数分布,设计了相对于长轴向探测管堵塞度更小、尺寸更短的静压探针。在风洞流场判稳的基础上,由移测机构带动静压探针移测试验段模型区核心流的马赫数分布,通过风洞试验对其测值特性开展了相关研究。试验结果表明,当Ma≤0.95时,静压探针采用移测方式获得的核心流马赫数分布总体规律及量值与长轴向探测管测量结果基本相当,但是静压探针在部分流场细节上与长轴向探测管存在差异,主要表现为:静压探针马赫数测量波动更小,精度更高,均匀性指标更好。     

旋转压缩机低频噪声源识别及噪声抑制

旋转压缩机的低频噪声对空调器噪声的影响较大,对其来源进行识别并加以控制是研究中的难点.通过噪声时域分析、频域分析、声强测试、压缩机内部压力脉动测试及空腔声模态计算等各种手段的综合运用,确定了压缩机630Hz频段噪声尖峰源自排气压力脉动激起空腔声模态共振,然后对排气消声器进行优化设计,使得消声器两个出口声波激起的空腔声场相位相反、幅度相等,从而相互抵消,取得了5dB以上的实际降噪效果.     

输电线风噪声的声学风洞试验

针对输电线的风噪声问题,研制用于风致噪声试验的声学风洞,测试光滑圆柱杆件的风噪声以校验风洞试验的测试结果,进行不同风速下的导线和地线风噪声试验,研究输电线缠绕扰流线的抑噪措施.结果表明:研制的声学风洞具有很好的声学特性,适用于输电线的风噪声研究;圆柱风噪声的卓越频率随着风速的增加而增大,通过卓越频率反算所得的斯托罗哈数为0.2;较低风速时导线的声压级比地线大,较高风速时导线的A计权声压级小于地线;输电线缠绕扰流线后具有很好的降噪效果,最高A声级降噪水平大于10dB.     

缝翼流场结构与低频窄带噪声形成特性研究

低频窄带噪声是缝翼噪声的重要组成部分,研究其产生机制是缝翼噪声抑制的重要途径.基于30P-30N多段翼的瞬态流场分析,采用本征正交分解(POD)和动态模态分解(DMD)方法研究缝翼瞬态压力脉动的模态结构特征,获得缝翼瞬态流场主要特征模态以及窄带频率分布;利用经验模态分解(EMD)和互相关分析,保留原始瞬态压力信号的低频...     

Investigation on Temperature Field Calibration and Analysis of Wind Tunnel

风洞温度场校测研究与分析

任兆琨,马占元,张悦,许红达,王云祥,徐辉

（中国航空工业空气动力研究院,哈尔滨 150001）

摘要：对于风洞来说,对其试验段进行温度和流场校准至关重要,这是评估风洞流场品质的重要指标。本文利用一个由温度传感器组成的桁架对一个完整风洞截面的温度场进行了标定。通过调整测温桁架与喷嘴之间的距离以及风速,可以获得不同位置的温度场分布数据。通过分析这些数据,以确定影响温度场分布的重要因素,同时对风洞的温度场进行了相应的数值模拟,目的是进一步分析空气和风洞壁之间的流体传热情况。通过以上分析方法,进一步验证了风洞内温度场的品质,为未来相关模型的风洞试验提供了参考。

关键字：风洞;温度场;数值模拟;流体传热

     

水跃底部壁压脉动机理的实验研究

本文根据实验资料,通过分析水跃底部脉动压力的互相关特性,以及比较脉压强度与水平紊流强度的沿程分布情况,揭示出水跃区的壁压脉动源主要来自相干结构中的、准稳定的大尺度表层涡旋的摆动。     

LES和无限元耦合方法预报螺旋桨均匀流噪声

为获取水下螺旋桨噪声数值预报的方法,通过大涡模拟(LES)和声学无限元方法耦合,对均匀流螺旋桨进行频域噪声数值预报。通过敞水性能和桨叶表面压力分布的计算结果和试验值的对比分析,证明计算方案的准确性,进而分析了螺旋桨周围流场的脉动压力,获得特征点处各阶脉动压力幅值信息。在对螺旋桨噪声性能进行分析时,从特征点的声压频谱曲线中可以获取螺旋桨各阶叶频声压级峰值信息,且可得知总声压级大小与一阶叶频(BPF)的声压值相近。同时,由声压云图的比较分析可以看出,螺旋桨均匀流噪声主要由单极子噪声和偶极子噪声组成,单极子噪声占主要部分。该方法能够较为准确的预报均匀来流下螺旋桨的水动力噪声,为实际的工程应用提供了一套可行的预测方案。     

一种新的风洞轴流风扇安装角调整方法

依据轴流风扇二维叶素理论及低速风洞回路气动特性,将风扇效率及风洞损失系数作为关键参数,推导出风扇在非设计点时,风扇桨叶安装角与风扇转速、气体流量之间的固有关系,由此发明了一种不需要测试风扇压升,仅根据风扇基本运行参数即进行风扇非设计点安装角调整的新方法。某风洞风扇的调试过程中,在测试得到风扇转速与试验段风速对应关系的基础上,利用该方法,直接计算出风扇安装角的调整量,一次成功。试验结果表明,在风扇安装角调大4.5°后,风洞试验段风速60 m/s对应的风扇转速为570 r/min,与预测值575 r/min偏差0.9%,预测值与实际值吻合较好,由此证明了此方法在工程运用中的可靠与准确性。     

基于压强射流板的汽车天窗风振噪声优化

针对汽车天窗开启引发的风振噪声问题,在分析了天窗风振噪声生成机理的基础上,提出采用 压强射流板结构对风振噪声进行控制的方法。通过数值仿真模拟,对比分析了汽车原始天窗和添加压强射流 板的风振噪声,验证了压强射流板降噪的有效性。并以风振噪声的声压级为优化目标,对压强射流板的射流 压强和射流角度进行了优化设计,通过对比筛选出最优的降噪方案。结果表明,压强射流板可以有效降低风 振噪声的脉动压力波动幅度和声压级强度,从而提高汽车的乘坐舒适性。     

多级孔板消能工壁压脉动特性研究

本文在孔板消能工模型实验的基础上,利用相关分析的方法,研究了孔板式压力消能管道(或隧洞)的壁压脉动特性,给出了消能室壁压脉动的纵向和环向分布规律,论证了“泰勒冻结假定”在消能工紊动流场中的可行性,提出了边壁脉动压力的点、面转换关系以及频谱转换的数学表达式。     

超临界二氧化碳在密闭竖直细管内传热试验

超临界流体技术是新兴的化工技术之一,传热是其工程应用研究的重要方向。以二氧化碳作为超临界流体的代表,通过试验得到密闭竖直细管内二氧化碳在超临界状态下自然对流的传热特性。探索了试验段管径、加热段加热功率不变,试验工质在不同压力的条件下的传热特性。研究表明:竖直密闭细管内的超临界流体二氧化碳的传热方式以自然对流为主。加热试验段,当试验段壁温升高到超临界温度以上,密闭空间内超临界状态的二氧化碳在稳定操作条件下,通常会发生"脉动"传热现象。试验段充入二氧化碳后,加热段的测温点温度降低3℃,而在冷凝段测温点温度却提升了近6℃,各测温点间温度差减小,即试验段的温差呈现"展平"现象。说明在超临界压力下,二氧化碳的传热性能好于常规状态。     

基于串联式轴向柱塞泵转位角降噪方法仿真

提出基于串联式轴向柱塞泵转位角的降噪方案.建立轴向柱塞泵理论模型以分析轴向柱塞泵噪声的产生机理,对比仿真结果和从流量脉动测试试验台测试得到的实验结果,表明理论模型具有高精度.分析转位角对轴向柱塞泵出口流量脉动率、出口流量及斜盘转矩脉动幅值的影响.通过优化转位角,使其降低轴向柱塞泵噪声激振源强度达到效果最佳.分析轴向柱塞泵负载压力和工作转速对基于串联式轴向柱塞泵转位角的降噪效果的影响.研究结果表明,由于2个转子结构的激振源波形具有固定相位差,在波形叠加时产生平均效应,与同排量传统单轴向柱塞泵相比,具有转位角的串联式轴向柱塞泵的出口流量脉动降低55%以上、斜盘转矩脉动降低65%以上,且降噪效果受工作参数的影响相对较小.在激振源强度大幅度降低的同时,轴向柱塞泵的功率密度基本上不受影响.     

基于数值风洞的桥梁断面三分力系数模拟

用以计算流体动力学(CFD)为基础的数值风洞代替物理风洞模拟桥梁周围的风场特征,不仅能得到流场的压力、速度和涡旋的分布,还能提取桥梁的各种气动参数,为流固耦合的计算奠定基础。以一大跨度桥梁的扁平箱梁为模型进行了-10°~10°攻角下的风场模拟,通过改变边界条件的方法改变风攻角,提取三分力系数,并将计算结果与已有的风洞试验值相比较,吻合较好,最后绘出的0°攻角下的速度、流线和压力云图可以形象地描述流场的变化情况。验证了采用CFD技术模拟风场特征,识别桥梁三分力系数方法的可行性与可靠性。