壁湍流的展向空间振荡电磁力控制机理

通过拟谱方法对展向空间振荡电磁力控制槽道湍流问题进行研究.结果表明,选择合适的电磁力参数,展向空间振荡电磁力可影响涡结构生成,进而控制壁湍流.控制后的壁湍流流场存在以准流向涡和条带周期分布为主要特征的拟序结构,壁面阻力减小.如果将控制过程视作诱导流场对壁湍流固有流场的调制,研究发现,当壁湍流被有效控制时,流场的主要特征,如流向涡的几何形态,涡量方向及沿轴线的大小变化,以及涡的生成和消亡等都与诱导流场直接相关,从而也与电磁力的分布直接相关.基于此,文章阐述了展向电磁力控制壁湍流的内在机制.     

电磁力控制圆柱体三维绕流场的脱体涡模拟

利用Maxwell方程组直接数值计算表面包覆电极与磁极圆柱体产生的电磁力分布,将其加入到动量方程中,采用脱体涡模拟(DES)方法,在雷诺数Re=3 900时,对电磁力作用下圆柱体在弱电解质中的绕流场结构及其升阻力特性进行了数值模拟与分析.结果表明,电磁力作用可提高圆柱体边界层内的流体动能,抑制流动分离的产生,减弱圆柱绕流场的三维特性,在电磁力作用参数达到某个临界值后,在圆柱体后方产生射流现象;同时,随着电磁力作用参数的增大,圆柱体压差阻力及其总阻力减小,但摩擦阻力增大,而且电磁力的作用还可以显著减小升力脉动幅值.     

流道弯曲对圆柱绕流尾迹流场的影响

为揭示流道弯曲对圆柱绕流尾迹流场的影响,对低雷诺数下弯曲流道内二维圆柱绕流进行数值模拟,讨论管道宽度、弯曲角度和弯曲距离对流场的影响,得到一定管道宽度下多组合弯曲角度和弯曲距离的流场特征参数及漩涡脱落特征。研究结果表明:弯管内圆柱绕流流场是弯管和圆柱之间相互作用的结果,弯曲段的存在使尾迹流场呈不对称分布;流道宽度对流场特征参数有显著影响,流道越窄,流场越复杂,圆柱前后压差越大,涡长约增长1.4倍,分离角约增大3°,圆柱后壁面会出现附壁涡;压力系数、阻力系数平均值和升力系数均方根随弯曲角度增大明显增大,在θ为90°时达到最大值;随弯曲距离增大,弯曲段对圆柱后尾迹流场的影响越来越小。     

电磁消涡与减震技术研究

利用流体边界层上的电磁体积力控制流体边界层的周期性脱落与分离,限制尾流涡街的产生,从而实现消除涡流和减少涡生震动的目的.理论分析和实验研究表明,当圆柱表面包覆的电磁场作用参数N＞1,包覆磁场强度B≥0.5 T,流体边界层表面电流密度j为103 A/m2数量级时,对于一般情况下的流场参数而言,流体边界层上的电磁体积力具有十分良好的消涡与减震控制作用效果.优化圆柱体表面的电磁场包覆范围,可以提高电磁消涡减震控制效率.当流体边界层上的电磁体积力方向与流体边界层的流动方向相反时,电磁力又具有显著的增涡增震控制作用效果.     

纤维悬浮混合层中纤维取向与流场应力的研究

研究了纤维在混合层流场中的运动,流场用伪谱方法求解;纤维对流场的作用体现在流体方程的附加应力张量中.数值求解在流场作用下的纤维的运动方程,得到纤维的位置和取向分布.进行了纤维取向分布的实验研究,结果与计算定性符合.研究结果表明,当St数较小时,大部分纤维聚集在涡核内,并且基本呈水平或垂直分布;而大St数下,纤维聚集在涡核边缘,呈现不均匀分布,此时纤维取向受涡核边缘的流场支配,呈现包络涡核的特征.同时,由纤维导致的流场附加应力张量的最大值和最小值出现在涡核边缘,导致流场应力不均匀.     

并联细通道夹套内流量分配、流场及阻力特性研究

为探究并联弯曲细通道夹套内流体的流量分配、流场分布和阻力特性,用CFD软件对3种型号夹套内流体层流流动特性进行数值研究,分析不同细通道结构尺寸和流体进口流速对夹套内流体的流量分配、流场分布和流动阻力的影响。研究结果表明:细通道截面宽度越小(通道数越多),流量分配不均匀系数越小,流量分配越均匀;细通道内存在稳定的二次流,形式为旋向相反的二涡结构,且弯曲细通道内的流体会偏移靠近通道外壁;进出口压降随着通道截面宽度的减少(通道数增加)而增大。通道截面尺寸为1 mm×3 mm的夹套内流体流量分配均匀性最好,但其进出口压降最大。     

气固两相混合层卷起过程的直接数值模拟

在设定混合层卷起过程的流场初始条件下,应用拟谱方法和Lagrange方法对时间模式的两相湍流混合层进行了直接数值模拟,求解流场的瞬态涡量场和颗粒场,分析流场不同类型涡结构的拟序特征,定性研究不同大小的颗粒在混合层中受流场涡结构的影响,描述了不同Stokes数颗粒的扩散规律和浓度分布.     

流向电磁力作用下圆柱绕流对流换热的特性研究

以往对对流换热的研究主要从传热学和来流速度角度进行,鲜有对电磁力作用下圆柱绕流对流换热效率进行的研究,而这些研究恰恰关系到对流传热效率的提高.基于对流换热的能量方程和电磁流体控制的基本控制方程,利用有限元法对电磁力控制绕流圆柱对流换热特性进行了数值分析.研究结果表明:在圆柱周围施加流向电磁力后,流向电磁力的作用参数0N≤0.8时,传热功率随电磁力增大而增大;当0.8N≤1.8时,传热功率随着电磁力增大而变小;N1.8时,传热功率随电磁力增大不断变大.通过分析流体的流动情况,发现产生这种结果是由于随着电磁力增大,圆柱周围流体流速增大的同时,涡街逐渐被抑制,分离点不断后移,致使对流换热功率出现这样的变化规律.     

大涡模拟二维平面尾迹湍流拟序结构

首先采用大涡模拟方法对二维平面尾迹流进行了数值模拟,分别分析了整个流场的流动特点和近壁处展向大涡结构的形成、发展、脱落和破碎过程.然后定量计算了流场下游不同断面上流向时均速度分布、流向时均湍流强度分布以及流向相均速度的分布情况,并与Yang等最近所做的实验进行了对比分析.数值结果表明大涡模拟方法可以较好地模拟二维平面尾迹流.     

街谷结构内流场和污染浓度场的数值模拟研究

从三维尺度出发,对6种不同几何尺寸的街谷结构内流场和污染浓度场进行了数值模拟.流场计算模型采用Spalart-Allmaras湍流模型,污染物浓度场采用与流场耦合的对流扩散方程模拟,采用有限元方法离散微分方程.模拟结果表明,街谷结构的几何尺寸对其中流场和污染场的分布有很大的影响.宽度较小,高度较大的街谷结构内流场较复杂,污染物在其中比较不容易扩散.本文对不同街谷结构内流场和污染物浓度场的分布进行了对比分析,对城市规划设计、城市气候以及城市空气质量控制等领域具有重要意义.     

大圆坯连铸结晶器电磁偏心搅拌的数值模拟

建立了描述大圆坯连铸结晶器电磁搅拌过程电磁场的三维数学模型,并采用实测数据对模型的准确性进行了验证.研究了不同搅拌电流强度和频率下,磁感应强度与电磁力的变化规律,并重点分析了偏心搅拌下磁感应强度和电磁力的分布特点.结果表明:磁感应强度和电磁力均随搅拌电流强度的增大而增强;随着搅拌电流频率的增大,磁感应强度逐渐减弱,而电磁力先增强后减弱,并在2.5 Hz时达到最大值;偏心搅拌时,电磁力在铸坯横截面上仍呈周向分布,但电磁力和磁感应强度的大小都出现了不对称分布,在靠外弧的一侧更大.     

一种新型发动机电磁气门驱动结构及其磁场有限元分析

提出一种新型发动机电磁气门驱动(EVA)结构,并应用有限元法计算其磁场分布,利用虚位移法计算其电磁力.该EVA结构紧凑,体积小,动力性能好,利用空气作阻尼克服使用弹簧易受温度影响和尺寸大的缺点,电磁力能够满足电磁气门驱动的动力性能需求.     

电磁离心铸造液态金属运动规律的数学模型

对电磁离心铸造新工艺的原理、液态金属的受力特点和运动规律进行了深入分析，建立了该工艺条件下液态金属运动规律的数学模型，得出了不同性质的异相质点在离心力和电磁力交互作用下运动方向的判据。     

德国电磁型磁浮列车40年回顾

回顾了德国电磁型磁浮列车40年的发展历史，介绍了德国MBB公司1971年开发的世界上第一列磁浮示范列车。及后续开发的Transrapid系列磁浮列车系统技术。对目前电磁型磁浮列车的电磁支承和导向控制系统、线性电机推进系统及磁浮列车的高架轨道等磁浮列车关键技术进行了分析，并对磁浮运输系统的未来做了展望。     

翼型绕流不同频率展向振荡电磁力减阻控制实验研究

研究结果表明展向振荡电磁力可控制湍流边界层,电磁力的振荡频率对湍流的控制效果有影响,但并未讨论电磁力振荡频率对控制效果的影响机理。实验研究了不同频率展向振荡电磁力控制翼型绕流的减阻效果及其影响机理。实验在转动的水槽中进行,在翼型的背风面包覆展向振荡电磁力激活板,并将其浸入水槽中,利用应变传感器测量翼型的阻力,基于意法半导体公司生产的微处理器开发电磁力控制器,用于控制电磁力的方向和振荡频率。研究结果表明展向振荡电磁力对翼型绕流具有减阻效果,对比分析了不同频率的展向振荡电磁力的减阻效果,发现电磁力的振荡频率为20 Hz时减阻效果较优,减阻效率可达到18%;展向振荡电磁力可减小翼型阻力的振动幅值,具有减震功能;当电磁力的振动频率与阻力曲线内小波动频率相近时,电磁力的减阻减震的效果最佳。     

电磁软接触结晶器内钢液面高度对磁场分布的影响

利用有限元软件ANSYS对软接触电磁连铸结晶器内磁场进行三维数值模拟,分析了结晶器内钢液面高度对磁场及电磁力分布的影响.结果表明:钢液使得磁感应强度集中在钢液的侧表面;当钢液面低于线圈上沿时,钢液中磁感应强度的最大值出现在钢液上表面附近,并沿拉坯方向逐渐递减;当钢液面高于线圈上沿时,随着钢液面的升高磁感应强度的最大值向线圈中部移动;钢液侧表面所受电磁力的分布趋势与磁感应强度的分布趋势基本一致.     

电动汽车新型线控制动单元及其控制系统

针对电动汽车全电驱动特性,为提高其制动性能,设计了一种基于电磁直线执行器的全新线控制动单元——直驱电液制动单元.介绍了该制动单元的结构和原理,以某型制动器为基础,完成了样件改装和试制工作,并基于TMS320F2812数字信号处理器建立了制动单元控制和驱动系统,同时设计了双闭环抗干扰控制算法调控其制动力.试验结果表明,直驱电液制动单元响应迅速,能够准确调控制动力,具有良好的应用前景.     

电磁悬浮技术中导体元受电磁力的计算

为解决电磁悬浮技术中导体受电磁力的估算 ,用解析函数拟合级数代替对无穷级数求和 ,得到圆电流磁场的解析解 .分析了圆电流非近轴区导体元所受的电磁力 ,讨论了在圆电流和螺线磁场中导体受趋肤效应的影响 .为电磁悬浮设计线圈提供一种简明的计算方法 .     

磁悬浮开关磁阻电机电磁力耦合特性的有限元分析

以一台12／8结构的磁悬浮开关磁阻电机为对象,分析了悬浮力产生机理．借助有限元分析软件MAXWELL2D建立了实体仿真模型,分析了电磁力的耦合特性,包括悬浮力在径向两自由度上的耦合特性、悬浮力和转矩的耦合特性以及转子径向位移对电磁力耦合的影响．分析结果表明,悬浮力的径向耦合主要体现在定转子齿极交叠初期,悬浮力和转矩的耦合主要表现为转矩调节对悬浮力的影响,径向位移的出现在一定程度上影响了悬浮力的径向耦合关系．这些结论为电机优化设计、数学模型研究及解耦控制算法的设计提供了有益的参考．     

基于ANSYS的等离子体破裂防护快阀电磁力分析

依据电磁感应原理,变化磁场周围的导体会受到电磁力的作用,依靠该效应的涡流驱动快速充气阀已经在中科院等离子体所研制成功,通过利用ANSYS有限元分析软件,计算不同的脉冲电流及不同线圈电感及线圈与阀芯不同间距情况下的导体所受电磁力的不同,找到影响电磁力的主要因素,为快阀的改进提供理论依据。