90°弯管下游管路流场的非定常特性

借助分离涡模拟(DES)方法,对圆形截面90°弯管内部及下游管路内湍流流场的流动特性进行了研究.分析了不同入流速度、入流直径和弯管中心线半径对下游流动及壁面压力波动的影响.计算结果表明:弯管小半径附近区域发生边界层分离,在下游出现拟序结构及壁面压力波动;提升入流速度能使频谱特性向高频次发展;改变管路直径并不改变内部流场的主要特征;降低弯管曲率可有效降低下游管路壁面上的压力波动.     

二维高超声速进气道内激波-边界层相互作用

在多级压缩二维高超声速进气道中,激波边界层相互作用在前后两级压缩面交界的折角处会诱发壁面流动的分离,导致分离泡的产生.压缩面折角位置产生的激波与唇口处边界层相互作用,同样会诱发明显的壁面流动分离.这些分离现象均存在较为明显的动态特征和空间结构上的不稳定性,对进气道内流场及起动性能存在一定的影响.这里主要利用改进的高速纹影系统对二维二级压缩进气道内的流动结构进行观测及分析,揭示了分离流动的细节结构以及演化过程.在此基础上,采用改变壁面粗糙度以促进边界层转捩、壁面添加扰流器促进边界层内掺混流动等措施改变边界层流动状况,观察边界层控制对分离流动的影响,并取得了初步的结果.     

叶片开槽对轴流泵空化性能的影响

为探究开槽叶片对轴流泵空化性能的影响,以350ZQ-70-H型潜水轴流泵为研究对象,对其不同空化余量下的流场进行定常和非定常数值模拟,对比分析原模型与改进后模型的速度矢量分布、压力分布、内部空泡体积分数及空泡体积变化等.结果表明:开槽叶片可以改善轴流泵的效率和扬程,提升轴流泵性能;开槽叶片增大了叶片进口处流动面积,降低了叶片进口处流速,使得轴流泵叶轮内压力的分布得到改善,从而对空化产生抑制作用;在空化的各个阶段里,开槽模型的空泡体积分数分布均有所降低,其中空化初始阶段最为明显,相比原模型下降了30.4%,有效抑制了空化的发展,空化性能明显提升.     

水平方向扰流器对海底管道绕流流场及振动抑制效果研究

研究了深海海底悬跨管道安装水平方向扰流器。计算分析了层流状态下管道与海床壁面间隙分别为不同间隙比时管道层流区绕流流场及振动特征的变化情况,并与未安装扰流器的悬跨管道进行对比分析评价水平扰流器对海底悬跨管道振动抑制效果。此外,还探讨分析了不同结构尺寸的扰流器对管道振动抑制效果。     

平行板间填充颗粒与壁面开槽对流动与换热的影响

为了研究壁面开不同型槽、板间距与粒径比和流动换热的关系,文中通过对平行板间填充不同粒径颗粒、板面开不同结构微槽的方式对平行板间强化换热机理进行了实验研究。实验结果表明:选用小的板间距与粒径比(Z/dp),可以提高系统的强化换热效率;在换热壁面上设计微细的开槽结构,既可以降低流动阻力,又可以强化换热。     

基于顶部与侧部扰流器的轿车气动减阻

汽车空气动力学性能是车身设计中需要着重考虑的方面,针对某国产快背式轿车的简化模型,应用计算流体力学原理与方法,研究了轿车尾部气动附件对于快背式轿车气动阻力系数的影响.采用三棱柱半结构化网格和Realizable k-ωSST模型,对不同尺寸的顶部及侧部扰流器的外流场进行数值模拟,得到不同情况下该车的气动阻力系数、表面压力分布等气动特性.对比分析了各种方案的流动特性及阻力系数.结果表明:加装不同尺寸的扰流器,通过适当的匹配与优化,可以改善轿车的气动特性,降低气动阻力.     

不同雷诺数下90°弯管内流动特性的数值研究

运用FLUENT软件中的RNGk-ε模型对不同Re下圆形截面90°弯管内空气流动进行了模拟,分析了管内压力分布、二次流动和壁面上压力系数的变化,研究了Re不同时对壁面压力系数的影响.发现在气流进入弯管段后,流场由于流体惯性和分子黏性的相互作用,各个截面上出现了对称的二次流涡对.随Re增大,流体对于管道壁面的压力增大,管内压力损失也在增大.管道壁面上的压力系数随Re的不同差别不大,Re越大,压力系数越小,并且管道外壁面变化比内壁面更加明显.湍流时压力系数沿程变化比层流明显很多,曲率的影响也要强于层流.     

非光滑表面离心泵叶轮的流动减阻特性

为了分析非光滑表面对离心泵性能的影响,基于仿生凹坑表面的减阻特性,将凹坑型非光滑单元体排布于离心泵叶片的工作面,建立具有非光滑表面的叶轮离心泵的流动减阻特性分析模型,通过RNGk-ε湍流模型对离心泵内部流场进行数值模拟,分析具有非光滑表面叶轮的流动减阻特性,研究不同流量下非光滑表面对叶片近壁面的速度分布、剪应力和离心泵内部流场的影响.结果表明:凹坑型非光滑表面能够降低因黏性阻力产生的叶轮扭矩,其扭矩的最大降幅为5.8%;非光滑表面能够有效控制叶片近壁面边界层的流体流动,减小叶片的壁面剪应力;凹坑型非光滑表面能够降低离心泵叶轮内部流体的湍动程度,减小湍动产生的能量耗散,使叶轮内部的流体流动更加稳定并提高离心泵的效率.     

车身非光滑表面组合布置对气动特性影响分析

为了研究非光滑表面尺寸及组合布置位置对汽车气动性能的影响.以MIRA阶梯背模型为研究对象,采用CFD与风洞试验相结合的方法对3种不同位置组合模型的气动性能进行了研究,并与光滑表面模型进行对比分析,探讨其减阻机理.结果表明,行李舱盖,车身尾部和车身底部组合布置非光滑单元体减阻效果最佳,减阻率为5.90%.非光滑表面通过改善汽车的尾部涡流,降低了模型压差阻力;同时通过改变近壁面气流的流动状态,降低了车身表面的气流速度,减小车身的摩擦阻力.     

等离子体影响平板附面层流动的机理研究

基于Orlov和Corke提出的电场力模型,将等离子体作用力耦合到流动控制方程中,理论分析了等离子体对附面层流动的作用机理和效果,并通过对平板附面层流动的数值模拟验证了理论分析结果。研究表明,等离子体增加了其作用区内壁面附近的压力,绝缘壁面上的压力最大,沿壁面外法线压力梯度为负值;同时等离子体增大附面层内的速度,并诱导出沿壁面内法线方向的流动以及沿流向的顺压力梯度,这将有利于附面层流动分离的控制。随着来流速度的增加,等离子体的作用效果有所减弱,通过提高电极电压来提高电场强度,可以有效的提高其作用效果。     

液力缓速器低充液率工况扰流柱起效条件判定方法

为揭示低充液率下缓速器工作腔内气相主导的流动规律和降低空转状态下的功率损失,针对某车用液力缓速器构建了带有空损抑制扰流机构的叶轮周期流道模型,通过对低充液率不同转速下液力缓速器扰流机构起效过程流场仿真,分析了不同输入转速和不同充液率工况下的制动转矩、容积率、扰流柱挡片压力差3个关键参数的变化趋势.结果表明,制动转矩在20%充液率前后均有明显的状态变化.18%充液率前各参数单调上升且在18%充液率达到极大值,随后在20%充液率达到极小值,而后继续增大.微观两相流动层面上,20%以下充液率时油液和空气分层明显,而后流动失稳并且在20%以上充液率工况油液和空气流动分层不明显;在充液率大于18%以上时,扰流柱挡片上的压力差值大于所设计预紧力,足以压缩扰流柱挡片进入其腔体内.据此确定了低充液率工况的扰流柱起效判定方法,为扰流机构的设计提供了理论依据.      

三摆臂式扰流片矢量气动力数值仿真研究

为适应智能可控弹药发动机喷口愈来愈小的发展趋势,本文针对三摆臂式扰流片矢量控制形式开展了气动力数值仿真。研究了三摆臂式扰流片推力和侧向力调节能力。计算结果表明：推力随着主推角的增加而降低,最大推力损失仅与主推角有关;当主推角大于36°,扰流片间的气动干扰增强;侧向力随着侧向角和入口压力的增加而增大;当三个扰流片均位于发动机尾流中,前后方向和左右方向侧向力调节干扰小,且侧向力调节对推力影响小。     

三角形沟槽旋成体表面减阻性能的数值模拟

基于仿生微小非光滑表面具有减黏降阻特性的基本思想,在高速转动旋成体表面布置不同深度和间距的三角形沟槽.采用RNGκ-ε模型对其三维流场进行模拟,分别计算表面光滑旋成体与表面具有三角形沟槽的旋成体壁面阻力系数,对比两者壁面剪应力大小可知,将三角形沟槽布置于高速旋转的旋成体表面,可降低旋成体在高速转动时壁面的空气阻力,从而降低动力消耗,并且沟槽深度和间距均对旋成体壁面阻力产生不同影响.与光滑旋成体相比,三角形沟槽旋成体最大减阻率为12.060%.     

前轮扰流板高度对复杂轿车风阻的影响

以较真实的复杂车体为研究对象,分别对旋转与静止工况下,前轮扰流板高度对整车气动阻力的影响进行了数值研究,计算采用定常雷诺时均纳维斯托克斯方程.针对数值计算结果,对静止与旋转车轮周围流场的流动情况、车身阻力积分曲线等数据的详细分析,得到结论:旋转与静止工况下,整车气动阻力系数均随车轮扰流板高度的增加呈现先减小后增大的趋势,前轮扰流板有利于整车气动性能和机舱散热性能的提高,但须对其高度进行优化,合适高度的前扰流板可使整车气动阻力系数较小且机舱进气量较大.     

扰流对大口径内锥流量计性能影响的仿真研究

利用数值仿真方法,对800 mm口径、β值为0.726 8的大口径内锥流量计进行了CFD数值模拟研究。分别在内锥流量计的上、下游直管段处安装半月型孔板,通过扰流件对速度场的影响,分析内锥流量计的性能。研究结果表明:大口径内锥流量计流出系数几乎与雷诺数无关;如果在内锥流量计的上游5D、下游1D或更远直管段处安装扰流件,基本上不影响流出系数;若同时在上游和下游安装扰流件,此时下游的扰流件对速度场起到整流器的作用。     

火箭整流罩内降噪装置低频声学性能仿真

针对运载火箭整流罩内降噪装置所具有的特殊曲线颈部Helmholtz共鸣器,基于仿真方法研究降噪装置的低频声学性能.应用虚拟阻抗管法分析了Helmholtz共鸣器共振频率及吸声系数与其壁面厚度的变化关系.研究了降噪装置不同安装位置对圆柱空腔内平均声压级的影响.仿真结果表明,随着壁面厚度增加,Helmholtz共鸣器共振频率逐渐趋于刚性壁面的值,但吸声系数先增大后减小.降噪装置不同的安装位置可使空腔内平均声压级相差10 dB以上,在工程应用中需将其放置于空腔模态振幅较大的位置.      

桥梁抖振力空间相关性对风-车-桥耦合动力响应的影响

基于提出的抖振力模型和建立的风-车-桥耦合振动模型,发展了一种可以考虑抖振力空间相关性的风-车-桥耦合振动分析方法,并编制了相应的计算程序.以江顺长江大桥为工程背景,测试了桥梁抖振力的空间相关性和考虑车桥耦合作用的车桥气动参数,分析研究了桥梁抖振力空间相关性对侧风作用下桥梁和车辆耦合动力响应的影响.研究结果表明:桥梁抖振力空间相关性对桥梁动力响应有显著影响,对车辆的动力响应也有一定的影响.     

横纵刻槽对半预制战斗部破片成型的影响

为分析壳体内刻槽对半预制战斗部破片成型的影响规律，开展了不同工况的仿真计算，并对典型工况进行了试验验证.利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件，对爆炸载荷条件下破片的破碎断裂规律进行了研究，得到了横向刻槽与纵向刻槽的形状、深度等因素对破片成型的影响关系.研究结果表明:仅有横向刻槽时，将形成较多碎小破片；仅有纵向刻槽时，将形成杆条式破片；同时预制横向刻槽与纵向刻槽时，纵向刻槽深度应比横向刻槽深度小于20%，可得到大小均匀、质量可控的破片；刻槽形状采用"V+V"型或"锯齿（斜口朝起爆点）+V"型时，破片破碎控制效果较好.对典型工况开展了试验研究，试验结果与仿真计算结果较为相似，证明了仿真规律的正确性.      

不同形式路面表面功能对比研究

为改善路面行车舒适性与安全性,采用手动铺砂法、动态摩擦测试仪法、车载声强(OBSI)轮胎/路面噪声测试法对于横向刻槽、纵向刻槽、露石、金刚石研磨水泥混凝土路面、开级配沥青混凝土路面的构造深度、动态摩擦系数、轮胎/路面噪声进行了对比研究。结果表明:纵向刻槽水泥混凝土路面构造深度大于露石、金刚石研磨、横向刻槽水泥混凝土路面。车速增加,路面动态摩擦系数不断减小,其中纵向刻槽路面的动态摩擦系数稍高于横向刻槽及金刚石研磨路面。同时开级配沥青混凝土路面比刻槽、金刚石研磨、露石的混凝土4个形式路面的噪声水平降低5~10 d B,其降噪效果良好。     

沟槽内壁结晶器铸坯初期凝固过程

以初期凝固坯壳为研究对象,在结晶器内壁纵向划分沟槽,建立数学模型,计算划分沟槽与不划分沟槽结晶器内铸坯的温度场和应力场,研究沟槽内壁结晶器对铸坯初期凝固过程的影响。结果表明,沟槽内壁结晶器可显著改善铸坯传热,降低坯壳应力并使其均匀分布。