“旋涡动力学、离散涡方法及其工程应用”项目获1999年度国家机械局科技进步一等奖

我校博士生导师吴文权及博士研究生黄远东、叶春明、郭少为研究的“旋涡动力学、离散涡方法及其工程应用”项目通过鉴定,专家认为该研究成果在涡动力学与离散涡方法的理论研究以及工程应用上都处于国际先进水平．经过评审,该项目获得１９９９年度国家机械局科技进步一等奖．此项目产生的论文中有７篇已在本校学报上发表．“旋涡动力学、离散涡方法及其工程应用”项目获1999年度国家机械局科技进步一等奖     

压气机叶栅间隙流动的数值研究

通过加装叶顶小翼来控制叶栅间隙的气体流动已受到广泛关注。本文采用计算流体力学方法,对叶顶间隙流动进行数值模拟。结果表明,加装吸力面小翼可以延缓间隙泄漏涡的形成,降低泄漏涡的强度。在不同的叶顶间隙下,吸力面小翼的加装都能相应地降低泄漏涡的强度。在降低叶顶泄漏涡与主流混合损失的同时,提高了叶栅的气动性能。     

改进的格子涡方法及其在混合层模拟中的应用

在格子涡方法中 ,用网格节点处的流场速度通过插值确定离散涡元速度时 ,往往会导致很大误差 ,为此 ,给出了一种改进的格子涡方法。在该方法中 ,每个时间步开始时 ,离散涡元被置于网格节点上 ,它们以网格节点处的流场速度运动 ,而在该时间步结束时 ,将偏离网格节点位置的离散涡元用涡量再分配的方法重新置于网格节点上 ,这样离散涡元总是以网格节点处的流场速度运动 ,避免了插值及其所导致的误差。对混合层流动的模拟结果表明对格子涡方法的改进是成功的。     

附面层抽吸对带有叶顶间隙扩压叶栅涡量场影响

针对带有叶顶间隙的大转角扩压叶栅,采用实验校核的CFD方法分别研究了叶顶开槽、吸力面端部开槽及叶顶-吸力面端部组合开槽抽吸对涡量场的影响,结合涡动力学理论分析附面层抽吸机制。结果表明涡量是流场中自由涡的根源,其峰值区域严重堵塞流场,叶顶抽吸通过吸除径向潜流附面层控制泄漏流轴向涡量分布,降低了泄漏损失,而吸力面开槽消除了角区复杂分离结构,通过二者的组合,将涡量吸附至近壁面处,流场中损失模式趋于简单化。     

离散伴随气动优化设计方法的紊流扩展

将离散伴随气动优化设计方法扩展到紊流环境,编程实现了相应的二维离散伴随场求解器;通过组合参数化技术、网格生成技术、流场求解器、离散伴随场求解器及优化算法,建立了透平叶栅气动优化设计平台。基于该设计平台,在紊流环境下以叶栅进出口熵增为优化目标,对某二维跨声速叶栅型线进行了气动优化设计,通过施加质量流量约束来限制优化过程中叶栅通道内质量流率的波动幅度。优化结果表明:优化后熵增降低了17.7%,验证了所开发的紊流环境离散伴随场求解器的正确性和有效性。     

端壁边界层抽吸对透平静叶栅二次流影响的数值研究

湿蒸气透平静叶栅的端壁抽吸槽常用来抽除沉积水膜以防止动叶片水蚀,但它也有可能同时用来抽除端壁上边界层以抑制二次流的发展．作者采用有限体积差分法求解了三维稳态时均ＮＳ方程组,分析了在叶栅前缘附近进行端壁边界层抽吸对透平静叶栅二次流流场、气流偏转角及总压损失系数等气动特性参数的影响．计算结果表明,在前缘附近抽吸端壁边界层可以抑制马蹄涡的发展,减弱通道涡的强度,从而减小二次流损失并提高出口气流的均匀性．     

具有叶顶间隙轴流叶栅流动数值模拟

采用人工可压缩性方法对具有叶顶间隙的轴流叶栅内湍流流动进行了数值模拟.结果表明,叶顶间隙的减小使间隙涡产生过程延缓,强度的衰减速度增大,作用范围减小;间隙涡涡核沿流动方向由吸力面侧逐渐向压力面侧移动,叶项间隙存在使叶片表面压力系数有所降低,在叶尖附近降低尤为显著,随间隙减小叶片中间区域及根部受间隙的影响较小;间隙的存在导致主流速度明显降低,叶尖附近的二次流速度明显增大,尤其当间隙为2%～5%的弦长.     

高负荷扩压叶栅二维非定常数值模拟

为探究高负荷扩压叶栅在大正冲角下的非定常流动机理,应用数值方法与拓扑分析理论考察了大正冲角下叶栅内分离旋涡的发展过程,并分析了旋涡运动对流场参数的影响.结果表明,+15°冲角下叶栅内主要存在吸力面分离涡和尾缘涡,吸力面分离涡的脱落频率为104.7 Hz,尾缘涡和吸力面分离涡交替脱落形成两倍频211.5 Hz;分离涡在发展过程中会抑制和归并弱小旋涡,同时还会使叶片的局部气动负荷明显上升.     

考虑旋转和曲率修正的螺旋桨梢涡流场模拟

应用显式代数雷诺应力湍流模型对螺旋桨尾流中梢涡流场分布进行了数值研究,为了避免过高地预报梢涡涡核内湍流黏性耗散,对湍流模型进行了旋转和曲率修正．应用全六面体网格对螺旋桨计算域进行网格划分,为了避免数值离散误差,对梢涡区域进行了网格加密处理．计算结果表明：提出的尾流中梢涡流场分布数值模拟方法能够准确预报螺旋桨梢涡流场的分布及涡核位置,并准确反映了梢涡形成和发展过程中梢涡内主涡和次涡的关系,与实验测量结果基本一致．     

混合层流动的数值模拟

对混合层流动进行了数值模拟。采用了离散涡方法。计算中采用扩散速度法处理粘性作用项。计算结果表明：与通常采用随机涡方法或核膨胀法处理粘性作用项相比,采用扩散速度法的计算结果与实验更吻合,同时更准确地反映了混合层流动的自相似性。在混合层流动中,邻近大尺度涡结构之间存在着连续不断的合并;采用二维离散涡方法预报的横向脉动速度均方根大于实验值是由二维离散涡方法忽略了真实流动的三维特性引起的。     

Simulation of flow across complicated domain between tube bundles by the discrete vortex method

On the basis of the analysis of numerical simulation methods for the complicated domain between tube bundles, an improved Lagragian discrete vortex method (DVM) and corresponding algorithm are put forward to solve the practical difficulties of flow across tube bundles. With this method the amount of vortices can be reduced considerably, which makes quick calculation possible. Applied to the practical configuration of horizontal tube bundles, the DVM simulation is carried out and compared with the experimental results. Both the transient flow field and the profile of mean velocity and fluctuations are in good agreement with experimental results, which indicate that the DVM is suitable for the simulation of single-phase flow across tube bundles.     

积分式直流数字电压表的设计

介绍了一种基于单片机的积分式直流数字电压表的硬件实现和软件设计方法．此数字电压表采用自动校零型双积分A／D转换器的原理,利用单片机来控制A／D转换,测试结果表明：该电压表测量误差小,工作稳定。还具备自动量程转换功能．     

两相流方柱绕流的离散涡模拟

运用离散涡方法对流体的方柱绕流进行了数值模拟,对涡团与颗粒相互作用条件下的流固两相绕流进行了计算,并探讨了不同初始位置处颗粒运动对尾流的形成所起的作用.研究表明,尾流中聚积的颗粒主要来源于方柱两侧,来流中夹杂的颗粒多与方柱两侧涡团作用并在方柱两侧聚积.模拟方法将对航天领域中非线性剥蚀问题的解决具有促进作用.     

数据挖掘可视化研究

以上海证券交易所提供实验为基础,系统地介绍了一个数据挖掘可视化模型DVM（Data-Mining Visual Model),并采用数据挖掘,面向对象及可视技术实现对数据源的清洗和提取。     

隔水管附属管控制流动的离散涡模拟分析

采用离散涡方法对单隔水管和带附属管的隔水管的二维绕流问题分别进行了数值模拟分析.首先对4种不同附属管管数的配置情况进行了模拟,结果表明,除了管数为4、来流角度为45°的情况外,附属管能在一定程度上降低升阻力,并抑制漩涡脱落,在附属管管数较多的情况下,抑制效果更好;然后对附属管管数分别为4和10的2种布局,进行了来流方向的敏感性分析并与实验结果对比,发现多管数对来流方向的敏感性要低得多,相对于单隔水管,10根管能使时均阻力系数和脉动升力系数分别获得约26%和79%的降低.采用离散涡方法,不仅计算时间短,而且模拟结果比较可靠,具有较好的参考价值,丰富了控制隔水管绕流流动的研究手段.     

一种典型数字电压表的设计

数字式电压表是现在经常使用的测量仪表．本文给出了一种基于微处理器的测量仪表的电路．它可以测量电压、电流和电阻，同时还有语音功能．     

乳化炸药基本粒子的对数正态分布研究

本文利用显微镜法通过自测数据和他人测试数据,研究了乳化炸药基本粒子的对数正态分布,发现这种基本粒子呈对数正态分布,并利用对数正态分布图计算了基本粒子的各种统计平均粒径和基本粒子的单位质量表面积.     

LiSrAlF6晶体Cr3+掺杂中心电子结构的计算

采用离散变分方法（DVM）计算LiSrAlF₆晶体Cr3+掺杂中心电子结构, 主要研究镶嵌势、 团簇大小、 基组类型对计算结果的影响, 给出使计算结果趋于收敛的基本条件.     

四斜A/D转换系统动态问题的研究

在高准确度和高分辨力的四斜 A/D 转换中,只注意系统部件的静态特性已远远不能满足要求。本文提出并分析了四斜 A/D 转换系统的动态问题。把这一分析用于 DO-13 DVM 中的内控逻辑和积分器--第一检零器系统获得了成功。     

高精度求解密度泛函理论方程的方法与程序

密度泛函理论方法及其应用的发展，要求提高计算精度。我们在分析产生计算误差的各种因素的基础上，采取相应对策，设计了求解Ｋｏｈｎ－Ｓｈａｍ方程的方案和计算程序，使得在合理的计算量范围内可以达到总能量具有８位有效数字，比常用的ＤＶＭ结果的精度提高了２－３个数量级，能满足当前一般量子化学研究工作的要求。本文对该方法和程序作了较详细的介绍。