尾流振子涡激振动能量收集系统设计

对尾流振子模型进行了数值模拟分析,运用格子Boltzmann方法对流场进行求解,得到最适合能量收集的尾流振子两柱间距和流体雷诺数.采用压电悬臂梁结构,结合流机电耦合方程对不同雷诺数(5 000≤Re≤15 000)下涡激振动的能量收集特性进行分析.结果表明,当7 000≤Re≤12 000时为涡激振动的锁振范围,当Re为8 000时振幅最大.改变两柱间距,对尾流振子模型的能量收集特性进行分析,可得所设计系统的理想间距为0.11 m,产生电压为38 V.当两柱间距为理想间距时,尾迹旋涡形态图中平行于Y轴的方向只有一个独立涡,此时振幅最大.     

应用FPM方法模拟封闭方腔自然对流

为验证有限粒子方法（FPM）能否很好地模拟自然对流问题,采用FPM方法对封闭方腔自然对流问题进行了数值模拟. 对FPM方法进行详细描述,并利用FPM方法对拉格朗日型的N-S方程进行离散,基于离散后的方程对瑞利数Ra分别为104,105,106的封闭方腔自然对流问题进行数值模拟,给出了不同瑞利数条件下的速度和温度云图以及中心线上量纲一的速度和温度分布曲线. 结果表明,FPM方法能够获得较准确的温度分布规律,当瑞利数较低时也能获得较准确的速度分布规律,但随着瑞利数的增大,速度场的模拟结果精度和稳定性变差,因此为了获得更准确和光滑的速度分布场,需要对FPM方法做进一步的改进.      

薄平板断面气动自激力振幅效应数值模拟

为研究振幅对桥梁主梁断面气动自激力的影响,以薄平板断面为研究对象,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法进行气动自激力振幅效应研究,首先采用强迫振动数值模拟方法,研究了不同振幅下薄平板断面颤振导数与气动力迟滞相位,分析了薄平板断面气动力的频谱特性;然后采用自由振动数值模拟方法,研究了薄平板断面的颤振响应演变规律.薄平板断面强迫振动数值模拟结果表明:扭转振幅对薄平板断面颤振导数影响较大,在高折算风速下,颤振导数A*2随着振幅的增大由负转正,竖向振幅对薄平板断面颤振导数影响相对较小;扭转振幅的增大引起薄平板断面气动力迟滞相位正弦值发生了较大变化;当扭转振幅大于8°时,薄平板断面气动力存在较为明显的高次谐波分量,主要为三阶与五阶分量,竖向振幅引起的薄平板断面气动力高阶分量不明显.薄平板断面自由振动数值模拟结果表明:薄平板断面在颤振发散过程中,其瞬时频率、瞬时阻尼比与竖向扭转位移相位差均随振幅变化.     

共轭传热室内自然对流数值模拟研究

研究建筑围护结构传热与流体流动综合作用下室内自然对流数值模拟，建立了一套同时在固体一流体区域整体求解连续性方程、动量方程和能量方程的数值模拟方法。具体分析了瑞利数变化范围为10^4到10^6时建筑围护结构传热对室内自然对流的影响。数值预测结果表明：该方法能够真实反映室内自然对流问题。为室内自然对流问题数值模拟提供了一种实用有效的方法。     

对称六弹性振子的二维非线性振动

应用拉格朗日方程方法研究了理想对称六弹性振子做二维运动的变化规律,得到其微小振动的控制方程,用数值解法求解了振动方程,得到了振子运动的时程响应图样.结果表明:理想对称六弹性振子的振动为非简谐的周期性振动,它的振动周期在x方向和y方向与振幅成反比,但受振幅影响不大.波形与振幅无关,可看成是一个变形了的余弦波.     

对称三弹性振子的二维非线性振动

应用拉格朗日方程方法研究了理想对称三弹性振子做二维运动的变化规律,得到其微小振动的控制方程,用数值解法求解了振动方程,得到了振子运动的时程响应图样.结果表明:理想对称三弹性振子的振动为非简谐的周期性振动,它的振动周期在x方向和y方向与振幅成反比,但受振幅影响不大.波形与振幅无关,可看成是一个变形了的余弦波.     

模拟圆柱涡致振动问题的重叠网格法

使用重叠网格法求解二维不可压N—S方程,数值模拟了雷诺数在90—150之间的圆柱涡致振动。N—S方程对流项采用三阶迎风格式,扩散项使用四阶中心紧致格式离散,圆柱计算网格随圆柱一起运动,采用运动的非惯性参照系下的控制方程,振动控制方程采用四阶龙枷库塔法求解。计算成功地捕捉到了“拍”现象和“锁定”现象,并给出在不同折合来流速度下圆柱振幅的实验值和数值模拟结果的对比,计算结果与实验值基本吻合。     

飞艇蒙皮振动对流场特性的影响

通过求解二维雷诺平均Navier-Stokes方程,采用SST两方程湍流模型对飞艇二维绕流流场进行数值模拟,重点分析飞艇蒙皮振动对流场的影响。为便于流场对比,在飞艇蒙皮的上表面给定一种沿流向传播的振动波型,通过调整振动的振幅、频率和波长,分析3种振动参数对流动分离和阻力的影响。研究结果表明:沿流向的蒙皮振动会使飞艇绕流流场产生显著变化。在一定振幅和频率条件下,随着波长的减小,流动分离加剧,阻力系数增加;在固定波长和频率条件下,随着振幅的增加,流动分离加剧,阻力系数增加;而在固定振幅和波长条件下,随着频率的增加,非定常效应增强,流动分离减弱,阻力系数减小;此外还发现,选取一定的振动形式和合适的参数可能起到抑制流动分离,从而减小阻力的作用,为高空飞艇减阻提供了一种技术途径。     

基于GLS／SUPG的三维注射成形充模过程数值模拟

为稳定地求解速度、压力、温度并准确跟踪流动前沿,实现三维塑料注射成形充模过程数值模拟,采用迦辽金最小平方法(GLS)消除因速度和压力的不当插值组合导致的数值震荡问题,建立了速度与压力同次插值的对称、稳定的集成有限元计算格式;用流线迎风Petrov伽辽金法(SUPG)消除因能量方程中的对流项而导致的数值震荡问题,建立了能量场的稳定有限元计算格式.比较了不同网格密度对计算结果的影响,并通过与文献中实验结果及现有的商业分析软件Moldflow的模拟结果对比,表明提出的数值模拟方法具有良好的稳定性和精度.     

晶体相场方程的高精度Fourier拟谱逼近

针对能量稳定和质量守恒的晶体相场方程的周期边界条件,提出一种具有新的能量稳定性的高精度数值算法.算法对方程的离散在空间上采用Fourier拟谱逼近,在时间上采用三阶精度的后向微分形式,并增加Douglas-Dupont项,以保证数值格式的能量稳定性.理论上证明了数值解的存在唯一性以及格式的能量稳定性.数值仿真验证了算法...     

先进飞行器动导数数值模拟新方法

结合刚性动网格技术,建立了求解飞行器各个组合及单独分量动导数的数值模拟新方法.以纵向为例,通过以不同角速度定速上仰到相同攻角,将瞬时气动力矩进行相减的方法辨识得到组合动导数;通过以不同的迎角变化率匀加速下沉到相同的附加攻角处,气动力做差辨识得到单独的加速度导数;同时耦合定速上仰以及上浮运动的方法可以直接求取单独的角速度导数.对稳定性与控制研究构型飞翼构型以及带翼导弹Finner进行了纵向动导数的计算验证,各个动导数与试验值吻合较好,且对于不同的构型,分量导数在组合动导数中所占的比例和作用不同.该方法运动形式简单,效率较高,且可以推广到横航向的动导数数值计算中.     

利用DES方法进行细长旋成体纵向俯仰大迎角气动特性的计算研究

在亚临界流动范围内,利用DES方法对俯仰细长旋成体的流动特性进行数值模拟,给出了细长旋成体在大攻角纵向俯仰中的截面流态特点。研究发现,迎角变化跨越对称至不对称流态的上仰运动会产生明显的气动力迟滞现象,推迟了非对称的产生迎角,并延缓了细长体背风面流态之间的过渡。对细长体大攻角运动气动分析在国内外研究尚少,研究成果对充分利用非定常气动力有指导意义。     

变流量空调水系统热力稳定性动态分析

综合考虑管网水力特性与末端空调设备热力特性,针对特定的调节时段,定义了热力稳定性并给出其评价指标．针对某变流量空调水系统,仿真研究了某主动支路调节阀动作行程周期内,水泵不控、定压差控制及变压差设定值控制下各被动支路水力及热力特性的动态变化情况,以热力稳定性与水泵节能效果为参考,评价各控制策略的可行性．仿真结果表明,变压差设定值控制策略节能效果明显,但设定值的变化步长应兼顾热力稳定性进行选取．     

扑翼不同的运动方式对其获能影响的数值模拟

翼型在风或水流中扑动既可以作为一种推进方式也可以在改变运动参数后从中获取能量. 通过控制波形参数得到扑翼的升沉和俯仰运动波形, 并利用非定常数值模拟来研究St数、俯仰幅值和升沉俯仰运动的波形对其获能效率的影响. 同时, 还研究了不同的扑动俯仰轴位置对扑翼获能效率的影响. 研究结果表明, 在获能参数域内俯仰运动的波形和俯仰轴位置会对扑翼获能产生较大的影响, 而升沉运动的波形对扑翼获能的影响有限, 且当St=1.332,θ₀=76.3, β_t和β_r分别为1.13 (此时的俯仰波形为接近正弦波)和0.67时, 翼型扑动获能的效率最高, 为41%.     

合成射流用于动态失速控制的数值模拟

动态失速是限制相关机械或飞行器性能的重要因素,因而对动态失速控制的研究具有重要的工程意义.以二维非定常可压RANS方程为控制方程,采用Jameson中心有限体积法,对攻角作α=15°+10°sin(ωt)变化的亚音速俯仰振荡NACA 0012翼型的流场进行了数值模拟,并对合成射流在此工况下的控制效应进行初步研究,分析作动器频率、射流动量系数及作动器位置对控制效应的影响.计算结果表明,加控制后能明显地提高最大升力、减少阻力.     

考虑附加质量的浮升混合飞艇运动分析

浮升混合飞行器体积巨大,质量与排开周围空气的质量比值较大,导致其附加质量效应明显,需要在分析时考虑其附加质量的影响。借助自编译UDF的六自由度刚体运动程序进行加速运动流场的瞬态计算,采用CFD方法得到复杂外形的浮升混合飞行器附加质量矩阵。飞行器受到扰动时,模型本身的所受扰动趋于收敛,但由于附加惯性力的存在,不同情况下的运动状态量都会存在一定程度的振荡延迟,前向速度u和俯仰角速度q变化表明无论是否考虑附加质量效应,垂向突风对这两个量影响都较小。另一方面,对于垂向速度和俯仰角而言,这两个状态量受到附加质量效应影响会导致振荡趋势变大。附加质量效应对浮升混合飞行器的操纵性有着明显的影响 。对于前向速度和俯仰角,附加质量效应使得其操纵响应变得缓慢,而俯仰角速度振荡趋势变大。     

轴向流中两平行弹性薄板大挠度流固耦合系统的数值模拟

研究了轴向流中两平行弹性薄板大挠度流固耦合系统的振动响应和流场特性.板的结构动力学方程采用基于位移的有限元法离散,流场采用完全的二维不可压缩粘性流体N-S方程,用有限体积法离散,结合动网格控制技术,建立了模拟轴向流中两平行悬臂弹性薄板双向流固耦合作用的二维数值模型,实现了弹性薄板—流体—弹性薄板之间的交互作用.利用该数值模型得到了单块板的流致振动特性;发现了随着两板间距大小的不同,两板表现出三种不同的的极限环振动:同相位、异相位以及不确定相位,并得到了同相位与异相位两种振动状态下的板边界层脱落及尾流变化规律;另外,分析还发现在同相位和异相位过渡阶段,两板均表现出拍现象.     

水平轴潮流能水轮机耦合运动水动力分析

漂浮式潮流能装置载体的波浪运动响应使水平轴水轮机的水动力特性发生变化,采用滑移网格技术对无界均匀来流中水轮机发生横摇和纵摇耦合运动时的三维水动力特性进行研究.结果表明:水轮机轴向载荷和能量利用率瞬时值产生波动,且横摇和纵摇耦合运动时轴向载荷及能量利用率的计算结果与只发生纵摇运动的计算结果基本相同;横摇和纵摇耦合运动时横摇力矩计算值的波动幅值比只发生横摇运动时的大;横摇和纵摇耦合运动时纵摇力矩的计算值与只发生纵摇运动时的计算值存在差异,横摇频率越大,差异越明显.研究结果可为漂浮式载体的运动响应研究、水轮机的结构设计及电能控制等提供相关数据.     

固定翼无人机纵向控制律设计及仿真验证

利用经典控制理论中的根轨迹法对某固定翼无人机纵向控制律进行分析设计。首先通过在定常直线无侧滑模态下对无人机数学模型进行配平线性化,将飞机运动分解为纵向运动和横侧向运动;再利用俯仰角速率和俯仰角双回路反馈实现俯仰角控制回路;之后通过分析系统附加开环零点对系统稳定性和动态性能的影响确定高度积分增益实现高度控制回路,利用Matlab进行了仿真,给出了仿真结果。仿真结果表明控制参数设计合理,根轨迹法是设计飞行控制律有效而成熟的方法。     

一种新型大过载飞行模拟器运动仿真分析

提出一种新型的基于绳牵引并联机器人技术的飞行模拟器,针对其大过载机动特性进行仿真分析。首先根据绳牵引并联机器人理论,设计了9根绳牵引具有6自由度的运动平台;通过建立平台动力学模型,设计了对干扰项进行补偿的前馈PD控制率;其中前馈项主要确保动态过程中绳索处于张紧状态。进一步给出了系统控制稳定性分析;并以大过载机动和单自由度俯仰振荡运动为例进行了数值仿真。分析结果表明,在大过载机动情况,瞬时正加速度超过4 g,平台位置能够迅速衰减并稳定;基于绳拉力前馈,可以避免绳索松弛,能够满足飞行员过载训练;俯仰运动也具有较好的跟踪特性。研究成果可为进一步分析工作空间、动态特性及控制稳定性等奠定基础,为绳牵引并联支撑的飞行模拟器设计提供指导与依据。