CRH3型高速列车气动头型优化计算

本文针对CRH3型高速列车的气动外形设计问题,提出了一套高效的头型气动力优化方法.使用NS方程进行流场求解,结合遗传优化算法和任意网格变形技术,避免了流场计算时几何变形和网格剖分的庞大时间开销,提高了优化计算的效率.通过对设计空间中的设计点进行统计分析,研究了优化设计变量与优化目标之间的相关性,分析出了影响优化目标的几个关键变量,并采用Kriging算法对关键设计变量与优化目标进行了响应面分析,得到了关键设计变量与优化目标之间的非线性关系.最后,通过优化头型与原始头型的气动性能比较,对CRH3型高速列车原始头型的气动稳定型进行了评估.     

月地高速再入返回器气动设计与验证技术

月地高速再入返回器与近地轨道返回飞行器相比,气体流动效应更加复杂,对气动数据的精准度要求更为苛刻.因此,气动设计与验证的正确性和全面性是月地高速再入任务成功的关键.本文对月地高速再入气动特点进行了分析,对返回器气动设计方法、气动计算与试验项目、数据综合分析和特种气动问题研究的方法与结果进行了阐述,并给出了飞行结果.飞行结果表明返回器气动设计与验证所获得的各项气动数据满足工程要求.     

适用于超声速湍流扩散燃烧流动的火焰面模型

为了建立适用于超声速流动的湍流扩散燃烧模型,本文首先分析了火焰面模型应用于超声速流动的物理基础,然后数值模拟了轴对称超声速射流形成的氢气/空气扩散燃烧流场,利用实验数据校正了火焰面模型中重要物理量标量耗散率的模型系数.计算结果与实验数据的对比表明,本文修正后的火焰面模型对超声速湍流扩散燃烧流动的模拟能力是令人满意的.基于火焰面模型理论以及数值模拟结果,本文首次研究了湍流脉动对平均状态方程以及化学反应源项的影响机理,得到以下结论：组分浓度和温度脉动相关项对平均状态方程影响很小;温度脉动会降低水的生成速率,但其影响较小;组分浓度脉动在接近于氧化剂一侧区域增加水的生成速率,而在另外的大部分区域会降低水的生成速率;组分浓度与温度的脉动相关作用会很大程度上降低水的生成速率.     

高速可压缩流动壁函数边界条件的改进与应用

为发展适用于高速流动的壁函数边界条件以降低摩阻和热流模拟时的网格相关性,针对Nichols等人提出的可压缩壁函数边界条件开展了改进研究．首先,通过数值试验修正了可压缩速度壁面律的参数取值·9其次,基于数值试验和理论分析,对温度壁面律的表达式进行了修正;最后,推导了近壁区的热传导项表达式,更准确地实现了壁函数边界条件与CFD程序的耦合．之后,对修正的可压缩壁函数边界条件开展了应用研究．对超声速平板湍流边界层的模拟结果表明：壁函数在壁面法向第1层网格y＋〈400时均能给出准确的壁面热流密度和摩擦系数值,且在稀网格下也可得到合理的边界层速度型、温度型以及湍流涡黏性系数分布;数值实验表明对原始壁函数的修正显著提高了热流密度和摩擦系数的模拟精度．对包含分离流动的超声速凹槽和高超声速轴对称压缩拐角算例的数值模拟发现：基于充分发展的附着湍流边界层理论建立的可压缩速度壁面律对分离区内部近壁区仍然近似适用,可保证分离区内部给出可靠的摩擦系数和热流密度;而对于分离／再附点附近,壁函数的模拟精度相对较差,其原因在于分离／再附点附近的真实速度型与壁函数中速度壁面律形式出现明显差别．     

弹体高速冲击载荷下钢筋混凝土的破坏行为实验与细观数值模拟

钢筋混凝土在土木工程与国防领域具有广泛而重要的应用,且存在明显的尺寸效应,有必要进行大尺寸侵彻实验研究其在高速冲击下的动态响应.本文开展了1 00 mm大口径卵形弹高速侵彻钢筋混凝土靶的实验,并对靶体的破坏模式、侵彻深度和开坑直径进行了详细分析.由于钢筋的加入导致混凝土具有更为复杂的非均质性和各向异性,各组分的变形、破...     

基于FLUENT的NA63A系列翼型气动特性对比分析

利用计算流体力学软件FLUENT6．3．2对在风力发电领域应用较为广泛的NA63A系列翼型的外部流场进行数值模拟,采用Spalar-S．Allmaras湍流计算模型求解该系列翼型在不同攻角下的压力、速度分布。进而对NA63A系列不同翼型在相同攻角下以及网种翼型在不同攻角下的气动特性进行对比分析并总结规律,为该类翼型的性能研究提供了一定的理论依据。     

乘波布局飞行器宽速域气动特性与研究

乘波体是利用前缘线贴体激波得到高升阻比特性的一种气动布局,产生于某一特定流场．它因前缘钝化引起的脱体激波对气动特性的影响,以及非设计工况时的气动性能,一直是航空工程界关注的工程科学问题．本文利用低速和高速乘波体各自的特性,提出了一个从起飞、加速到高超声速巡航的宽速域飞行器,并根据气动热载,进行了前缘钝化．理论研究和风洞试验结果说明,它在亚跨超和高超声速的范围内都具有良好的气动性能．     

隧道长度对高速列车交会压力波的影响研究

高速列车隧道交会空气压力波的幅值对于车体结构及气密强度设计有非常重要的意义．我国的工程条件下需要对该工况对应的最不利隧道长度以及隧道长度对列车表面压力变化幅度的影响进行估计．本文通过理论分析研究了隧道压力波的形成和峰值影响因素,推导了压力极值对应的最不利隧道长度关于列车长度、运行马赫数的表达式．同时研究了隧道长度对最大负压值变化趋势的影响,并得出了负压极值快速变化所对应的临界长度区间．随后建立了二维的隧道交会数值模拟方法,并对典型工况下不同长度隧道内的列车交会进行了计算,其结果很好的验证了理论分析的预测表达式,证明前述表达式能够有效地应用于实际工程设计当中．     

茶条岭隧道数值模拟分析与研究

以十堰至天水高速公路茶条岭隧道现场的监测数据为依据,运用大型有限元软件 MIDAS,采用三维模型模拟隧道开挖过程,并将数值模拟的结果与实测数据的分析结果相对比.分析表明围岩在初期支护施工一段时间后,经过应力调整,其变形和支护结构受力趋于稳定,拱顶下沉和周边位移满足监控管理标准规定     

超燃冲压发动机燃烧室内湍流燃烧流场的数值模拟研究

应用经显式可压缩修正的SST湍流模型,对超燃冲压发动机燃烧室流场进行了三维数值模拟,并与实验结果进行了对比.通过对燃烧室流场数值模拟结果的分析给出了湍流燃烧流场的特征.为了定量分析超声速流动条件下湍流燃烧的作用特点,基于湍流燃烧理论与湍流燃烧的数值模拟结果,通过对控制无量纲参数在流场中变化的研究发现：超声速燃烧发生的区域为充分发展的湍流区;在喷口附近湍流和燃烧的作用最强烈;超声速燃烧流动中,湍流引起的火焰非定常效应和局部火焰熄灭现象均可忽略,定常火焰面的近似假设是成立的.     

风力机翼型气动参数影响分析及叶片粗糙敏感性评价指标探讨

水平轴风力机叶片表面特别是前缘粗糙度增大会导致叶片气动性能的下降和风力机输出功率的减少,因此粗糙敏感性是叶片设计必须考虑的一个重要因素.但是如何评价叶片粗糙敏感性,目前尚无统一的标准.本文从理论和实际出发,分析了翼型气动参数对叶片气动性能的影响,得出了翼型升力系数是风力机输出功率和轴向推力的主要影响参数,并提出了变桨型水平轴风力机叶片各区段翼型的粗糙敏感性评价指标,即是在定桨调速区,无反馈运行情况下,叶片外侧翼型应以升阻比和升力系数,叶展中区和叶片内侧翼型应以升力系数作为粗糙敏感性评价指标;有反馈运行的情况下,叶片外侧翼型就应以最大升阻比和设计升力系数,叶展中区和叶片内侧翼型以最大升力系数作为评价指标;而在变桨定速区,当变桨可以保证达到额定功率时就无需考虑粗糙度的影响.     

基于基排序法的冗余操纵面控制分配与管理

先进布局飞机的操纵舵面具有数量多,功能复杂且耦合的特点,为一典型过驱动冗余系统.针对该问题,首先提出了冗余操纵面控制分配与管理的概念和系统结构,然后基于一种新型受限控制分配方法——基排序控制分配方法,通过对分配过程物理含义的解析,给出了控制分配的优化目标、候选操纵舵面、限制条件和工程经验的综合管理方法,提高了控制系统对飞行状态、任务和故障的适应性.以某新型飞翼式布局飞机为对象进行了数字仿真和对比分析,结果表明:相对传统控制分配,本系统分配过程可灵活调整,分配结果更加合理,可保证飞机更安全、高效的完成飞行任务.     

油泥与煤混合滤饼燃烧过程的数值模拟与分析

为解决辽河油田油泥所带来的环保、污泥排放及治理问题,利用Fluent软件平台着重对油泥和煤制成的混合滤饼在循环流化床炉内燃烧过程的温度场和速度场进行计算模拟并分析。结果表明,混合滤饼在炉内燃烧情况良好,实现了油泥彻底的无害化和燃料化,而且结合CFB锅炉技术滤饼燃烧效率更高,为油田的油泥处理处置提供全新的途径。     

月面采样机械臂采样位形分析与优选

在月面采样任务中,受土壤反作用力、能耗等因素影响,机械臂采样位形会影响其采样性能.为了准确评估采样位形对采样性能的影响,提高采样任务执行的可靠性,提出了机械臂采样位形分析方法与优选策略.首先,分析机械臂与采样器、采样器与铲挖执行机构之间的耦合关系,建立机械臂与采样器的联合动力学模型;其次,分析采样过程中机械臂位形与土壤反作用力、机械臂末端抗偏移能力、关节运动行程以及运动能耗之间的关系,并构建量化指标对采样性能进行评估;进而,根据构建的采样性能评价指标,构建考虑采样点区域、关节轨迹等多种约束的多目标最优化问题框架,设计基于NSGA-2多目标遗传算法的采样位形优选策略;最后,以嫦娥五号采样机械臂为对象进行实验分析.实验结果验证了本文提出的采样位形分析方法与优选策略的有效性,相关结论为嫦娥五号采样机械臂实际采样指令的生成提供了参考依据.     

超声速湍流燃烧火焰面模型理论分析

火焰面模型由于具有物理直观、计算效率高等优点,受到了学术界的高度重视,并逐渐被用于超声速燃烧的数值模拟中．但是,火焰面模型是从低速流中发展起来的,超声速流中火焰面模型假设是否成立,火焰面模型能否用于描述超声速燃烧,亟需澄清和证实．基于此,本文从理论上对超声速燃烧流场中是否存在火焰面模式进行判别．首先讨论了湍流脉动与火焰面之间的相互作用,给出了不同作用程度下所呈现的燃烧机制;然后对超燃冲压发动机燃烧室内部湍流流动与燃烧的特征尺度进行计算和比较,用于判定超声速流中火焰面模型假设是否成立,结果发现对预混燃烧,考虑实际低速回流区／剪切层中脉动速度较低,所有飞行马赫数下超声速燃烧流场均满足火焰面模型假设;对于非预混燃烧,除高飞行马赫数下极小部分燃烧流场位于慢化学反应区外,其余也均满足火焰面模型假设;最后以德国宇航研究中心的支板喷氢超声速燃烧流场为例进行数值计算,以便从定量上对燃烧模式进行细致判别,结果发现超声速燃烧发生的区域为充分发展的湍流区,且整个流场中火焰面模型假设成立．     

应变下管内电缆导体交流损耗计算模型

国际热核试验反应堆ITER（International Thermal-nuclear Experimental Reactor）上的CICC（Cable-in-Conduit Conductor）导体,将运行在大电流、快速励磁和瞬变磁场等复杂恶劣环境,为应对10T以上磁场的冲击,已部分采用铌三锡（Nb3Sn）导体.但缺乏应变下Nb3Sn导体交流（Alternating Current,AC）损耗机理的探索,为此,开展瞬变电磁场和宽应变区间的AC损耗计算方法研究,把复杂变化场中的耦合电流及穿透场简化为线圈励磁电流信号频谱效应,构造满足离散傅里叶转换（Discrete Fourier Transform,DFT）且包含频率、磁场及线圈特征等多参数的导体损耗计算技术.由模拟对比分析发现频谱算法的AC损耗更接近工程实际值,对快速励磁、特别是等离子体放电和破灭等情况,频谱算法和经典算法是相吻合的;对磁滞损耗和耦合损耗的相对误差计算,发现耦合损耗是线性累加的,磁滞损耗却并非完全如此,作为振幅、频率比以及相位角函数的相对误差的变化小于40%.结果显示傅里叶重组能取得满意效果.     

叶轮内部流动分析及结构优化

借助计算流体流动和传热问题的三维流体计算软件FLUENT,对单级离心压缩机模型的叶轮内部流场进行了数值模拟,揭示了其内部流动规律;并找出计算模型结构设计中存在的问题,有针对性的进行结构优化。     

熔融炼铁与粉煤气化耦合制备高浓度还原气方法

钢铁工业是国民经济的基础工业和重要的支柱产业,本文针对传统熔融还原炼铁块状原料消耗高、炉膛空间利用率低等问题,提出了熔融气化炉上部空间耦合粉煤气化制备高浓度炼铁用还原煤气的技术思想,并开发了欧冶炉熔融气化炉.采用数值模拟方法分析了欧冶炉内的多相湍流反应流动特征及气化性能,进行了工业运行研究,工业运行结果与模拟结果吻合....     

离心压缩机的扩压器内部流场分析及其结构优化

首先对等宽型无叶扩压器内部流动情况进行了较为详细的分析,在此分析基础上进行了两处改进：1）将等宽型无叶扩压器改为收缩型无叶扩压器;2）在原等宽无叶扩压器中加装导向叶片,并利用CFD软件（FLUENT）对改进后的扩压器内部流场进行数值模拟。从模拟结果上看：改进后的扩压器其内部流动不均匀情况得到明显改善,拥有了良好的气动性,从而有效地提高了压缩机整体性能。     

阶梯溢流坝水流数值模拟及特性分析

针对Mixture模型,考察了Realizable k-ε模型,SSTk-ω模型,v2-f模型,LES模型等4种湍流模型对阶梯溢流坝水流数值模拟的适用性.通过对非掺气区域坝面平均流速、旋度大小、边界层厚度的计算,并与实验结果进行分析比较,结果表明：Realizable k-ε模型考虑了流体微团的旋转效应,提高了对较大曲率流动、旋流流动和涡旋运动的计算精度,对阶梯溢流坝有很好的适用性.以Realizable k-ε模型计算结果为基础,进一步分析了边界层内的速度分布、阶梯面压力分布等坝面水流特性.