不同扩散角下汽车风洞试验段轴向静压系数

轴向静压系数是衡量汽车风洞试验段流场品质的重要参数.收集口角度影响轴向静压系数,它的改变对不同风洞表现出不一致的变化规律.通过研究不同风洞在不同扩散角下试验段轴向静压系数的变化发现,当扩散角为1.70°时,试验段轴向静压系数不随收集口角度的变化而变化;当它小于1.70°时,收集口角度越大,试验段轴向静压系数越大;当它大于1.70°时,变化规律相反.扩散角所导致试验段轴向静压系数变化规律的深层次的原因是,射流剪切层存在固定的耗散角,当扩散角等于耗散角时,收集口角度变大导致的扩散效应与外界气流进入带来的效应相同;当扩散角小于耗散角,收集口角度变大导致扩散效应更强.这揭示了收集口角度导致静压系数变化的机理,为风洞建设确定收集口和试验段等关键尺寸提供理论和设计参考.     

风洞结构对试验段静压系数和静压梯度的影响

静压系数和静压梯度是评估汽车风洞试验段流场品质的重要参数.以数值仿真为主,风洞试验为辅的方法研究了风洞结构对试验段静压系数和静压梯度的影响.通过研究发现,使用包含2个拐角的计算模型进行静压系数和静压梯度仿真,可以得到真实的结果.无论是大喷口还是小喷口,收集口高度为270mm时,对应试验段静压系数和静压梯度最平缓,试验段可用长度最长,对试验测量影响最小.对于大喷口,随着收集口高度降低,收集口处静压系数和静压梯度不断下降;当收集口高度为240mm时,靠近收集口处的静压系数和静压梯度变为负值.对于小喷口,收集口面积远大于喷口面积,气流到达收集口的速度有所减少,当地静压系数和静压梯度均为正值.     

上海大学低湍流度低速风洞及气动设计

通过对国内外现有低湍流风洞进行调研和分析,上海大学力学所建造了一座低湍流度低速风洞 (以下简称SIAMM400).该风洞具有低湍流度、可变湍流度、低噪声等几个特色.在风洞的设计 过程中,对其主要部件(包括斜流式风机、稳定段、收缩段、试验段等)进行详细的气动计算,给出了设计依据.风洞建成后,结合实验室内先进的测量手段,除了能满足模型的测压、测速、流态观测等教学实验外,还可以利用该风洞从事航空航天、桥梁建筑、环境污染、汽车等工业空气动力学研究工作.     

汽车风洞试验段非定常流场的试验

采用三维热线风速仪测量了不同工况下某全尺寸汽车风洞1∶15模型风洞试验段内的非定常流场.对测点自功率谱密度(PSD)分析表明,对于喷口风速小于37m.s-1的低速工况,湍流能量主要集中在20Hz附近,当喷口风速为25m.s-1时,该频率对应的PSD数值最大;喷口风速大于37m.s-1的高速工况,湍流能量主要集中在43Hz附近,当喷口风速为41m.s-1时,该频率对应的PSD数值最大.无论是高速工况还是低速工况,气流从喷口到收集口处脉动速度的振动幅值都逐渐增加,且在高速工况下的脉动速度幅值增量明显大于低速工况.通过试验还发现脉动速度在收集口角度为0°的工况下的振动能量远高于收集口角度为15°的工况.     

激波风洞测力试验不确定度分析

采用精度极限和偏离极限以及方和根来描述激波风洞的测力试验结果的不确定度.结合激波风洞现有的技术水平和条件,对锥模型的气动力系数不确定度进行了估算.结果表明,试验结果的不确定度的量值与气动力系数本身有关.在本文涉及的试验条件下,轴向力系数的不确定度最大,阻力系数的不确定度最小.马赫数相同时,雷诺数越高,试验结果的不确定度水平越低.在不同的试验条件下,各个不确定度源对试验结果的不确定度的影响是不同的.     

滑动阀阀口射流的偏转与收缩

当液流由滑动阀阀口射入或射出时,都会发生射流的偏转与收缩,滑动阀所受的动应力即与此有关。本文利用源、汇分布法,通过将流动平面保角映射为新的复平面而得到了在不同阀口角度、不同阀口相对尺寸时射流的偏转角与射流的收缩系数。射流的偏转角主要受阀口角度的影响,几乎与阀口尺寸无关;但射流的收缩系数则与两者都有关系。     

短周期风洞上动叶表面压力和换热测量

采用短周期冷态传热风洞研究了某型放大动叶表面静压及换热系数分布,实验中雷诺数和叶栅压比范围涵盖了叶片的典型工作状态.结果表明:压比是影响表面压力系数的主要因素,雷诺数的影响可以忽略;雷诺数和压比都会影响表面换热系数和绝热壁温,随着雷诺数的增大,叶片表面换热系数增加,吸力面转捩点前移,大雷诺数的换热系数分布趋势有别于小雷诺数;保持主流总温不变,随着叶栅压比的增大或雷诺数的减小,绝热壁温降低,小雷诺数下绝热壁温实验值低于平板的理论计算值.     

开口式汽车气动声学风洞的低频颤振现象

通过上海地面交通工具风洞中心的1/15模型风洞,按破坏喷口涡流(噪声源)、收集口反馈以及驻室结构三种极限状况,对风洞中的低频颤振现象开展试验研究.通过对比不同状况下声压频谱、压力脉动系数及低频颤振现象主要频率随风速的迁移,更加认清产生低频颤振的机理.对于本模型风洞来讲,产生低频颤振的耦合因素主要是:喷口剪切层涡流激发了驻室Helmholtz共振;喷口剪切层涡流频率与全回路声学模态发生耦合;涡流剪切层及其收集口尖劈反馈共振,构成气流自激系统.     

涡轮叶栅叶顶间隙泄漏流动实验研究

针对一种高负荷涡轮叶栅,利用低速矩形叶栅风洞实验研究叶顶间隙泄漏流动。研究了不同叶顶间隙和不同来流冲角情况下,涡轮叶栅的流场结构和气动性能。研究工况包括无间隙, 0.5%、1.0%、1.5%叶高间隙和±10°、±5°、0°冲角。通过五孔探针获得矩形叶栅出口截面上总压、气流角以及速度分布;通过叶片表面开设的静压孔,获得叶片中部以及靠近叶顶截面的叶片表面静压分布。实验结果表明:叶顶间隙的存在增强了叶栅顶部的二次流动,恶化了上半叶展的流动状况,涡系结构发生了改变。随着叶顶间隙的增大,叶栅总压损失增加,气流偏转不足/过偏现象加剧;随着冲角的增大叶栅总压损失增加。     

离心泵新型轴向力平衡装置动态轴向力计算及设计方法

采用动静环内半径不变加大其外半径的方法,对轴向间隙为0.1~1.0mm时其内的液体压力分布、泄漏量、动环上轴向力进行了数值计算及分析.结果表明:轴向间隙液体压力沿半径方向逐渐增大,其关系曲线是斜直线,但动静环外半径与内半径比值和轴向间隙大小对其斜率有明显影响;在相同的动静环的外半径与内半径的比值时,隙径比增大,泄漏量系数具有先急剧增大然后趋于平坦的变化规律,而轴向力系数具有先急剧减少然后趋于平坦的变化规律.从控制轴向力减少液体泄漏量的角度,提出了过渡区隙径比可作为轴向间隙设计的理论依据.对平衡腔内不安装平衡装置时平衡腔液体压力进行了测试,对比分析了平衡装置减少轴向力的效果.     

一种新型太阳能集热器动态测试方法及实验验证

把太阳能集热器固体部分和流体部分分别列出动态能量平衡方程,经过合并和化简,得到了太阳能集热器整体动态能量平衡方程。该方程中含有物理意义清晰的各个模型参数,可以对太阳能集热器进行评价比较。针对真空管型太阳能集热器入射角影响因子的特殊性,给出了具体的解决方案。然后对真空管型太阳能集热器进行了实验验证。该新型动态测试方法可以在宽松的天气和实验条件下进行测试;相比于稳态测试,大大节省了测试时间,降低了设备与人工成本。实验结果表明,应用该方法可以得到合理稳定的测试结果。     

弹性变形对双座电动飞机模型气动特性的影响

与常规飞机相比,电动飞机在气动布局方面采用了更大的展弦比,在气动力作用下弹性变形更加明显.针对双座电动飞机风洞试验模型,采用计算流体力学/计算固体力学(computational fluid dynamics/computational structural dynamics,CFD/CSD)流固耦合方法分别计算了机翼有无弹性变形的气动力特性,并与面元法和风洞试验结果进行比较.结果表明,受弹性变形影响后升力系数增加,阻力系数减小,相同升力系数下的升阻比几乎没有变化,弹性变形对俯仰力矩系数影响显著,变形后的纵向静安定裕度显著提高.采用面元法计算气动弹性变形的方法计算高效,升力系数误差在10％以内,能满足工程实际应用;CFD/CSD流固耦合计算与风洞试验结果更接近,升力线斜率较风洞试验低7％;变形后的纵向静安定性随迎角有增大趋势,与风洞试验结果一致;弹性变形对机翼扭矩影响较大.     

微通道太阳能平板集热器的集热性能试验

为进一步提高传统太阳能平板集热器的集热性能,对一种自主设计的新型微通道太阳能平板集热器进行探究.通过采用矩形微通道吸热板结构,减小传统流道的截面面积及增加吸热板与循环工质的热传导面积,使流体吸收热能的时间延长,并提高总的传热量.同时,对该集热器在山西省某农村住宅供暖系统进行试验测试.试验结果表明:在冬季晴朗天气的典型工况下,微通道太阳能平板集热器日平均集热效率为63.6%,最高集热效率可达80.4%,系统平均能效比为16.1,单块集热板平均热损失为233.3 W,且集中在顶部;下进上出流动形式的瞬时效率较高,热损失较小.     

NACA埋入式进气口气动特性试验设计优化

为了优化(美国)国家航空咨询委员会(National Advisory Committee for Aeronautics,NACA)埋入式进气口气动特性,基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)数值方法,以阻力、总压恢复系数、出口质量流量和出口马赫数为性能指标,对3个关键几何参数进行了试验设计(design of experiments,DoE).基准工况结果表明,在进气口斜坡侧边靠近主流处有轴向涡产生.DoE结果表明,斜坡角度对性能指标影响大,斜坡扩张角角影响小,出口转折半径对阻力和出口质量流量影响大,且斜坡角度一定时折转半径越小越好.斜坡角度越小,前缘位置马赫数越小,涡管越长,同一截面速度分布越均匀,因此总压恢复系数和出口质量流量越大,且出口气流不均匀度小,气动性能佳.     

太阳能热水器内部流动性能正交模拟

研究全玻璃真空管式太阳能热水装置内部的流动性能,分别针对有无反光板和具有不同长径比、倾斜角度以及集热管插管深的直流全玻璃真空管式太阳能热水器进行仿真模拟,以不同进口温度、质量流量以及输入热流模拟热水器的各种试验工况。采用正交试验效应计算方法,定量分析对集热管内循环流速、停滞区比值、漩涡数等流场指标起主要影响作用的因素。结果表明:对集热管内循环流速影响最大的是集热管下表面热流(约占绝对效应总和的26%)以及水箱入口温度(24%)。对集热管内停滞区比值影响最大的是集热管下表面热流,占25%,其次为集热管偏离垂直方向的角度,占15%。水箱入口初温和集热管长径比是对集热管内漩涡数影响最大的2个因素,分别占绝对总效应的36%和29%。因此等权重衡量各因素对集热器3个流场指标的影响差异,未来热水器结构改进的方向渐次为:增加反光板,减小长径比,降低入口温度,增加入口质量流速,增大倾斜角度,增加选择性吸收涂层吸收比,进而增加上表面热流,最后减小集热管插入深度。     

考虑轮盖结构及间隙的风机优化设计

风机是传统行业的主要耗能原件.对风机进行优化设计,提升风机的静压效率对于节能环保具有重要的意义.迄今为止风机的优化设计更多聚焦叶轮结构,对于轮盖结构及间隙对风机性能影响的研究却很少.为提高一款工业离心式风机气动性能,通过实验和数值模拟的方法研究了轮盖结构与间隙以及前安装角对风机性能的影响,并对其进行了优化设计.首先,对...     

某型燃机转子轴向推力关键因素分析

燃气轮机转子的轴向推力是燃机总体设计的重要指标之一。针对某型燃机,通过建立轴向力仿真平台,计算不同装机状态燃机的轴向力载荷;并结合大量整机试车与轴向力实测数据,分析影响该载荷的关键因素,以期减少试车次数,降低成本。研究与实测表明,运行工况、涡轮导向器喉道面积、封严结构等均构成影响轴向推力的关键因素。更改封严直径、修整喉道面积能够大范围地调整转子轴向力,调整封严间隙值能对轴向力进行微小的调整。     

轴流旋风分离器特性的数值模拟

为了研究轴流旋风分离器的性能,主要分析2.5~6m/s风速下叶片间距、旋转角度及排尘间隙对旋风分离器阻力和切向速度的影响.结果表明:旋风分离器的阻力随风速的增大而增大;叶片旋转角度对旋风阻力影响不大,但旋转角度的增加可增大最大切向速度;叶片间距变化对阻力和切向速度的影响很大,在6m/s风速下,叶片间距12mm较16mm时阻力增加31.1%,切向速度增大11%;排尘间隙变大可明显增大阻力,对切向速度影响较小.叶片间距为16mm,叶片旋转圆周角为90°,排尘间隙为7.15mm的旋风分离器对A4粗灰的分离效率可达85%以上.本研究结果为轴流旋风分离器几何参数设计提供了依据.