低雷诺数下直圆柱和波型圆柱受迫振动的数值研究EI北大核心CSCD

对低雷诺数下(Re=150)的直圆柱和波型圆柱在均匀来流中横向受迫振动问题进行了数值模拟研究。通过改变运动圆柱的振动频率和振幅,对比分析直圆柱和波型圆柱所受的升阻力,确定各自的锁定区间并分析在锁定状态下升力及尾涡的变化特性。数值结果表明:虽然波型圆柱在静止情况下能够完全抑制卡门涡街,但在受迫振动下其升阻力随振动频率的变化趋势与直圆柱相似;波型圆柱对升力和阻力的抑制分别体现在低频和高频段;升力曲线在锁定和非锁定状态下表现不同;锁定状态下,直圆柱尾流区的泻涡模式由振动频率控制,观察到2S和C(2S)两种模式;波型圆柱尾流区观察到唯一一种泻涡模式。     

低雷诺数下串联双圆柱涡激振动机理的数值研究

利用有限元数值方法求解不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程,结合任意拉格朗日-欧拉（ALE）动网格方法,对低雷诺数下（Re = 150）等直径串联圆柱的涡激振动问题进行了数值模拟研究。其中上游圆柱固定,下游圆柱在弹簧和阻尼作用下允许同时发生顺流向和横流向的运动。在约化速度Ur = 3.0 ~ 12.0的范围内（阻尼比ξ = 0.007）研究了两圆柱圆心间距比（LX / D = 3.0、5.0、8.0）及圆柱质量比（m* = 5.0、10.0、20.0）对下游圆柱的运动响应及受力的影响。数值结果表明,圆柱间距比的变化会导致锁定区间的变化,进而影响到圆柱涡激振动的位移响应和受力特性。这些方面都与尾流区涡旋脱落模式密切相关,体现了双圆柱间干涉作用对涡激振动的影响。进一步的研究表明,圆柱质量比的变化对以约化速度表征的锁定区间、运动响应和尾流模式等都有一定的影响作用。     

高超临界雷诺数下圆柱绕流的数值计算

在常规风速下,许多圆截面工程结构的雷诺数一般达到107或以上,处于高超临界雷诺数区域。目前高超临界雷诺数下圆柱绕流的研究很少。鉴于此,针对直径为5 m的单圆柱,尝试进行了高超临界雷诺数下的风荷载数值计算,分别开展了计算域、周向网格数、法向首层网格的高度及计算时间步长等参数的无关性检查,得到了圆柱的阻力系数及圆柱周围的流场分布。     

低雷诺数下两类串列圆柱的涡激振动

为了研究上游圆柱的运动状况对下游圆柱涡激振动的影响,针对两类串列双圆柱(上游圆柱固定、下游圆柱可作两自由度振动,上下游圆柱均可作两自由度振动),在低雷诺数下(Re=100),采用数值模拟方法,研究了下游圆柱在不同尾流干扰下的振幅、振动频率、相位差等振动特性随折减速度的变化规律,从能量输入和尾流模态角度探讨了上游圆柱的振...     

不同雷诺数下圆柱绕流气动噪声数值模拟

基于大涡模拟和声类比相结合的混合方法对不同雷诺数下二维圆柱绕流的远场气动噪声进行预测.预测值与试验数据吻合良好.根据预测结果分析圆柱绕流气动噪声的声场特性,研究流场振荡规律对远场噪声的影响和圆柱绕流气动噪声的辐射特性,并寻找降低圆柱绕流气动噪声的途径.结果表明:随着雷诺数的增加,远场各测量点的总声压级增大;声场的最大声...     

薄壁圆柱壳构件受迫振动的响应特征研究

针对固支-自由约束条件下受径向谐波激励或径向冲击激励的薄壁圆柱壳构件,开展其受迫振动下的响应特征分析。首先基于Love壳体理论建立了薄壁圆柱壳构件的动力学模型,然后,根据固支-自由约束条件特点,采用轴向梁函数和周向三角函数组合的振型函数以及振型叠加法,获得了考虑粘性阻尼的薄壁圆柱壳模态坐标振动方程,进而求解受径向谐波激励或冲击激励的振动响应。通过一个具体算例,进行了不同位置上的响应幅度与相位的变化分析,并对比了模态阻尼比和激励力幅值对响应幅值的影响。     

高雷诺数下单圆柱绕流的DES三维数值模拟

采用Spalart-Allmaras基的DES模型对不同雷诺数下单圆柱绕流的湍流流场进行了三维数值模拟,取雷诺数Re=2×104,1×105,3×105和1×106,数值模拟研究分析了流场形态,给出了阻力系数及升阻力频谱,并与前人的实验和其他方法模拟的结果进行了对比.结果显示,它们与实验数据一致且图形的三维特性明显,这也验证了DES方法在高雷诺数时在圆柱绕流模拟方面的准确性.     

高雷诺数下高质量比圆柱涡致振动的数值模拟

圆柱的涡致振动一直是研究者们关注的问题,但是以往的研究大多雷诺数不高,或者质量比较低。该文以高质量比圆柱为研究对象,采用质量-弹簧-阻尼系统,基于SST湍流模型,对结构在高雷诺数下发生涡致振动的过程进行了数值模拟和分析。通过流固耦合数值计算,模拟了圆柱涡致振动的高幅分支试验现象,计算所得的最大振幅比随速度比的变化曲线与试验吻合较好。研究结果验证了流固耦合计算方法的正确性,表明SST模型适合于由强逆压梯度引起的边界层分离流动问题。数值模拟显示在高雷诺数下,高质量比的圆柱涡致振动会出现高幅分支。该文的数值分析方法可以为高雷诺数下结构涡致振动问题的研究提供参考。     

低雷诺数的孔板计量数值模拟及其应用

以计算流体力学为工具,详细分析计算了流体流过孔板的层流流场分布以及压力降。计算了β=d/D=0．5时的流出系数,并根据计算结果拟合出流出系数与Re的关系式。在以往孔板的层流流场模拟中,雷诺数不超过150,而作者所编的计算程序能够计算雷诺数从0～500之间所有孔板流场,从而为实际应用奠定了良好的基础。     

临界雷诺数区光滑圆柱振动与气动力研究

临界雷诺数区气动力特性是影响细长圆柱结构大幅振动的重要因素之一。该文通过刚性模型测压风洞试验,对临界雷诺数区光滑圆柱动态气动力分布特性及对临界区圆柱发生大幅振动的原因进行了分析。研究结果表明:圆柱在临界雷诺数区会发生大幅振动,当振动发生时,圆柱沿展向的气动力状态有一定的差异,这种气动力状态的差异说明气动力的非定常特性是引起大幅振动的主要原因。     

临界雷诺数区光滑圆柱振动与气动力研究

圆柱在转动时会形成非对称的流场,导致圆柱气动力发生改变,旋转圆柱的气动力在风力发电或航海领域有很广的应用前景,气动力特性的研究对这些应用有重要的意义。通过刚性模型测力风洞试验,对不同转速下旋转圆柱的气动力特性及其变化规律进行研究,总结得到转速比和升阻力系数的关系。结果表明：随着转速的提高,旋转圆柱的平均升力系数增加,平均阻力系数减小;在不同的转速比区间内平均升阻力系数的变化规律有所差异,转速提高时升力系数增加幅度有所变化,而阻力系数受到影响很小。     

低雷诺数下溴化锂溶液降膜吸收热质传递的数值研究

溴化锂溶液降膜吸收是吸收式空调系统中常见的热质传递形式之一。本文对溶液降膜吸收过程的热质耦合传递分析,建立了溴化锂溶液垂直降膜吸收热质传递的二维数学物理模型,采用CFD-Fluent对模型进行求解。计算得到不同Re下的液膜界面温度、液膜内浓度分布、传热传质通量及传热传质系数等。分析了Re对降膜吸收过程中热质传递的影响。结果表明:当液膜Re150时,液膜界面平均温度与平均传质系数随着Re的增大而增大,而平均传热系数随着Re的增大而减少;平均传热传质通量均是随着Re的增大而先增大后减小,存在一个最佳液膜Re使降膜吸收过程的传热传质通量达到最大,即Re=50时,平均传热和传质通量分别达到最大值7.2 k W/m~2与2.9×10~(-3)kg/(m~2·s)。     

低雷诺数和低膨胀比涡轮-压气机组件的设计技术研究

介绍了一种用于军用飞机吊舱内电子设备冷却的逆升压回冷式冲压空气循环的制冷系统，阐述了该系统的特点和技术关键，重点介绍了低膨胀比、低雷诺数涡轮-压气机组件的设计难点及所采取的技术措施。计算和试验结果表明，系统和关键部件的设计是成功的。     

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。     

高雷诺数下错列双圆柱气动干扰的机理研究

为了进一步澄清小间距错列双圆柱的气动干扰机理,该文采用大涡模拟方法,在高雷诺数下（Re=1.4×10⁵）,研究了间距为2倍圆柱直径的错列双圆柱的气动性能和流场特性随风攻角的变化规律,分析了两个圆柱气动力系数相关性,探讨了下游圆柱气动力与流场结构的内在联系,对下游圆柱平均升力的流场机理提出了新的解释。研究表明,大涡模拟得到的结果与风洞试验值吻合良好;下游圆柱的气动性能、流场结构和两个圆柱气动力相关性均会随风攻角发生剧烈变化;风攻角在0°~10°时,下游圆柱受平均负阻力作用,其原因分别为两圆柱间的回流区和间隙流;风攻角在10°附近时,下游圆柱受很大平均升力作用,风压停滞点偏移、两圆柱间高速间隙流、下游圆柱间隙侧剪切层的提前分离和再附是平均升力出现的三个因素。     

低雷诺数下超微型复合材料旋翼流固耦合分析研究

复合材料轻薄旋翼在气动力的作用下发生结构变形和振动是造成旋翼推进性能改变和破坏的重要原因之一。针对超微型复合材料旋翼,搭建了基于非接触式超微型旋翼模态试验测量平台,研究了旋翼结构固有特性,建立了旋翼铺层复合材料的有限元模型,并用实验模态数据验证了有限元模型的准确性。搭建了可测量微小力和扭矩的超微型旋翼推进性能试验平台,获得了超微型旋翼的推进特性。结合基于多块结构化网格、多参考坐标系运动域方法以及两方程湍流模型的流体求解器和基于有限元方法结构动响应求解器,开展了超微型旋翼流固耦合研究,分析了柔性旋翼的响应和推进特性,并同实验数据进行了对比,结果发现耦合计算中旋翼结构呈现以2阶模态振型为主的上拍现象,耦合计算得到的旋翼推力和扭矩相比实验值误差仅为7%,而非耦合状态计算误差可达11%,且耦合计算时旋翼结构系统稳定,未发生颤振现象。研究表明了采用流固耦合方法研究旋翼气动和结构性能的必要性。     

低雷诺数下不同湍流模型和差分格式对典型流场数值模拟预测的影响研究

由于湍流理论和数值模拟方法本身的局限,采用CFD来预测低雷诺数的流场本身存在一定的难度,同时各种计算模型的设置对于最后的计算精度也有很大的影响。选用了标准k-ε、RNG k-ε、Realizable k-ε三种常用的湍流模型以及一阶迎风格式、二阶迎风格式、QUICK格式三种常用的差分格式对一个简化的典型流场进行模拟预测,对比分析不同的模拟设置变化对于流场计算结果的影响。     

高雷诺数下圆柱顺流向和横向涡激振动分析

本文利用CFD方法,研究了较高雷诺数下圆柱流向与横向耦合涡激振动特性。利用FLUENT软件求解粘性Navier-Stokes方程、圆柱涡激振动的结构动力响应方程,运用动网格技术,实现流固耦合,对圆柱进行了单自由度和两自由度涡激振动的数值模拟,得到了雷诺数为 范围内的圆柱涡激振动的升力系数、阻力系数、振幅比及频率比随约化速度变化的规律,捕捉到涡激流固耦合振动的“锁定”“相位开关”等现象,结果表明在此雷诺数范围内锁定区域对应的折减速度范围为Ur=3~7.5。对比单自由度及两自由度的模拟结果,表明在低质量比情况下,流向的振动会对横向振动产生影响。     

旋转圆柱气动特性的雷诺数效应研究EI北大核心CSCD

流体流过旋转圆柱形成的不对称流场会在圆柱上产生侧向流致力(升力),这种流致力在航海和风能利用方面有很广的应用前景,旋转圆柱气动力特性的研究对这些应用有重要的意义。通过测量旋转圆柱体在不同转速和风速下的气动力和尾流场,讨论了不同雷诺数范围旋转圆柱的气动特性。结果表明雷诺数是影响旋转圆柱气动力的重要因素:亚临界区旋转圆柱的侧向力主要体现为马格努斯效应,升力指向切向速度与风速相同一侧,随着转速比的增大而增大;在临界区,圆柱的转动会诱发流体在切向速度与风速相反一侧形成再附现象,形成指向该侧的升力,随着转速的提高,升力不会发生明显变化。此外,雷诺数效应会受到转速的影响:随着转速提高,发生阻力损失的雷诺数会变小,出现再附现象的雷诺数范围变大。     

考虑液体晃荡的部分充液圆柱壳受迫振动分析

充液圆柱壳结构广泛存在于在工程中,在外部激励作用下,圆柱壳会与流体产生耦合振动,且未充满的液面也会产生晃荡,这种耦合振动响应分析在工程中具有重要意义。提出了一种求解考虑内部液体小幅晃荡的弹性圆柱壳振动响应的半解析法。首先分别在壳体建立结构坐标系、在自由液面建立液体坐标系,各自用来描述结构及内部液体的运动。基于Flügge壳体理论建立了圆柱壳的运动控制方程。将液体视为无黏、不可压缩的理想流体,根据线性水波理论和液体自由表面运动边界条件,得出了内部液体的速度势函数。通过流固耦合界面的连续性条件,结合坐标变换推导得到流固耦合系统的运动控制方程。研究了壳体在径向点力激励下振动响应,并得出了对应的液面晃荡响应。和有限元法对比验证了方法的正确性,然后改变相关参数讨论了考虑内部液体晃荡的弹性圆柱壳振动响应特性。