电磁体积力作用下的圆柱绕流实验研究

利用电介质溶液中圆柱体侧表面附近分布的电磁场产生电磁体积力,作用于流体边界层,从而控制圆柱绕流。电极与磁极交替分布的电磁场激活板包覆在圆柱体表面置于流动的电解质溶液中,产生的电磁力沿圆柱体表面分布,可以改变流体边界层结构。在流体边界层上电磁体积力的作用下,圆柱绕流分离点可以在前驻点和后驻点之间变动,产生不同的控制效果。调整电磁场的时空分布控制参数,电磁体积力能连续控制圆柱绕流、尾流涡街的形态,具有明显的消涡与增涡控制效应;具有较好的减震、减阻控制效果;具有制动控制效应。     

边界层和压力滞后对翼型动态失速性能的影响

为优化动态失速模型经验常数,提升动态失速发生时翼型气动性能预测精度,该文基于B-L动态失速模型,结合内蒙古工业大学风能太阳能利用技术教育部重点实验室风洞实验数据,探究压力滞后及边界层滞后时间常数对翼型动态失速性能的影响。主要结论如下：压力滞后与边界层滞后时间常数对动态升力系数的影响较大且与平均攻角有关。当平均攻角相对较小且气流处于附着流动与分离流动之间时,适当减小时间常数可使动态失速模型计算结果更接近实验值;当平均攻角相对较大,气流处于分离流动与完全分离流动时,可适当增大时间常数值。压力滞后与边界层滞后时间常数对动态阻力系数的影响不显著。动态升力系数仅在攻角逐渐减小的完全分离流动过程中,随着边界层滞后时间常数的增大而减小。     

雷诺数对涡轮叶片换热影响的研究

雷诺数的改变会引起涡轮叶片边界层等流态的改变,进而对叶片表面的对流换热产生强烈影响.该文首先结合实验数据对影响流热耦合计算精度的若干因素的敏感性进行了分析;然后在此基础上,针对MarkⅡ叶型分析了雷诺数对涡轮叶片表面换热的影响.结果表明:流热耦合计算时相关参数的选择对模拟的精度有明显影响,该文针对MarkⅡ叶型得到的一套参数是合理的,相关结果与实验吻合良好;雷诺数的变化使得边界层等流动状态发生改变,从而导致涡轮叶片表面对流换热状态和温度分布产生明显的差异.     

局部翼面运动对水翼水动力学特性的影响研究

符合水动力学特性的水翼可以在运动过程中产生较高的升力，大幅提升其水力性能。而边界层的分离发生在水翼上时将会产生失速，使水动阻力大大增加，从而失去水翼应用的初衷。为了达到良好的增升减阻效果，采用了在关键部位以运动表面代替固定表面的流动分离控制技术，基于隐式直接力浸入边界法，采用C++编程计算了流体与水翼的耦合运动。从升力系数、失速角推迟量和流场信息方面对比了运动表面的投放时机、投放位置、长度、运动速度等运动参数对水翼水力性能的影响。结果表明，局部运动位于翼型上表面后缘时，对流动分离控制和水翼水力性能的提升效果最好；运动表面向边界层注入的附加动量能有效减小流动分离，达到较好的增升减阻效果，但注入的动量也不是越大越好，局部运动的长度越长、速度越大，越容易形成大范围的低压区和正向漩涡，反而影响升阻比的提高或使失速角提前。从投放时机、长度、速度等方面综合考虑，对于该翼型，提升水力性能最佳的工况为攻角45°时，在上表面后缘投放相对长度为0.14，相对速度为3的局部运动；其次是攻角28°时，在上表面后缘投放相对长度为0.38，相对速度为1的局部运动。     

翼型动态风洞试验洞壁效应研究

翼型动态失速导致气动非线性特征突出,与洞壁效应耦合给风洞试验数据带来极大的不确定性,该文通过试验和数值手段揭示了翼型动态试验洞壁效应产生机理和影响规律,结果表明:相比于静态试验,由于洞壁的存在,动态试验翼型的尾流区的总压和静压分布更不均匀,动态试验翼型在相同迎角下的洞壁干扰更严重,表现为翼型在大迎角段,洞壁干扰导致模型中间截面附近和端部截面附近的速度分布和压力分布差异更明显,且相比于压力面,吸力面流动的二维性变得较差。侧壁干扰抑制了翼型中间截面附近的流向分离,诱导了端部附近的展向分离流。上洞壁和下洞壁的非定常压力系数随翼型实时迎角变化也呈迟滞环曲线,迟滞环方向相反,且脉动一阶主频率与翼型俯仰振荡频率一致。风洞洞壁干扰下,翼型动态失速三维涡结构呈“Ω”型。风洞上下壁干扰使得翼型线性段的升力系数和升力线斜率均增加,诱导翼型提前失速;在负行程,则使得翼型升力系数降低。侧壁干扰在负行程诱导了翼型表面的展向流动、减小了翼型弦向流动速度,引起翼型升力系数减小,正行程范围则影响较小,且翼型失速延迟。FL-11风洞翼型动态试验的上下壁干扰效应为主导因素;但是侧壁干扰不可忽略,特别是在翼型振荡周期的大迎角和负行程范围。     

影响叶片表面换热主要因素的分析

采用实验和数值计算方法研究独立参数出口马赫数、出口雷诺数和来流湍流度对叶片表面换热系数的影响,结果表明:马赫数的分布情况是决定叶片表面换热系数分布的最主要的准则数,出口雷诺数是影响叶片表面整体的换热水平、流动状态发生改变位置和边界层发生分离位置的因素,来流湍流度和壁温与燃气温度比的高低仅仅影响叶片整体的换热水平.     

流体边界层分离检测系统的设计和验证

通过分析流体边界层分离原理,针对分离点附近剪应力变化规律,提出了用微型剪应力传感器阵列在飞行器表面贴附完成实时分离点检测的设计方案.同时提出了基于双运算放大器的恒流驱动电源设计和滤波衰减电路设计方案,并在NACA0012标准翼型上实现了边界层分离检测系统集成,最后利用低速风洞试验验证了上述检测系统对分离位置测定的准确性和有效性.     

超声速旋转火箭弹气动流场的微楔控制

超声速弹箭表面的流体分离是影响飞行稳定的主要影响因素之一。研究表明,微楔涡流发生器可有效控制超声速流体边界层的流动分离。该文基于制式122火箭弹,通过在弹肩前端安装微楔来研究边界层流动分离控制对火箭弹气动性能的影响。运用DES方法数值模拟了122火箭弹在有无加装微楔条件下的流场变化,对比分析了微楔对弹体表面边界层结构以及弹气动数据的改变,讨论了微楔对弹的气动力及稳定性作用。数值结果表明,微楔可以抑制弹体表面流体分离,提高火箭弹的升力及俯仰力矩,减小马格努斯力矩,有利于提高其飞行稳定性及射击精度,可为相关旋转火箭弹的改进提供指导。     

温度对平板电磁成形中电磁力影响的数值分析

为了确定高温电磁成形技术中温度对电磁力的影响,采用ANSYS软件对不同温度下板坯中的电磁力进行了模拟.采用霍尔器件测量了常温下线圈-工件间隙的磁感应强度,验证了电磁力的分布规律.模拟结果表明,工件均温时,随温度升高,轴向电磁力峰值减小,负径向电磁力峰值增大.较高温度下轴向力峰值的下降速率小于较低温度情况.工件非均温时,工件中涡流密度较大位置和电磁力峰值位置向低温区偏移.工件存在高斯温度分布时,电磁力的分布特征与常温下相似.     

多孔泡沫金属中指数规律变热流平板表面的层流对流传热分析

采用Brinkman-Forchheimer-extended Darcy流动模型和局部非热平衡传热模型(双温度模型),对指数规律变热流密度条件下的多孔泡沫金属中平板表面的层流对流传热进行了分析,并得出了平板表面的热边界层的厚度和局部的对流传热系数的表达式。结果发现:平板表面的热边界层的厚度发展沿流动方向逐渐增大,但是增大的趋势由迅速趋向平缓;局部对流传热系数沿流动方向逐渐减小,而后趋于稳定。最后推导出了局部的对流传热Nusselt数的准则方程。     

Supercritical aerofoils: a survey

This paper gives a brief survey of the various developments that have taken place in transonic aerodynamics which have finally led to the realisation of supercritical aerofoils, which are not only shock-free under design conditions but also behave satisfactorily under off-design conditions. The paper explains how an initial high curvature around the sonic point, followed by a relatively flat surface of small curvature on the top side, which is typical of supercritical aerofoils, is needed to generate shock-free flow. Typical results presented for a conventional aerofoil and a supercritical aerofoil bring out the features which distinguish them. A brief account of the various methods available for analysis and design of supercritical aerofoils indicating their relative merits is also given. The first-order effects on the pressure distribution over such aerofoils due to viscous effects, particularly on shock location, are also briefly touched upon. Finally the benefits that accrue from the use of supercritical wings are dealt with.     

航空轮胎爆破气流场测试方法

航空轮胎对于飞机安全性有着重要的意义,若发生轮胎爆破,起落架舱内的设备及管路系统会发生破坏从而引发重大航空事故,因此在设计阶段需要对起落架舱内结构进行优化设计,而飞机轮胎爆破过程中气流场分布规律显得至关重要。基于国产某定型客机进行轮胎爆破空气喷流模式压力场测试,采用翼型支架对气压传感器进行支撑。通过实验发现,采用翼型截面支架安装高频动压传感器可得到有效的气流场压力,实验结果得到了中国民用航空局适航审查认证。轮胎爆破是瞬时释放巨大能量的过程,对周围结构的破坏是灾难性的,因此在设计中必须考虑轮胎爆破的影响。     

连铸空心管坯内置磁场搅拌器的优化设计

为了提高搅拌器的搅拌效率和使用寿命,以管坯内置磁场搅拌器为研究对象,用Sn-3.5%Pb合金代替钢液进行实验和数值模拟,借助Fluent和ANSYS软件研究了搅拌器的结构参数和电磁参数对金属液所受电磁力和流动状况的影响规律.结果表明:相比两相绕组,采用三相绕组的电磁搅拌器能效更高;磁轭结构对搅拌器的作用效果影响显著,为提高金属液所受电磁力应使磁轭的齿部尺寸尽量小些,但若尺寸太小会使磁轭饱和,影响磁轭的使用寿命;电流强度越大则金属液内的流速越大,电流强度与金属液流速呈线性变化,而电流频率与金属液流速呈非线性变化,电流强度对金属液流动的影响要大于电流频率.     

Efficient global optimization applied to wind tunnel evaluation-based optimization for improvement of flow control by plasma actuators

A kriging-based genetic algorithm called efficient global optimization (EGO) was employed to optimize the parameters for the operating conditions of plasma actuators. The aerodynamic performance was evaluated by wind tunnel testing to overcome the disadvantages of time-consuming numerical simulations. The proposed system was used on two design problems to design the power supply for a plasma actuator. The first case was the drag minimization problem around a semicircular cylinder. In this case, the inhibitory effect of flow separation was also observed. The second case was the lift maximization problem around a circular cylinder. This case was similar to the aerofoil design, because the circular cylinder has potential to work as an aerofoil owing to the control of the flow circulation by the plasma actuators with four design parameters. In this case, applicability to the multi-variant design problem was also investigated. Based on these results, optimum designs and global design information were obtained while drastically reducing the number of experiments required compared to a full factorial experiment.     

电磁搅拌作用下CoCrMo合金熔模铸件凝固细晶研究

目的 研究电磁搅拌对CoCrMo合金熔模铸件晶粒尺寸的影响,解决熔模铸造CoCrMo合金铸件晶粒粗大的问题。方法 将CoCrMo合金熔化后,在其凝固过程中分别施加不同工艺参数的电磁搅拌,并对其凝固后的组织进行表征分析。同时,采用有限元法对电磁搅拌在金属熔体中的电磁场和流场进行数值模拟。结果 在不同的电磁搅拌参数下,CoCrMo合金铸件凝固组织出现了不同程度的细晶效果,浇道处的细晶效果优于铸件试棒处的。铸件试棒处的晶粒尺寸最小能控制在1 mm以下,等轴晶率最高能提升至31%。数值模拟结果表明,在电磁搅拌过程中,铸件试棒的磁场、电流和洛伦兹力都呈周期性变化,铸件试棒内部的流速随搅拌时间的延长而增大,最后趋于稳定。结论 电磁搅拌对CoCrMo合金的凝固组织产生了明显的细化效果,促进了柱状晶向等轴晶转变。电磁搅拌的时间越长,铸件凝固组织的细化效果越好,铸件厚大部位的细晶效果越显著。结合实验结果和数值模拟结果发现,在电磁搅拌过程中,熔体流动引发枝晶断裂是晶粒细化的主要原因,而电磁场促进异质形核为次要原因。     

不同粗糙表面的圆柱风压分布试验研究

通过风洞试验研究了不同表面粗糙度、不同雷诺数条件下二维圆柱的压力分布和阻力特性。结果表明:通过合理地增大表面粗糙度,在相对较低的风速下有效地模拟了圆柱的超临界绕流特性,满足了工程应用对超临界雷诺数的要求。     

Sensing and control of flow separation using plasma actuators

Single dielectric barrier discharge plasma actuators have been used to control flow separation in a large number of applications. An often used configuration involves spanwise-oriented asymmetric electrodes that are arranged to induce a tangential wall jet in the mean flow direction. For the best effect, the plasma actuator is placed just upstream of where the flow separation will occur. This approach is generally more effective when the plasma actuator is periodically pulsed at a frequency that scales with the streamwise length of the separation zone and the free-stream velocity. The optimum frequency produces two coherent spanwise vortices within the separation zone. It has been recently shown that this periodic pulsing of the plasma actuator could be sensed by a surface pressure sensor only when the boundary layer was about to separate, and therefore could provide a flow separation indicator that could be used for feedback control. The paper demonstrates this approach on an aerofoil that is slowly increasing its angle of attack, and on a sinusoidally pitching aerofoil undergoing dynamic stall. Short-time spectral analysis of time series from a static pressure sensor on the aerofoil is used to determine the separation state that ranges from attached, to imminent separation, to fully separated. A feedback control approach is then proposed, and demonstrated on the aerofoil with the slow angle of attack motion.     

含有一个气泡时电磁流量计虚电流的三维特性

从流动的电磁测量理论出发 ,用交替迭代的方法求解三维条件下复杂域的Laplace方程 ,得到含有一个气泡时电磁流量计权函数中虚电流势的分布 ,并藉此研究气泡大小和位置对虚电流分布变化的影响和流量计可能产生的测量误差     

馈能式电磁作动器的设计与性能试验

针对车辆主动悬挂系统能耗大的问题,设计一种可以回收振动能量的馈能式电磁悬挂系统,以降低能耗,提高能源利用率。充分考虑馈能式电磁悬挂系统的结构和功能特点,给出一种馈能式电磁作动器的设计方法,将作动器的设计要求分为3类——基本要求、功能实现要求和优化设计要求。据此,设计、试制馈能式电磁作动器原理样机,并对其性能进行了试验分析,随动特性试验以检验作动器的摩擦阻力,静态力学特性试验以验证作动器主动出力大小,空载电压特性试验以验证作动器能量回收效果。结果表明,所设计的馈能式作动器能够满足性能要求,可以此构建馈能式电磁悬挂系统。