顺流平板的湍流边界层

本文作者将自己建议过的圆管湍流运劝的普适速度分布,用于不可压缩流动中顺流平板湍流边界层的分析,通过 Karman 动量积分,得到一组简明、准确的参数分析公式;进一步完善了内层变量法,给出了阻力系数 C_D 的积分式,以及相应的功应力公式和阻力公式。另外对部分重要阻力公式作了分析比较。     

流体阻力系数迭代过程中连续性分析与处理

根据尼古拉兹实验曲线以及对应的阻力系数经验公式计算阻力系数时,为保证阻力系数与传热方程迭代过程的连续性,对过渡区和湍流过渡区提出了新的阻力系数计算经验公式以及过渡区传热系数计算经验公式,新的阻力系数经验公式在雷诺数从小到大范围内连续,使传热方程与其迭代过程易于收敛。新的阻力系数经验公式计算结果与已知判据进行了验证,过渡区相对误差在5%以内,湍流过渡区相对误差在10%以内,满足工程计算要求,计算结果更为准确。     

应用激光流体应变率仪测量壁面阻力

激光流体应变率仪是能将流体边界层的近壁区线性速度分布与菲涅尔双棱镜分光形成的干涉条纹的间距线性特性结合起来的测量仪器,能够直接测量固体表面边界层的速度梯度,而且不干扰流场,并由速度梯度可推出壁面剪切应力。用这种仪器在二维流动管道中进行了测量层流和湍流的初步试验。试验表明,对层流的测量结果与理论分析基本一致。因此,该仪器可作为流体边界层的壁面阻力测量及监视工具。     

软管空间形态的风洞试验和仿真计算

软管在深海采矿系统中是连接中继舱和集矿机的输送枢钮.在海洋工程领域,计算软管流体阻力采用莫里逊公式,其中阻力系数是双参数迎角和雷诺数的函数.用相似性原理进行风洞试验,测量了法向和切向阻力系数随迎角和雷诺数的变化关系.根据二元拉格朗日抛物线插值方法,计算得到软管移动过程中任意空间姿态时的阻力系数及相应的流体阻力.同时通过支座位移非线性迭代法结合空间梁结构非线性有限元分析理论加Newton-Raphson荷载增量法计算了软管空间形态随集矿机移动的变化过程.     

典型标准水面船型阻力和黏性流场的计算

本文通过采用PISO(Pressure Implicit with Splitting of Operators)算法求解不可压缩RANS方程,对两类典型标准水面船型阻力和黏性流场问题进行数值计算验证.其中自由面的模拟采用单相Level set方法,湍流模式选取SST k-ω模型.首先以标准数学船型Wigley船为例,进行网格收敛性验证,讨论分析时间步长的选取和壁面网格参数的确定对计算结果的影响,为复杂问题的求解提供经验参考;然后在合适的网格及时间步长下计算不同Froude数(Fr)时Wigley船体受到的总阻力系数、摩擦阻力系数、船体表面波高图等,并分别与模型试验结果和经验公式估算结果对比,结果吻合很好,从而验证了该算法的可靠性.此外,还模拟计算了第二类标准船型DTMB5415的阻力系数和黏性流场,总阻力计算结果与实验结果吻合很好,船体波高图与实验结果相比稍有误差.数值计算结果和分析充分证明本文算法和计算程序的可靠性.     

垂直管流中食品颗粒速度分布的实验研究

用数码录像方法对颗粒的轴向速度和径向位置进行了测量，获得了单个颗粒在垂直管流中的速度分布。考虑到非球形颗粒和数甲基纤维素(CMC)溶液的非牛顿性，对有关文献中颗粒阻力系数计算的关系式做了修正。理论计算结果与实验滑移速度比较表明，在靠近管道轴线的径向位置模型的计算与实验结果很接近。同时，讨论了颗粒尺寸和流体流量对颗粒速度分布的影响。     

高含沙非均质异重流流速分布和阻力特性的探讨

本文进一步研究了高含沙非均质异重流的流速分布和阻力特性。探讨了流速分布特性参数ξ、阻力系数K和交界面阻力与底部阻力之比α的变化规律;通过理论分析,建立了三者之间的关系;根据试验资料,给出了ξ、K和α的经验公式。     

有吹吸速度的外掠多孔平板湍流边界层的积分方法

具有吹吸速度的外掠多孔平板湍流流动特性是研究发散冷却和气膜冷却的基础,具有重要的理论研究意义.将湍流速度边界层划分为层流底层和湍流核心区,采用三次多项式和1/5次幂函数分别代表流体沿两个区域厚度方向的速度分布,通过积分方法建立了动量方程,利用四阶龙格-库塔法求解得到可渗透壁面湍流边界层速度场的理论解析解,同时获得了壁面摩擦系数.对比表明,解析解与Whitten、Blackwell试验结果以及Kays的经验公式符合得较为满意,证明了所提出的湍流理论模型的正确性.     

湿式共振栅阻力特性的实验研究

为研究湿式共振栅阻力特性,根据桩柱群绕流理论,建立了不同规格尺寸的共振栅的平均阻力系数的计算模型.在自制实验平台上对共振栅的阻力特性进行了实验.通过理论与实验相结合的方法,获得了用于分析不同类型共振栅阻力系数的计算模型.结果表明:随着风速的增加,有、无喷雾时共振栅的阻力系数的理论与实验数值均下降.当速度为4～7 m/s时,下降趋势不明显,基本趋于稳定;当速度大于7 m/s时,理论值高于实验值20％.该研究验证了计算模型的有效性.     

附体对潜艇兴波尾迹的影响分析

基于RANS(雷诺时均)方程和Realizable k-ε湍流模型,采用Simple算法求解压力-速度耦合项,建立了求解水下潜体兴波阻力的数值模型,并对潜艇近水面航行时的兴波特征进行了模拟.首先进行了网格及时间步长的收敛性验证,并验证了本数值模型的准确性.接着计算了SUBOFF潜艇在裸艇工况下以不同潜深航行时的兴波阻力,并针对特定潜深研究了潜艇在不同附体工况下以不同航速航行时的兴波特性.研究表明:当潜艇在弗劳德数为0.5附近时,兴波阻力系数最大;当潜深接近1/2艇长时,兴波阻力系数接近0;当单独存在尾翼附体时,会产生较大的兴波,驾驶舱与尾翼附体同时存在则会减少该影响;潜艇表面形状的突变会产生较大的压力变化.     

垂直管道固液两相流的最小提升水流速度

通过分析粒径／管径比,紊流强度及颗粒群浓度对垂直固液两相流中大颗粒的阻力系统及颗粒沉降末速度的影响,得出一定条件下颗粒的临界雷诺数提前,阻力系数突降０．１,使颗粒的沉降末速度急增,在并此基础上,给出了可用于工业试验的最小水力提升水流速度。     

三维球形堆积床内湍动特性的数值模拟

采用离散元软件LIGGGHTS重现球形堆积床的重力堆积过程,建立了球形堆积床的三维随机结构模型,同时构建了顺排结构和插排结构两种有序堆积模型与之对比. 采用CFD软件Fluent14.0对三种结构堆积床内的湍流流动进行了数值模拟研究.通过宏观阻力系数和压强降的分析,验证了随机模型的有效性,并讨论了球形堆积床随机结构内速度场特性和湍流参数的变化规律.结果表明:与经典的Ergun公式相比,随机模型的宏观阻力系数和压强降的整体误差低于6%;与有序堆积床相比,随机堆积模型具有流体速度场均匀性好、尾旋尺寸大、扰动强烈及瞬时耗散率极值高等特点.     

基于遥感技术的测风雷达

研究风廓线雷达的探测威力和我国对流层大气湍流常数(C2n)随季节的变化规律.结合目前对流层风廓线雷达的研制经验以及我国北方地区的试验数据进行分析与探讨,介绍了风廓线雷达的组成原理,推导了风廓线雷达方程和最大探测距离估算公式.各地区C2n的变化是造成目前风廓线雷达探测距离估算误差的主要原因,试验数据表明,我国北方地区对流层-C2n(均值)随季节的起伏小于边界层-C2n随季节的起伏幅度.此外,信号处理损耗也是风廓线雷达威力估算时一个不可忽视的因素.     

射流表面射流角度与射流速度耦合减阻特性

针对射流的仿生非光滑表面的减阻问题,运用可拓学基本原理建立了射流角度与射流速度耦元、耦合的可拓模型.利用SSTk-w湍流模型在对射流表面射流角度与射流速度耦合情况下的减阻特性进行了数值模拟,并以此研究了射流表面压差阻力和黏性阻力减小的原因和射流表面边界层的控制行为.结果表明:在射流的角度、速度耦合的情况下,射流表面的减阻性能较好;当耦合的射流角度为30°、射流速度为1.2 m/s时,减阻率最大,为28.10％;角度、速度耦合下的射流表面有助于减小模型壁面的速度梯度,增加壁面黏性底层的厚度,继而降低了模型壁面的压差阻力和黏性阻力,并且表现出良好的减阻性能;耦合下的压差阻力在一定程度上可以作为一种附加的动力,对射流表面流体起到推动的作用.     

牛顿流体中表面活性剂对浮力驱动的单液滴动力学行为的影响研究

研究了不同粒径单液滴在去离子水中和加入表面活性剂的去离子水中的形变、上升速度和曳力系数等动力学参数，液滴当量直径范围290mm     

近壁湍流和微颗粒的两相作用及减阻效应

为研究颗粒和近壁湍流的相互作用和流动阻力问题,采用点-力双向耦合模型并结合Lagrange粒子追踪法,对负载颗粒的槽道湍流进行直接数值模拟(direct numerical simulation,DNS).同时,从含颗粒作用外力项的NavierStokes方程出发,推导颗粒加载湍流的阻力系数表达式.考察较低容积比下粒径小于Kolomogrov尺度的颗粒对湍流结构的调制以及湍流减阻现象,讨论颗粒尺度和数量等加载参数对阻力系数的影响,发现在本研究范围内的细微颗粒对湍流的调制以抑制作用为主,同时产生明显的减阻效应.     

射流表面多因素耦合减阻特性及其对边界层的控制行为

为了研究多因素耦合对射流表面减阻特性的影响,运用可拓学基本原理建立主流场速度、射流速度、射流孔高排布、射流孔底排布等特征耦元及其耦合方式的可拓模型,利用标准k-ε湍流模型对射流表面多因素耦合条件下的减阻特性进行数值模拟,分析射流表面黏性阻力和减阻率减小的原因,以及射流表面多因素耦合对射流孔附近壁面流域边界层的控制行为.结果表明:射流表面多因素耦合的减阻效果较好,最大减阻率为27.69%;多因素耦合条件下的射流表面改变了壁面剪应力分布,影响了边界层的结构,同时,在射流孔下游形成的漩涡改变了边界层的厚度,导致壁面黏性阻力降低,从而使得射流表面具有较好的减阻效果.     

炮膛抽成真空状态下的电磁轨道炮的性能分析

空气阻力是电磁轨道炮发射过程中受到的主要阻力之一,为改善发射性能,可以将炮膛内抽成真空。因此,本文建立了轨道炮的SIMULINK仿真模型,并对轨道炮在有空气阻力和炮膛内处于真空状态下的发射过程分别进行仿真计算,对比分析了两种情况下的出口速度和系统效率。结果表明,将炮膛内抽成真空,可有效提高电磁轨道炮的出口速度和系统效率,同时减少了电枢的出膛时间,对提高系统寿命具有重要意义。     

曳力模型对发送罐内两相流动及出料特性的影响

曳力是表征气固相间作用的关键参数,以欧拉双流体模型为基础,以Gidaspow、Syamlal-O'Brien和Huilin曳力模型为研究对象,分析不同曳力模型对罐内两相流动和出料特性的影响。将不同入口气速下的出口质量流量与实验数据进行对比,分析不同曳力模型适用的入口条件。计算结果表明:根据入口速度与模型的匹配度,可将曳力模型划分为三个区间;G区的Gidaspow模型,罐内速度和湍动程度最大并且与实验数据吻合度最高;Syamlal-O'Brien的计算结果略小于Gidaspow模型;只有在S区,Syamlal-O'Brien才与实验值较为吻合;用Huilin模型计算的整体速度和质量流量最小,当速度增大到0.15 m/s以上的h区才与实验结果接近,为发送罐内两相流动的研究提供理论依据。     

基于双高斯拟合的风廓线雷达在降水条件下的风场反演

风廓线雷达在降水天气下探测到的返回信号主要包括大气湍流信号和降水粒子信号,其功率谱数据在结构上通常表现为双峰结构,并且在一定程度上可以看成是双高斯形式的。本文利用北京延庆CFL-08型边界层风廓线雷达在降水条件下获得的探测数据,采用双高斯拟合的方式将湍流谱和降水谱分离开,并通过分离之后的湍流谱对不同强度的降水过程进行了垂直速度场和水平风场的反演。反演结果表明,利用双高斯拟合可以有效地将湍流谱和降水谱区分开,反演得到的垂直速度场、水平风场较处理之前更加精确。