侧风滑跑条件下的地面涡气动特性数值研究

以缩比的近地面短舱进气道为研究对象,通过数值计算的方法得出侧风来流条件下地面涡的流场特征和气动特性,着重研究飞机滑跑对地面涡的影响。研究表明:在无相对滑跑时,速度比和离地间隙是影响地面涡特性的重要因素。来流速度越大,离地高度越高,地面涡的强度就越高;进气畸变主要受来流速度影响,流速越高,畸变程度越严重。有相对滑跑时,重点考虑来流速度和滑跑速度对地面涡的影响。来流速度对进气畸变影响很大,畸变指数随着风速升高而增大;滑跑速度是地面涡强度的主要影响因素,滑跑速度越高,地面涡强度越弱。     

迎风条件下速度梯度对地面涡气动特性影响数值模拟

以缩比的近地面短舱进气道为研究对象,通过数值计算模拟的方法得出在迎风来流条件下速度梯度对地面涡流场的结构及气动特性曲线的影响。研究表明,速度梯度是影响地面涡的主要因素。在不同的速度梯度下地面涡结构明显不同。在Y方向速度梯度下近地截面形成的地面涡是一对涡,旋转方向相反。速度梯度越大,地面涡强度,总压畸变指数明显变大。且峰值会出现滞后现象。在Z方向速度梯度下,近地截面形成的地面涡是一个单涡结构,在进气道上方也会形成一个涡体。地面涡强度、总压畸变指数会先增大后减小,峰值不会出现滞后现象。     

前起落架刚度对无人机起飞滑跑性能的影响

为解决无人机在起飞滑跑阶段前起落架压缩量变化引起升阻特性变化的问题,综合考虑发动机转速、螺旋桨效率以及地面摩擦力等因素,建立无人机的地面滑跑模型。研究了前起落架刚度变化对无人机起飞滑跑性能的影响,并利用Simulink建立了全机仿真模型。结果表明：在起飞重量一定时,整机升力系数随前起落架压缩量变化量线性变化,随着前起落架刚度增大,无人机三轮滑跑距离、前轮离地迎角以及前轮离地速度均在一定程度上减小。仿真结果与理论分析相符,验证了模型的有效性。     

不同伴随流条件下的集束射流流场特性

针对不同伴随流参数条件下的集束射流和普通超音速射流流场特性进行数值模拟和试验研究。研究结果表明:伴随流气体影响喷管出口温度和压力,导致超音速主射流速度和温度出现重复波动;高温、大流量伴随流气体形成的低密度和高速环境可保护超音速射流,降低射流径向的扩展率和轴向速度的衰减速率;伴随流气体温度越高,流量越大,射流速度和温度核心段长度越长。与普通超音速射流相比,伴随流气体改变射流半速度宽度和涡量的分布;伴随流温度越高,流量越大,射流在更长的距离内保持较低的湍流强度。     

复式断面明渠二次流的数值模拟

采用Launder-Ying雷诺应力模型对复式断面明渠二次流流动进行数值模拟,和实测资料对比,验证了数值计算的合理可靠性,并进一步分析了不同滩地水深时复式断面明渠二次流运动的流动结构和特性.结果表明,二次流的阻滞导致主流流动减缓;二次流主要产生在明渠固壁拐角和近岸区域;二次流对主流速度等值线有强烈影响,使其沿二次流流动方向凸起,在滩槽结合部表现最明显;随着滩地水深的增加,主槽涡强度相对减小,滩地涡强度相对增大,滩槽结合部主流速度等值线在更大范围向自由水面凸起,主流高速度核心区域也逐渐由主槽中部向滩槽结合方向移动;在滩地水深h/H=0.5左右时二次流最强.     

废气涡轮增压器旁通阀开度优化研究

采用GT-Power仿真软件建立了小面径比(A/R)增压柴油机仿真模型;并通过发动机台架试验验证仿真模型计算结果的准确性和合理性。在此基础上对外特性各转速下旁通阀开度进行了标定和优化;并分析不同开度对柴油机性能的影响规律,以及高速工况下涡前压力和进气压力两者对柴油机性能的影响。结果表明匹配小涡轮时,通过优化旁通阀的开度可以使进气压力和涡前压力平衡;并提高中高速扭矩,改善经济性。高速时,涡前压力是影响柴油机性能的主要因素。     

不同半径比Taylor-Couette湍流的直接数值模拟研究

采用谱方法求解柱坐标系下三维不可压缩流Navier-Stokes方程,直接数值模拟了不同半径比下的同心旋转圆筒间的Taylor-Couette(TC)湍流问题.由于TC湍流是由大尺度Taylor涡和湍流随机脉动的叠加而成,采用周向平均成功识别了TC湍流中的大尺度Taylor涡,并将其诱导的脉动流动与湍流随机脉动分离开来,对比分析了不同半径比下大尺度Taylor涡对脉动强度和湍动能的贡献;同时,通过计算雷诺应力输运方程,研究了半径比对湍动能生成、耗散和再分配等动力学特性的影响.计算结果表明,在小半径比的宽槽TC湍流中,Taylor涡诱导的脉动流相对较弱,湍流随机脉动更为强烈,其对湍流统计特性的影响占优;在大半径比的窄槽TC湍流中,流体脉动特性主要源于Taylor涡的贡献;另外,随着半径比的增大,近外壁面附近流体沿周向剪切作用增强,流场表现出类似于平板Couette流的流动特性.     

基于IIR型滤波进气动态畸变飞行试验研究

开发集IIR型数字滤波器设计、滤波、紊流度计算为一体进气动态畸变数据处理工具,成功地应用于进气道/发动机相容性飞行试验中评定进气动态畸变。研究表明:1基于幅频特性考虑,采用巴特沃斯法对进气道动态压力滤波,紊流度计算结果比较准确;2滤波器阶数越高,平均紊流度计算结果越准确,建议选择4~6阶;截止频率越高,平均紊流度计算结果越大,截止频率过大或过小均不适宜,应根据实际采样率、发动机扰动频率等综合考虑选取;3飞行速度增大或发动机状态增大,导致进气道出口马赫数和紊流度增大,进气动态畸变程度严重,且呈现出一定的规律性。当飞行速度与发动机状态不匹配时,进气动态畸变会突增。     

活性污泥作为气化用型煤粘结剂——污泥在粉煤中的分散性与型煤质量的关系

研究了活性污泥在粉煤中分散性的影响因素,以及分散性对气化用型煤质量的影响。研究结果表明,活性污泥在粉煤中分散性主要取决于煤／泥比和搅拌强度;活性污泥在粉煤中分散得越充分,得到的型煤强度越高,型煤强度的离散性也越小,相应型煤气化活性越高,残留灰渣中碳含量也越低。     

轴流压气机进口总压畸变的端区流动响应数值研究

为了探究进口周向总压畸变对压气机性能的影响,以及不同畸变角下压气机端区流场对畸变响应的区别,对跨声速轴流压气机一级动静叶进行全周非定常数值模拟,分别采用均匀来流,畸变角为30°、90°和120°的畸变来流这4种进口条件。进口畸变使压气机的性能明显恶化,并且随着畸变角的增大恶化加剧。畸变角为120°时,随着动叶扫过畸变区,动叶叶顶区域激波的结构和强度发生改变,叶顶间隙泄漏涡的轨迹和强度也发生周期性变化。畸变也会对下游静叶流动产生影响,使静叶叶顶和角区分离加重。当畸变角为90°时,所影响的动叶流道数减少但流场对畸变的响应规律没变。当畸变角减小到30°时,畸变经过动叶完全衰减,静叶流场几乎不受影响。研究结果揭示了压气机性能改变和叶顶、叶根端区流动结构动态特征与畸变来流间的关系,可为提高压气机抗畸变能力提供理论基础。     

不同侧风类型影响下的飞机尾涡数值模拟研究

在航空飞行中，低空风切变极易对处在起飞爬升或进近着陆阶段的飞机带来安全隐患，严重时会导致飞机失速甚至坠毁。低空风切变往往还具有持续时间短、尺度小、突发性强等特点。因此在中国民航和通用航空业高速发展的背景下，加强对飞机遭遇低空风切变的数值模拟仿真和研究具有重要意义和实际价值。采用SST模型并使用FLUENT计算尾涡演化，通过构建H-B尾涡耗散二维模型，应用ANSYS FLUENT UDF(user defined function)编译环境侧风不同的7种情况进行尾涡耗散机理的数值模拟，通过对比成都双流机场实地探测的尾涡发现在非线性垂直切变影响下侧风和涡诱导速度的叠加会导致尾涡对周围的压力分布不对称，引起尾涡对倾斜。     

某型辅助动力装置进发相容性试飞技术

针对某型飞机辅助动力装置进气系统的飞行试验,首先建立了该飞机机身和辅助动力装置进气系统的仿真模型,并分别对其在地面和空中进行了数值仿真研究,计算了在不同试验条件下,APU进气系统的性能和畸变指数,然后将数值仿真结果同前期试飞数据进行对比,进一步验证数值仿真方法的可靠性,优化仿真模型,最后利用优化后段仿真模型计算后续即将进行段地面试验和飞行试验,为后续侧风、顺风地面试验以及试飞中试验点的选取提供参考,达到了试飞前预测和优化试飞目的。     

基于时空特征融合的飞机尾涡识别

为了实现动态尾流缩减技术，减少进近阶段前机尾流对后机飞行安全的影响。依据相干激光雷达（coherent Light Lidar，简称CDL）扫描风场循环周期性特点，提出一种基于时空特征融合的飞机尾涡识别模型。首先，CDL扫描生成的径向速度风场转换成序列输入和块输入。然后，双向长短时记忆（bidirectional long short-term memory, 简称Bi-LSTM）网络用于提取序列输入的时间特征，卷积神经网络（convolutional neural network, 简称CNN）网络用于提取径向速度风场块输入的空间特征。最后，将融合的时域和空域特征输入全连接层分类器，得到最终分类识别结果。实验团队在深圳宝安机场附近采集风场，并构建尾流数据集来验证所提得融合模型，结果表明：基于CNN和Bi-LSTM时空特征混合模型具有较好的分类性能，在尾涡识别上的准确率、召回率、F1分数分别达到97.13%、97.50%、97.03%，且相比单一模型是一种更有效的识别方式，能够获得实时高效尾流预警。     

旋转作用下水平轴风力机气动性能分析

为研究水平轴风力机在大气边界层近地面非定常来流作用下气动耦合特性,建立基于剪切应力传输(SST)湍流模型的计算流体力学(CFD)模型和静力结构模型。为模拟风轮在近地面的气动状态,通过单向流固耦合方法对流场均匀入流风速和旋转效应作用下不同工况进行数值耦合计算,求解风力机流场中的速度场、压力场、结构响应状态以及输出功率,分析对比流场不同方向风力机周围速度变化、表面压力分布、结构应力应变规律、整体变形情况和功率变化。结果表明：在均匀来流和旋转共同作用下,流速和压力主要沿风轮径向变化,沿叶片展向至叶尖速度逐渐增大；整机结构附近有明显的气流扰动变化；停机工况和旋转工况(考虑旋转效应)塔影效应干扰下叶片变形在上下风区波动较大；入流风速大小对风力机输出功率有显著影响。     

低矮建筑非定常绕流大涡模拟影响因素研究

掌握结构周围风场及其特性,是开展建筑结构抗风设计的基础。借助采用大涡模拟（LES）的方法,对低矮建筑非定常绕流进行了大涡数值模拟研究,分别分析了不同运算时间、建筑物不同高度处及不同风速因素,对低矮建筑非定常绕流特性的影响。结果表明：（1）随着时间的增加,建筑物迎风侧的速度和压力均增大,背风侧的压力出现了负值,速度最小值出现在背风侧的涡中心位置;（2）随着建筑物高度逐渐增加,涡的位置逐渐向上偏移,由于风速比较均匀,当遇到建筑物时,在建筑物迎风侧,速度流线会形成一种上升的趋势,背风侧的压力逐渐增加;（3）随着风速的增加,建筑物的背风侧出现了大涡且速度逐渐增大,背风侧的压力最小值逐渐减小。     

风向对航母舰载机复飞路径上风湍流的影响*

采用低速气流运动控制方程组和湍流大涡模拟方法,研究了风速大小不变、不同风向对航母舰载机复飞路径上风脉动的影响,得到了航母复飞跑道较低高度处压强和速度脉动随风向的变化关系。结果表明,风向对复飞跑道上空压强有着较大的影响,存在风向角较正向来风相比,压强时均值有所降低,但脉动幅度有所增加,相同风向角时,左舷来风较右舷压强时均值略低,脉动幅度却稍高。压强脉动幅度越高,则大尺度脉动的周期越小。风向对复飞跑道上空气流速度的影响主要是航向速度和横向速度时均值,对垂向速度的时均值影响不大;对速度脉动的影响趋势是一致的,侧向风时的速度脉动均比正向风时大;相同风向角时,左舷风时比右舷风时大。无论风向如何,复飞起点附近均出现了长时间的下洗速度;风向角越大,下洗速度越大;相同风向角下,左舷风时下洗速度较右舷风时大。     

地质封存中CO2泄漏的非稳态扩散数值模拟研究

针对碳捕集与封存技术中泄漏监测的难点,利用数值模拟方法研究了地质封存中CO2泄漏的非稳态扩散,以及不同的垂直风廓线形式、大气、地形等因素对非稳态扩散模拟结果的影响,探索了地质封存中CO2泄漏扩散的分布规律.研究结果表明:不同风廓线下CO2泄漏的扩散规律基本一致,仅在垂直方向上CO2的体积分数略有差异;大气层结不稳定程度越高,越有利于泄漏气体的扩散;风速越大,扩散达到稳定所需要的时间越短,稳定的CO2的体积分数越小;大气温度越高,同一高度上稳定的CO2体积分数越大,越有利于泄漏气体的垂直扩散;地表面粗糙度越大,越有利于垂直湍流波动的形成,当水平扩散减慢时,CO2达到稳定所需要的时间延长.     

叶尖开孔对风力机流场的影响研究

以NREL Phase VI叶片的1/8缩比模型为研究对象,在叶片叶尖区域设计由前缘到叶尖端面的3个环形通气孔,改变叶尖流场分布.采用CFD的方法,通过转速变化分析叶尖表面的压力分布情况及其叶尖涡的发展过程,进而研究叶尖开孔对风力机叶尖涡的影响.研究结果表明:转速低于900 r/min时,叶尖开孔对叶片气动性能影响不大;而转速高于900 r/min时,叶尖开孔可降低涡核强度,加速叶尖涡耗散,提高叶片气动效率.从环形通气孔中喷射的气流对来流有明显的抑制作用,能够减小尾流区内的轴向速度.在加速叶尖涡的耗散和降低叶尖涡的强度方面,风力机叶尖处开孔在转速超过900 r/min以上时被视为一种比较有效的设计.     

轴流通风机叶顶区域流动的实验研究

将粒子图像测速(PIV)技术应用到低速轴流通风机实验台上，在设计工况下对轴流通风机转子叶顶区域的瞬态速度场进行了实验测量，对3个不同叶顶间隙高度，分别测量得到了在3个不同周向平面上的速度．同粒子多普勒测速仪(PDA)时均测量结果进行比较，认为PIV可以得到与PDA相近的测量精度．根据PIV实验测量结果，重点研究了叶顶泄漏流动的涡旋结构，叶顶泄漏涡位置的不稳定性和锁相平均后的叶顶泄漏涡涡心的轨迹，并将实验结果与原有模型进行了比较．结果表明，叶顶泄漏涡涡心的运行轨迹与原有模型得出的估算公式的计算结果接近。