高压喷嘴内部空化流动的数值模拟研究

高压柴油喷嘴入口流动分离产生的局部低压会诱发空化现象。该文利用k-ω SST 两方程湍流模型和k-kl-ω湍流/转捩模型对某喷嘴内无空化及空化流动进行数值模拟。结果表明k-kl-ω模型可有效预测喷嘴入口回流区分离转捩过程, 且喷孔内空化流的空泡位置、形态及出口质量流量与实验结果吻合很好, 能更准确模拟喷嘴内空化流动, 而k-ω SST 模型忽略了分离转捩过程, 难以预测喷嘴内部的初生空化及流动特性。进而采用k-kl-ω模型探讨了喷嘴入口回流区流动结构及转捩过程对空化初生及发展的影响, 揭示出回流区长度、压力及脉动能强度分布特性, 为深入研究喷嘴射流雾化机理提供依据。     

考虑异形效应Y形桩侧摩阻力产生附加应力研究

Y形桩作为一种新型反拱曲面异形桩,侧土压力和侧摩阻力具有沿桩周不均匀分布的特性,虽将侧摩阻力假定为均匀分布与假定为集中力相比,附加应力计算结果更符合实际分布规律,但仍存在一定偏差。基于球形孔扩张理论,建立了Y形桩桩侧侧土压力的不均匀分布模型,进而建立了侧摩阻力的不均匀分布模型,并用于附加应力的计算。以主要影响因素外包圆半径R、模板弧度θ为变量,分别对比研究了将Y形桩侧摩阻力假定为集中分布、均匀分布和考虑异形效应不均匀分布三种模式下附加应力的变化规律,并将考虑异形效应的侧摩阻力产生附加应力计算方法用于沉降计算,通过现场静载荷试验数据验证,考虑异形效应的侧摩阻力产生附加应力计算方法所计算的沉降值与实测值吻合度更高。     

颗粒状粗糙元对可蚀性地表的保护作用

应用粗糙壁面附近湍流边界层的阻力分解规律,研究了可蚀性地表上散布的颗粒状粗糙元的防风蚀效应。认为按一定密度散布在地表的颗粒状粗糙元(例如粗沙和砾石等),对抑制风蚀起到了两个关键作用:其一,增大地表盖度以减少暴露面积;其二,削弱了暴露面积上的风阻力。基于这一认识,应用量纲分析原理,建立了地表风蚀率与边界层外风速、粗糙元分布密度之间关系的理论公式,并依据有关实验数据分析了公式的可靠性。     

随机起伏界面声散射的实验与理论研究

进行了二维粗糙海面声波散射特性的水池实验,测量了不同入射角、散射角以及方位角条件下所对应的散射强度。实验通过不同位置风扇对水面的吹拂获得粗糙水面,分别对水平面上互相垂直的两个方向上的水面波高变化进行了测量,利用周期图法估计出这两个方向上的空间功率谱,验证了实验中的粗糙水面是各向同性的。利用改进的空间域处理技术去除了总声波信号中的直达波和其他固定位置散射体的散射信号,获得了粗糙水面的声波散射信号。利用小斜率近似方法计算了二维粗糙海面的声散射特性。实验与模拟计算结果比较,证实了计算二维粗糙海面声波散射特性的小斜率近似方法的有效性与准确性,相互印证了实验与理论。     

德国国家物理研究院新建风洞的特性研究

作者针对PTB的风洞,利用LDA等技术对风洞的流场特性进行了详细的研究,实验确定了在3种不同边界条件下的速度剖面和干扰度剖面,分析了风洞的置换边界层厚度随风洞中心流速变化的规律和共振特性。     

基于k-ε模型模拟平衡态大气边界层的比较研究

平衡态大气边界层的准确模拟是计算风工程领域的基础性难题,也是研究热点问题之一。该文首先对近年来国内外针对这一问题的理论研究成果按入流边界条件、湍流模型参数、附加源项模型以及壁面函数模型等四个方面进行了全面梳理和系统总结,并建议了一组新的标准k-ε模型湍流模型参数和通用壁面函数模型表达式。接着,采用计算流体动力学方法,建立简单边界层流动数值风洞模型,按照以上四种类别采用递进的方法对这些理论成果进行了详细的数值模拟验证和比较分析。结果表明:基于湍动能k方程解析解的入流边界条件并不必然会生成平衡态边界层,它和湍动能剖面的数学模型表达形式关系很大;除入流湍流边界条件外,湍流模型参数取值及壁面函数对平衡态大气边界层的模拟亦有较大影响,而增加源项并不能有效改善速度和湍动能剖面在整个流域范围的自保持性。该文对这一类问题的研究具有一定参考价值。     

德国国家物理研究院新建风洞的特性研究

作者针对PTB的风洞，利用LDA等技术对风洞的流场特性进行了详细的研究，实验确定了在3种不同边界条件下的速度剖面和干扰度剖面，分析了风洞的置换边界层厚度随风洞中心流速变化的规律和共振特性。     

纤维束交叉起伏对缠绕复合材料刚度的影响

纤维缠绕过程会在局部区域形成纤维束的起伏、交织。针对起伏区域纤维束的非正交交织的特点,提出一种缠绕复合材料刚度的计算方法:先通过螺旋缠绕角度和起伏层倾斜角度,将三维刚度进行两次转换,然后将转换后的起伏区域的三维刚度转化成缠绕层面内二维有效刚度;利用二维有效刚度,将缠绕复合材料刚度系数A_ij、B_ij和 D_ij各项在起伏区域上进行数值积分取平均值,再利用转换矩阵得到缠绕复合材料的整体刚度矩阵。算例的结果表明,考虑了纤维束的起伏、交织后缠绕复合材料刚度矩阵发生了一些变化,特别是耦合刚度的变化更为明显。      

二三维连续介质分析中的等效弹簧元

该文给出了一类将二维和三维连续介质等效成弹簧元体系进行分析的研究思路,并将二维和三维的等效弹簧单元应用于容器结构与内部连续介质相互作用的静力与动力分析中。首先,该文给出了基于刚度等效原理的二维与三维等效弹簧元理论。其次,利用二维等效弹簧元模型作为基本单元分析了连续介质对容器壁的压力分布规律,并利用三维等效弹簧元模型分析了容器壁与内部连续介质共同响应的动力特性。数值算例表明:与常用的连续介质有限元模型相比,等效弹簧元模型的计算效率和精度更高。在容器结构与内部连续介质共同响应动力分析中,等效弹簧元体系与工程中常用的附加质量法相比,不光有更高的计算效率,而且能更正确地反映内部连续介质刚度对共同响应动力特性的影响。等效弹簧元在工程应用分析中具有良好的适应性。     

新型二维铜族硫族化合物MX(M=Cu,Ag,Au;X=S,Se,Te):二维极化金属与可见光催化剂（英文）

二维过渡金属硫族化合物因其优异的特性和广泛的应用前景而受到众多研究领域的关注.本文报道了一类具有极化金属和可见光催化特性的新型二维铜族硫族化合物MX (M=Cu,Ag,Au;X=S,Se,Te).金属性ι-CuS、ι-AgS和ι-AgTe的原子结构是面外反演非对称的,其底部和顶部具有不同功函数.因而这些金属单层与石墨烯形成异质结可使其功函数从4.35 eV扩展到3.87–5.04 eV.半导体性β-AgSe和α-AuTe/α-AuS/α-AuSe在pH=0/7下仅仅满足H⁺/H₂和H₂O/O₂反应的带边要求.进一步,α-AuSe/α-AuTe异质结作为Z型光催化剂在可见光驱动的水分解中具有极大的应用潜力,其具有合适的带边位置、增强的光吸收以及高太阳能-氢能转换效率(20.47%).这些优异的性能使二维铜族硫族化合物MX成为二维过渡金属硫族化合物研究领域的重要组成部分,有望得到理论和实验的密切关注.     

自适应变阻力特征加油稳定伞设计及气动特性研究

该文基于骨架弹簧片原理,提出了一种新型自适应变阻力特征加油稳定伞设计方法,以实现稳定伞的阻力特征面积随飞行速度变化自适应发生改变,在一定速度范围内保持阻力值基本恒定,使得加油稳定伞与加油机的相对位置基本固定。为了验证该设计方法的正确性,充分了解弹簧片弹性模量和厚度参数对稳定伞气动特性的影响规律,该文通过风洞测力试验和变形测量技术研究了四套弹簧片自适应变阻稳定伞的气动特性,并对数据结果的拓展应用进行了分析,提炼出了工程估算模型。结果表明:该文所提出的自适应变阻力特征稳定伞设计方法正确合理,风速变化时骨架弹簧片发生自适应弹性变形,使得阻力特征面积能够自适应调整,起到稳定阻力大小的作用;弹簧片抗弯刚度越小,变形越大,在试验风速范围内,1.0 mm钢弹簧片稳定伞的自适应特性最优;与传统恒定阻力特征加油稳定伞相比,自适应变阻稳定伞的稳定性能更好,气动载荷动态测量结果波动更小;所获得的研究结果以及工程估算模型能为工程适用的自适应变阻稳定伞设计提供重要的数据支撑。     

角钢输电铁塔横担角度风荷载系数取值研究

完成了10 m/s、15 m/s和20 m/s来流风速下的2个角钢输电铁塔横担模型风洞试验,得到了19个风向角下横担的风轴阻力系数,分析了横担角度风系数、横线向和顺线向风荷载分配系数,构造了角度风系数函数并通过非线性拟合分析确定了拟合参数。在假定阻力系数相同的前提下,分别计算了由风洞试验和规范确定的横担有效投影面积。将试验确定的横担角度风荷载计算参数与国内外规范值进行了对比分析,提出了横担阻力系数、角度风系数和荷载分配系数的取值建议。中国规范计算横担阻力系数时,其计算式中的角钢构件阻力系数（1.3）建议由单片桁架阻力系数代替;风向角为0°时的横线向风荷载和风向角为30°时的顺线向风荷载取值偏于保守。     

双曲冷却塔表面三维绕流特性及风压相关性研究

为探究双曲冷却塔表面的三维绕流特性以及空间相关性,以某大型冷却塔为例进行刚体模型同步测压风洞试验,对表面平均和脉动风压分布以及环向和子午向的相关性进行了分析。研究发现,冷却塔的长细比较小,上下端均存在明显的三维绕流特性,并以塔筒上端尤为显著;端部效应主要表现在侧风区平均风压幅值下降、脉动风压激增、平均和脉动风压幅值最大点的后移以及风压环向相关性减弱。风压的环向相关性可以分为两个区域:“相关区域”(0°≤|θ|≤100°)和“非相关区域”(100°≤|θ|≤180°),其子午向相关性可以分为三个区域:“强相关区”(0°≤|θ|≤100°)、“弱相关区”(100°≤|θ|≤150°)以及“中等相关区”(150°≤|θ|≤180°);这使得冷却塔表面风压的双向(空间)相关性只存在于0°≤|θ|≤100°范围内。另外,在迎风点和侧风点,平均风压和脉动风压基本同时达到幅值的峰值,并且在环向和子午向存在极高的相关性,这都将显著增加风压分布的环向不均匀性以及风致结构响应。     

超大型冷却塔风荷载特性风洞试验研究

对某超大型冷却塔进行同步测压风洞试验获得内、外表面的脉动风压分布。在外压测试中,改变外表面粗糙度和调整风速等措施,较好地实现了冷却塔大缩尺比模型对表面绕流高雷诺数效应的模拟;采用热线风速仪对冷却塔尾流进行测试,验证了由冷却塔整体气动力时程频谱函数确定涡脱频率方法的合理性;分析了环向断面阻力系数沿塔高的分布规律,在考虑相关性的基础上建议了冷却塔环向外表面的风压极值分布拟合曲线。在内压测试中,比较多种填料层透风率对于内压影响的基础上,采用相关性分析方法确定了内压极值分布规律。     

波浪形圆柱的气动力特性试验研究

斜拉索的风荷载和风致振动问题突出,探索能够减阻抑振的新型斜拉索意义重大。研究表明,波浪形圆柱在Re=10~3~10~4有减阻抑振效果,而真实斜拉索的雷诺数通常在10~5量级,有必要研究波浪形圆柱在高雷诺数下的气动性能。以特定几何参数的波浪形圆柱为研究对象,通过风洞试验方法,研究了波浪形圆柱在Re=1.4×10⁵~4.0×10⁵的气动力变化规律。研究结果表明:与等截面圆柱相比,波浪形圆柱的整体阻力系数更大,当Re=1.4×10⁵~3.6×10⁵约大4%~8%,当Re=3.6×10⁵~4.0×10⁵约大47%;在临界区,波浪形圆柱的阻力系数没有出现从预临界区(TrBL0)至单分离泡区(TrBL1)转变过程中的阻力大幅下降的现象,而是随着雷诺数的增大,呈稳定不变的趋势;整体升力系数在整个试验雷诺数范围内始终约为0;展向不同位置的阻力系数、升力系数和风压分布随雷诺数的变化规律表现出差异性,这主要是由于波浪形圆柱的三维几何特性导致的。     

碳/碳复合材料SiC/MoSi_2/ZrO_2涂层体系氧化烧蚀性能

抗氧化涂层技术是解决碳/碳复合材料高温抗氧化性的最有效技术途径之一。为了提高材料在1 800℃以上的高温抗氧化性能,首次采用包埋法、涂刷法和等离子喷涂法在碳/碳复合材料表面制备出SiC/MoSi_2/ZrO_2梯度抗氧化涂层体系。采用SEM/EDS、结合力和粗糙度测试对涂层表面及断面形貌进行微观分析,利用等离子风洞对整个涂层体系进行氧化试验。结果表明:基体、过渡层和高温抗氧化层之间结合力良好,高温抗氧化层厚度均匀、结构致密。经等离子风洞氧化600s后,涂层表面温度达到1 850℃,氧化质量失重速率仅为3.15×10~(-6) g/(cm~2·s)。表明SiC/MOSi_2/ZrO_2梯度抗氧化涂层体系在1 800℃以上的高温环境下具有很好的抗氧化性能。     

倒角化处理对于矩形高层建筑风荷载特性的影响机理研究

通过风洞测压试验,对比不同风向下、不同倒角半径的矩形高层建筑表面风压分布、整体风力及斯托罗哈数St;采用PIV试验,给出建筑的近尾流流动特性,并从流场作用角度,揭示倒角化处理对于矩形高层建筑风荷载特性的影响机理.研究表明:临界风向下,在建筑一侧分离的剪切层发生流动再附,形成分离泡;此时,建筑的阻力达谷值,升力和St达最...     

公路风屏障流场特性及自身风荷载的足尺模型风洞试验研究

为探究公路风屏障后方流场分布特性及自身风荷载,针对6种不同板形,通过足尺节段模型风洞试验测试了各风屏障后方不同车道处的流场分布及距离地面不同高度处障条的风荷载,在此基础上对比分析屏障孔隙尺寸和开孔形式对其后方流场分布的影响,求得了不同风屏障整体的阻力系数、力矩系数以及风速折减系数。研究结果表明,孔隙尺寸对风屏障后方流场影响较为有限,开孔形式对屏障前方流场影响较为有限,但是对其后方的流场分布影响较为明显。由于受到盖梁的影响,位于最顶部的障条阻力系数较其他位置处障条阻力系数偏低。屏障整体风荷载系数可为日后该类风屏障设计提供一定的参考。     

隧道火灾中正庚烷池火燃烧特性的实验研究

隧道火灾中热释放速率是评估临界风速、最高温度及温度分布的一个重要参数,而火源高度和隧道宽度是两个影响热释放速率的重要因素。为揭示上述两个因素对隧道火灾发展的影响,在缩放比例为1:10的隧道模型中进行了一系列小尺寸火灾模拟实验并对正庚烷池火的燃烧过程进行了研究。结果表明:隧道火灾的热释放速率明显大于开放环境,其燃烧过程可分为初始燃烧阶段、过渡阶段和稳定燃烧阶段;增加火源高度地面火灾（火源高度与隧道高度之比H*=0.1）质量燃烧速率小于其他各工况,H*=0.7时质量燃烧速率能增大到地面火灾的3.53倍~5倍;无量纲火焰蔓延总长度正比于无量纲热释放速率的五分之二次方,由于隧道侧壁的限制作用,其比例系数小于Hasemi's模型。     

斜拉索风雨激振的数值模拟研究

为研究斜拉索风雨激振的发生机理,该文对带固定水线的斜拉索二维模型进行CFD 数值模拟,得到了气动力系数随上水线位置变化的曲线,并分析了上水线对拉索气动特性的影响。将CFD 计算得到的气动力系数曲线代入风雨激振二维两自由度模型中进行数值求解,实现了对风雨激振现象的完全数值模拟。然后对比风雨激振人工模拟降雨风洞试验测得的结果,分析了平均风速和脉动风速的影响。研究表明,上水线的振荡是诱发风雨激振的主要原因,且考虑风速脉动后的斜拉索振动及水线振荡更接近试验结果。