径向载荷分布对螺旋桨气动性能影响的计算研究

通常认为螺旋桨叶片的径向载荷分布对于螺旋桨的气动效率有较大影响,但是,通过对比三种典型径向载荷分布螺旋桨的气动性能,本文发现：只要合理选择翼型及工作迎角,载荷分布的不同不太影响螺旋桨的效率。本文采用求解三维N-S方程确定桨叶各叶素的气动性能并根据设定的载荷分布进行剖面迎角调整的方法研究。本文的研究结果表明：如果采用本文的调整方法,在螺旋桨设计中不必重点研究载荷分布的问题。     

采用鲸鱼算法的可控扩散叶型优化设计

为提升可控扩散叶型MANGHH在高空低雷诺数条件下的气动性能,建立了一套结合类别形状函数变换方法、S1流面求解程序、鲸鱼优化算法的优化设计系统,具有参数较少、易于实现、求解快速等优势。经单峰函数和多峰函数测试表明,鲸鱼优化算法的寻优能力明显高于粒子群优化算法和引力搜索算法。研究表明:与初始叶型相比,优化叶型在-4°、0°、6°攻角下总压损失分别降低了55.9%、16.1%、16.3%;在不同的攻角下,优化叶型吸力面的载荷峰值前移,减缓了边界层位移厚度的增长速率,削弱了尾缘附近的流动分离,并且随着来流马赫数的增大,优化叶型的总压损失减小幅度增大;随着来流湍流度的增大,初始叶型的总压损失先减小后增大,优化叶型的总压损失由于湍流耗散能力增强而增大,但总压损失始终低于初始叶型,气动性能显著提升。     

滑动载荷对软骨溶质扩散的影响

为研究滑动载荷下关节软骨溶质的扩散行为,采用有限元方法,利用传热学理论对滑动载荷作用下三维软骨模型的溶质扩散进行计算,得到了浓度随时间和位置的分布规律,并与软骨静置时的结果进行比较,分析了滑动载荷参数对扩散的影响.结果表明:滑动载荷作用下,软骨溶质在浅表层和中间层的扩散速度较快,特别是在加载初期;与静置状态以及静态压缩和动态压缩载荷作用相比,滑动加载对促进扩散的效果更明显;过大的压缩量对扩散有抑制作用;增大滑动速度可以促进溶质的传递.     

基于奇点分布法的涡轮钻具叶型设计

在高速及小直径涡轮钻具的叶型设计中,采用常规方法难得到令人满意的叶型,而采用奇点分布法来设计涡轮钻具叶型是值得尝试的。根据奇点分布法的设计流程,首先计算了涡轮钻具叶栅的叶片数、绕翼型环量、无穷远处均匀来流速度。其次,选取环量密度分布规律,设计了涡轮钻具的叶型骨线,并采用六次多项式对叶型骨线进行光滑。再次,根据翼型库中翼型的表达方式,研究了沿叶型骨线加厚叶型的方法,得到了有厚叶型,并确定了厚度圆与叶片吸力面和压力面型线的切点计算方法,提供了叶片在制造时的必需坐标点。最后,根据工程数据,设计了某型涡轮钻具的叶型,采用CFD软件对其叶型进行了流场仿真。仿真结果表明叶型性能优良,证明了奇点分布法在涡轮钻具叶型设计中的可行性,特别是对设计高速涡轮钻具更是一种行之有效的方法。     

波纹度偏差对高负荷压气机叶型的影响

基于对压气机叶片局部加工质量的分析,针对描述波纹度的关键参数,提出了描述波纹度加工偏差的正弦函数数学模型。该模型针对叶片加工型面存在的“微小波纹”现象,用幅值、频率和初始相位高效直观地体现了波纹度的波纹高度、波纹宽度和波纹初始相位参数。以某发动机高负荷叶型为对象,采用数值模拟手段研究了波纹度偏差关键几何参数对压气机高亚声速叶型气动性能的影响规律及机理。结果显示：在波纹宽度与起始相位相同的前提下,攻角范围会随着波纹高度的增加而减小,叶背局部波纹高度增加会导致流动损失增加;加工质量差的波纹高度大且波纹宽度小的叶型性能退化最严重,Ma=0.8时损失系数相较于设计叶型至少升高24.2%。根据文中结果对现有加工工艺提出两点建议：其一,叶背波纹高度较小和波纹宽度较大,若能保证其中之一,能使得叶型性能下降程度不显著;其二,可根据叶型的低损失攻角范围选择性接受叶背起始加工偏差状态。     

建筑环境中有害气体扩散及分布的分析

利用温差射流原理分析了有害气体泄漏时在大气中扩散的特点;在与实验结果对比的基础上,对某建筑小区环境下有害气体连续泄出的扩散迁移过程进行了初步数值计算．结果表明,泄出气体的主运动方向沿大气流动方向发生偏转,气体浓度分布区的范围和形状主要与大气主流风速的大小、建筑物阻挡作用和气体泄出速度等因素相关．     

后加载和高负荷前加载叶型气动性能的试验研究

采用平面叶栅和环形叶栅吹风试验对后加载和高负荷前加载叶型的气动性能进行了详细的测量和研究.在平面叶栅吹风试验中,测量了2种叶型的压力系数分布,研究了攻角、相对栅距、安装角和马赫数的变化对叶型能量损失系数的影响规律.在环形叶栅吹风试验中,测量了2种叶型的近叶顶、中叶高和近叶根处的压力系数分布以及能量损失系数沿叶高的变化规律.对后加载和高负荷前加载叶型的三维成型规律进行了讨论.试验结果表明:高负荷前加载叶型相对于后加载叶型具有更大的负荷特性;高负荷前加载叶型在采用较大的切向弯曲后可以抑制二次流的发展和减少二次流损失;前加载叶型和后加载叶型均具有优良的气动性能.研究结果对于拓宽高性能叶型在汽轮机中的应用提供了理论基础和技术支持.     

展弦比对某跨音速风扇性能影响的数值研究

使用数值模拟方法,对比研究了三个采用不同大小动叶展弦比设计得到的高负荷跨音速风扇的性能.设计方案选择的动叶展弦比分别为0.937,0.871,0.804.计算结果表明,动叶展弦比大小对风扇性能影响显著.采用较大展弦比设计的风扇具有更宽广的流量范围,但是最高效率点偏低,而且总压比范围较小.通过流场分析揭示了转子展弦比的变化会影响到气动负荷在叶展方向的分布规律.使用较大展弦比设计时,动叶顶部激波损失增加,通流能力下降.     

分形结构中介质渗透性对扩散过程的影响

土壤孔隙由于其不均匀的结构特征使得介质在其中的运移规律与理想输运行为有较大的区别,如:输运行为不符合经典的菲克定律。为了研究介质在土壤等不均匀结构中的扩散行为,本文建立Sierpinski分形地毯模型模拟土壤结构的异质性,并通过投放大量粒子进行随机行走研究土壤中污染物等介质的扩散规律。 文中我们选用同一种Sierpinski分形地毯模型,并取相同的起始投放点位置,粒子数量以及运动步数,以不同规则下粒子的随机运动模拟为手段,刻画不同介质条件下溶质的运动规律。根据分形结构中位移与时间的二阶矩关系,通过模拟计算、对比两种情况下的Hurst值,得到Hurst值的影响因素,从而得到分形结构中粒子的扩散规律。     

考虑传动轴变形影响的齿轮载荷分布

分析了以往齿轮弹性强度分析中有限元模型的不足,并基于子结构分析技术建立了包含传动轴的齿轮系统三维整体有摩擦弹性接触的计算模型。用有限元参数二次规划法求解非线性部分,对齿轮系统进行有限元分析。结果表明,齿轮齿宽方向载荷分布遵循折线规律,齿廓方向载荷分布呈半椭圆分布规律,齿轮系统的轴变形对齿轮齿面偏载状态有较大影响。对于齿轮系统这种重复结构多的工程结构,子结构分析技术在解题规模和计算效率上都有其优越性。     

Tests and Numerical Simulation of Aerodynamic Characteristics of Airfoils for General Aviation Applications

This paper was to validate the effects of airfoil thickness ratio on the characteristics of a family of airfoils. Research was carried out in different ways. First, tests were conducted in the wind tunnel. And numerical simulation was performed on the basis of tests. Results from calculation were consistent with tests, indicating that numerical method could help evaluate characteristics of airfoils. Then the results were confirmed by compared with empirical data. The study also showed that the determining factor of lift is not only the thickness ratio, but the angle of attack, the relative camber and the camber line. The thickness ratio appears to have little effect on lift coefficient at zero angle of attack, since the angle of zero lift is largely determined by the airfoil camber. According to the research, numerical simulation can be used to determine the aerodynamic characteristics of airfoils in different environment such as in the dusty or humid air.     

翼型摆角对气动性能的影响分析

基于NREL S809翼型,研究尾翼摆角对于翼型气动性能的影响.通过对比升阻力系数的模拟值与实验值,排除了网格质量对翼型气动性能的影响,验证了利用S-A(Spalart-Allmaras)湍流模型对风力机翼型进行计算的有效性,确定了合理的模拟方案,分析了翼型的气动性能.在此基础上,将S809翼型进行了尾缘变形,生成S809上摆-5°、下摆5°、10°及15°这4种变形翼型.再利用CFD(computational fluid dynamics)软件对它们进行数值计算,分析了各个翼型升阻力系数及流场特性.研究表明,随着尾缘下摆角度的增加,变形翼型上下表面压差逐渐增大,下摆翼型在升阻力特性方面有较大改善.但随着翼型下摆角度的增大,翼型产生分离涡的攻角却随之减小,更易失速.而上摆翼型升阻力特性及失速特性均不如原始翼型.     

进口导叶载荷分配对小型高压轴流风扇气动性能的影响研究

目的 针对小型高压轴流风扇气动性能的优化设计,提出对进口导叶与动叶不同载荷分配进行研究,寻找合适的分配规律以达到气动性能优化的目的。方法 根据进口导叶与动叶分配的不同载荷比,设计相应的进口导叶预旋角度、动叶安装角,利用Pro-e三维建模软件建立风扇模型,并通过数值模拟,采用ICEM进行网格划分,在Fluent求解器中选择合适的控制方程与边界条件进行计算,对不同风扇模型的气动特性、压力分布、速度分布、湍动能分布及内部流场进行研究分析。结果 在小型高压轴流风扇设计中,进口导叶因负偏转而承担的载荷不同,对风扇气动性能影响较大。进口导叶气流预旋角在30°～50°区间内变化时,在设计工况附近,进口导叶负预旋偏转角越小,即设计载荷比例越小,风扇整体压力系数则越高。在设计运行工况点,5种风扇模型的压力系数差异可达9.54%,全压效率相差2.49%;当气流预旋角度大于30°时,即设计载荷比例ξ超过32%时,高负荷轴流风扇压力系数从0.332逐步下降到0.303,全压效率也呈下降趋势。结论 当进口导叶气流预旋角度控制在30°以内时,叶片中后部压力梯度较小,圆周方向上的速度梯度减小,叶片尾缘处的附面层分离...     

炮射导弹气动特性数值计算

为解决炮射导弹静稳定度低的问题,提出了两种针对尾翼的优化方案.以三维N-S方程为出发方程,采用S-A湍流模型,对炮射导弹的绕流场进行了数值模拟研究,得到了炮射导弹外形优化前后的气动特性参数,气动特性结果与风洞实验结果基本吻合.研究结果表明,两种尾翼优化方法均可有效地提高炮射导弹的静稳定度,并增加升力.     

多片尾翼布局弹箭气动特性数值计算

用数值模拟方法研究多片尾翼布局弹箭的气动特性．以三维Navier—Stokes方程为控制方程，用CFD方法对4片、6片与8片平直形尾翼和卷弧形尾翼弹箭的流场进行数值模拟研究，得到的气动特性结果与风洞实验结果基本吻合，为多片尾翼布局弹箭的气动设计及尾翼片数的合理选择提供了依据。     

高速航空螺旋桨翼型气动特性及数值仿真

为了提升高速航空螺旋桨的气动性能,通过计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)方法研究了平凸翼型NACA4412、超临界翼型RAE2822和高雷诺数薄翼型NACA65206在不同马赫数Ma、不同攻角下的升阻比变化规律,以及翼型流场的马赫数等值线分布等。通过翼型的升阻比特性研究,选用NACA65206翼型设计了一款高速航空螺旋桨,并进行了螺旋桨流场的CFD仿真和气动性能计算。结果表明：随着马赫数从0.5提高到0.9,NACA65206翼型具有更好的升阻比特性,并且失速特性不断改善;采用NACA65206翼型设计的螺旋桨在0.6飞行马赫数下,推进效率高于80%,在0.7飞行马赫数下,推进效率高于75%,说明了使用薄翼型结合大后掠角度设计的高速航空螺旋桨具有较好的推进效率。     

具有流线型头部的高速磁浮列车气动性能数值模拟

以世界上首条商业运行的上海高速磁浮列车TR08为研究对象,基于粘性流体力学理论,按三维可压缩粘性流对具有流线型头部形状的TR08列车以及根据一定规律设计出的4种新头型列车周围流场进行了数值模拟.通过对这5种不同头型列车的模拟结果进行对比分析,得出了流线型头部外形对气动性能影响的规律:随着流线型头部长度增加(其他条件相同),列车气动阻力和升力降低;在头部流线型长度相当的情况下,纵剖面轮廓线上凸的头车气动阻力比下凹的小,而尾车气动阻力大;中间车阻力变化不大,尾车升力大于头车;就整车升力而言,纵剖面轮廓线上凸的气动升力大于下凹的.     

风力机翼型挥舞摆振非定常气动特性分析

参考实际运行状态下的风力机翼型,应用动网格并采用kω-SST湍流模型对NREL S809翼型在Re=1×106情况下的翼型振荡进行了数值模拟,同时分析了挥舞、摆振及二者耦合振动对风力机翼型气动性能的影响.结果表明:相同振幅和频率下,翼型挥舞比摆振引起的气动力波动大得多;翼型未达到失速时,翼型吸力面的流动分离可以使翼型获得额外的升力;挥舞的振幅或频率较大时,翼型会发生失速,且来流攻角越大,挥舞使得翼型更易发生失速;在挥舞-摆振耦合引起的翼型气动力变化中,挥舞起主导作用.     

基于LES方法仿生翼型气动特性数值模拟

采用大涡模拟方法,研究在翼型不同位置添加脊状结构对翼型流场及气动性能的影响,讨论了添加脊状结构后翼型流场的流动特性和涡结构特性。研究发现：1)在α=6°攻角条件下,无论riblet-Q翼型模型或riblet-H翼型模型均可改善边界层分离情况,但riblet- H翼型模型表现出更好的控制效果。2）后段布置脊状结构能够有效推迟翼型边界层分离点,抑制边界层大涡形成,控制分离涡的发展和脱落。3）riblet-H翼型模型使翼型的升力系数增大,同时也使其阻力系数降低,升阻比较原翼型有了较大提高。