C形起动时鱼尾模型的流场结构

在活鱼观察实验的基础上,用对称和非对称两种模型模拟了鱼类尾鳍C形起动时周围的流场结构,测量了模型受到的力和力矩.通过氢气泡和PIV方法研究了对称和非对称尾鳍C形起动时产生的旋涡结构特征;通过涡量矩理论定性分析了旋涡流场结构与C形起动模型动力学特征的关联.     

一种厢式货车被动减阻技术研究

针对货车气动阻力较高问题,研究了尾部上翘角对货车减阻效果的影响.货车采用简化的Ahmed模型,运用SSTk-ω湍流模型进行CFD模拟,针对不同尾部上翘角对货车外流场的影响因素进行了研究,包括气动阻力系数、表面压力系数及尾部涡结构等.研究结果表明,通过采用尾部上翘角能够减小货车尾部分离区强度,从而降低阻力.尾部上翘角在10°时阻力系数达到最小,减小阻力系数约6%.     

基于正交试验法的厢式货车气动减阻优化

为了优化某厢式货车的气动阻力系数,设计了驾驶室前部仿生减阻结构、顶部和侧部涡流发生器、底部涡流发生器等3种气动减阻装置。研究了3种单一气动减阻装置主要相关参数对气动阻力的影响,分别从货车外流场的速度轨迹、压力分布和湍动能分布等3方面详细分析了各单一气动减阻装置的减阻效果。在此基础上采用正交试验法对3种气动减阻装置的主要参数进行优化,获得最优减阻货车模型。研究表明:驾驶室前部突出部分的长度对货车整车气动阻力系数的影响比倾角更大;最优货车头部形状的倾角和长度分别为135°和300 mm,该模型的气动阻力系数为0.721 4,相对于货车原始模型的减阻率为8.93%;涡流发生器的高度和位置对货车的减阻效果均有较大的影响;涡流发生器可以增加货车尾部分离区流场的能量,使得尾涡区减小,气动压差阻力减小;3种气动减阻装置对货车气动阻力系数的影响大小依次为:底部涡流发生器、货车前部仿生减阻结构、顶部和侧部涡流发生器,其最优厢式货车模型的空气阻力系数为0.683 3,其复合减阻装置的最佳减阻率为13.8%。     

Effect of wing planform on leading-edge vortex structures

Flow visualization experiments are conducted in water tunnel for low aspect ratio cropped wings at low Reynolds number. The experimental results show that the model sweep angle Λ influences the formation and development of the leading-edge vortex. For wings with Λ =0°, the dominant flow structure is transverse vortex. When Λ≥26°, the dual vortex structure can be observed at some angles of attack, and it is confirmed that the dual vortex is a special structure for flow over low aspect ratio wing at low Reyno...     

基于雷达探测数据的尾涡危险区评估

针对尾涡危险区域的研究可以有效避免后机尾涡危险遭遇事件的发生,提出了一种基于激光雷达探测数据的尾涡危险区计算方法。根据雷达实测数据反演飞机尾涡的演化轨迹和速度环量;基于后机遭遇前机尾涡的空气动力学响应构建滚转力矩系数模型;考虑尾涡在实际场景下的演化情况,结合反演得到的尾涡特征参数,计算飞机遭遇尾涡时的滚转力矩并计算尾涡危险区。结果表明:基于激光雷达探测数据反演尾涡特征参数,左涡和右涡的位置、环量并不一致,据此结合滚转力矩系数模型计算得到的整体危险区域也具有不对称性,当单涡更稳定时,对应的危险区域也更大。以B738为后机,选取某一尾涡探测片段验证,对于涡心坐标位置为左涡(390m,8.61°),右涡(435m,8.85°)的尾涡,左涡、右涡的环量分别为256.83m2/s和223.35m2/s,左涡相对右涡实际划设的危险区,覆盖范围更大,因此后机与前机左右尾涡的安全阈值区域不同,可据此对横向间隔做出不同调整,因此本方法有利于为分析后机遭遇安全性、缩短尾流间隔提出重要参考。     

一个产生不对称涡旋的自驱动粒子模型

生物群体运动形成涡旋是自然界中经常出现的现象, 很多学者对其机制进行研究, 机制模型可使群体达到对称的涡旋形态. 然而自然界中大多数生物群体形成的涡旋并不是对称的. 本文引入个体空间感知各向异性的因素, 对产生群体对称涡旋的自驱动粒子模型进行研究. 我们提出模型的基本假设是: 个体对纵向距离的感知短于真实纵向距离, 而横向距离的认知没有偏差. 这造成个体之间相互作用强度各向异性. 模拟结果表明: 当这种偏差达到一定程度时, 群体最终呈现并维持在更符合实际情况的偏心涡旋状态. 这表明空间感知的各向异性可能正是造成实际生物系统中群体形成偏心涡旋而非对称涡旋的原因. 本文还对模型进行了参数敏感性分析, 结果表明: 当群体的对齐倾向比较弱时, 较小的距离知觉偏差对群体的行为没有影响, 适中的偏差会使群体出现偏心涡旋, 过大的偏差会使群体陷入混乱; 当群体的对齐倾向较强时, 较小的距离知觉偏差不会改变群体对齐的现象, 而较大的偏差会使群体出现偏心涡旋, 过大的偏差会使群体陷入混乱.      

自激振荡脉冲射流曝气器的实验

根据流体力学中边界层理论和旋涡理论,自吸式自激振荡脉冲射流曝气器利用自激振荡腔室代替现有曝气器中的混合管,使吸入的空气和需氧水体在自激振荡腔室内获得充分的搅拌、混合和充氧,以脉冲流的方式通过特殊扩散管释放．理论分析和工业性初步实验表明,该曝气器具有优良的搅拌、混合和曝气性能,并从扩散管喷射出的需氧水体具有较强的脉冲效应．     

渐变截面型入料口夹角对旋流器流场及压降的影响

利用RSM雷诺应力模型和VOF多相流模型,通过数值试验方法考察了渐变截面型入料口夹角对Φ50 mm水力旋流器流场及压降的影响.结果表明,增大入料口夹角,切向速度增加,致使分离效率提高;与此同时,轴向速度和溢流管底端的最大径向速度也随之相应增加,导致沉砂分流比略有降低、短路流量增加,但对湍流结构影响不明显;空气柱直径同样随着夹角的增加而增大,从而有效分选空间减小.旋流器内部的压力损失主要包括主分离区域的损失和入料口区域的损失;增大入料口夹角,总压降增加,导流能力增强,当夹角为20°时,导流性能最优,但能量利用率降低.     

用粒子图像测速法研究边条涡的性质

在风洞中应用粒子图像测速法对边条机翼模型产生的边条涡的各种特性进行了实验研究。实验主要测量了各种攻角下边条后缘、基本翼的1/2平均气动弦、立尾前缘及立尾后缘四个位置与机身轴线垂直的截面内的流场,同时利用二维谱分析的方法对测得的二维速度场进行分析得出边条涡的能量谱。实验结果表明边条涡强度随攻角呈平方关系增长,边条涡的破碎形态为单螺旋破碎。     

车尾水平收缩气动减阻的规律及机理

以MIRA两厢车为对象,采用风洞实验和数值仿真方法,对气动阻力受车尾水平收缩的影响规律进行研究,表明车尾水平收缩提高尾部表面压力水平,有效降低气动阻力;基于可靠性被验证的数值仿真结果,对尾流结构变化规律进行研究,表明车尾水平收缩为尾部死水区提供额外动能,抑制拖曳涡对的形成和发展,减小尾迹区流动能量损失,降低气动阻力.     

Flying and swimming animals cruise at a Strouhal number tuned for high power efficiency

Dimensionless numbers are important in biomechanics because their constancy can imply dynamic similarity between systems, despite possible differences in medium or scale. A dimensionless parameter that describes the tail or wing kinematics of swimming and flying animals is the Strouhal number, St = fA/U, which divides stroke frequency (f) and amplitude (A) by forward speed (U). St is known to govern a well-defined series of vortex growth and shedding regimes for airfoils undergoing pitching and heaving motions. Propulsive efficiency is high over a narrow range of St and usually peaks within the interval 0.2 < St < 0.4 (refs 3-8). Because natural selection is likely to tune animals for high propulsive efficiency, we expect it to constrain the range of St that animals use. This seems to be true for dolphins, sharks and bony fish, which swim at 0.2 < St < 0.4. Here we show that birds, bats and insects also converge on the same narrow range of St, but only when cruising. Tuning cruise kinematics to optimize St therefore seems to be a general principle of oscillatory lift-based propulsion.     

旋转鸭式导弹洗流气动力干扰分析与计算

研究了旋转鸭式导弹前翼涡迹的扭曲变化,提出了计算洗流气动力干扰的数值方法。根据实验观测和分析,建立了计算扭曲涡迹的数学模型。由于导弹绕纵轴旋转,涡强和起始位置均随时间变化。计算旋涡洗流对后体和尾翼的气动力干扰效应有两种方法:一种采用细长体理论,适合于小展弦比尾翼;另一种采用反流定理,适合于中等展弦比尾翼。计算表明:前翼旋涡洗流除降低尾翼升力外,在旋转导弹上还要产生侧向力、偏航力矩和滚动力矩。这种现象可归入攻角和旋转的耦合气动力效应成为马格努斯效应的一个组成部分。     

小型风冷柴油机镶块双通道倾角对涡流特性的影响

为分析风冷柴油机镶块双通道安装位置对涡流室内涡流形态的影响,以BHl75F柴油机为例,基于FLUENT流体仿真软件,研究活塞从曲轴转角210°CA运动至上止点（TDC）时双通道倾角对柱形平底涡流室内涡流特性变化规律．模拟结果表明,镶块双通道倾角对涡流室内涡流形态发展具有重要影响,在设计的30°、40°、45°及50°四种通道倾角方案中,涡流室内涡流发展过程较为相似,均在连接通道左侧形成自由涡,随着曲轴转角的增大,涡流强度增大,涡核上移并稳定在O点位置附近;相对30°、45°通道倾角而言,40°、50°对应的涡流形态发展较快,且在喷油始点附近位置,45。通道倾角所获得的涡流形态更稳定、矢量速度和涡流尺度更大,有利于提高油气混合质量．     

侧风下大学生方程式赛车气动性能研究

以大学生方程式赛车为研究对象,采用横摆模型法对不同侧风下的赛车气动特性进行了CFD仿真和试验研究,得到了相应的气动力系数,并对不同侧风下流场中速度以及压力的分布进行了分析,探究了气动力系数和尾部流场的差异.结果表明,赛车的阻力系数和侧向力系数随横摆角的增大而增大,而升力系数并不随横摆角线性变化.赛车的下压力主要由前后翼提供,随着横摆角的增大,后翼所提供的下压力逐渐减小,而底板所提供的下压力则逐渐增大.车身所提供的阻力随横摆角的变化更为敏感.不同横摆角下,赛车尾部的涡流分布存在较大差异.      

药型罩锥角对聚能杆式侵彻体成型的影响

聚能杆式侵彻体主要用来对付新型防护装甲和混凝土工事、武装直升机和大型水面舰艇等目标。本文就药型罩锥角对聚能杆式侵彻体成型的影响进行研究,根据射流形成理论分析得到了射流微元头尾速度比与药型罩锥角和压垮角之间的关系,并采用观察不同锥角的药型罩结构所形成的侵彻体,在远距离飞行下的断裂情况,来验证射流微元头尾速度比与药型罩锥角和压垮角的关系,实验结果表明射流微元头尾速度比随着压垮角的增大而增大,与理论分析吻合。     

非定常等离子体激励对大攻角流动分离控制的数值模拟研究

应用交流电(alternating current, AC)介质阻挡放电(dielectric barrier discharge, DBD)等离子体流动控制由于其结构简单、响应频率快、可实现实时定量控制等优点,正在成为等离子体流动控制技术的重点研究方向。结合基于分离涡模拟(detached eddy simulation, DES)和等离子体唯象体积力模型的方法研究非定常等离子体激励对NACA0015翼型在攻角为20°情况下流动分离控制。结果表明：非定常等离子体激励在高雷诺数、大攻角下对翼型分离具有明显的控制效果,可以达到增升减阻目的,且流动控制效果比定常激励效率更高;非定常等离子体激励流动控制与定常等离子体激励流动控制机理不同,非定常等离子体激励通过促进分离区内速度脉动,对流场产生非定常的干扰,使得分离剪切层提前失稳,增强流场涡结构的掺混,从而抑制流动分离。     

绕Hydronautics水翼超空化的发展及其形态特征

为深入了解超空化流动机理,采用高速录像和图像处理技术,观测了绕Hydronautics水翼的超空化流动形态. 结果表明,超空化的发展经历了空穴形成、两相共存和完全发展3个阶段. 空穴开始形成时,空化区域充满了均匀分布的水、汽混合介质,空穴尾部处于不稳定状态;两相共存阶段,临近水翼区域形成透明的纯汽相区,空化区域后部仍是水汽混合的两相区;在完全发展阶段,汽相区已经占据了空化区域的绝大部分,水汽混合区呈窄带状分布,整个流场已基本处于准稳定状态.     

匀动螺旋单涡管诱导压力场的解析解

推导了在圆柱直管中作均匀运动的螺旋单涡管诱导核外压力场的解析表达式,若令柱管直径趋于无穷大,该表达式也能够描述在无限域中螺旋单涡管诱导核外压力场,假设相对速度场定常且具有螺旋对称性,并利用已获得的涡管诱导相对速度场和相对坐标系下动量方程求其诱导压力场,获得的结果显示：压力场是时间的周期函数,仅当螺旋涡管静止或沿自身的空间螺旋线轴滑移时,螺旋涡诱导的压力场退化为定常场,该退化现象已被实验证实;圆柱直管壁上的压力极值点计算位置与现有实验的测量位置一致,压力公式显示管壁压力脉动频率是均匀分布的,这一结论也与现有压力实验的频域特性相符合。     

涡流发生器对重型货车气动减阻特性的影响

为了解涡流发生器对重型厢式货车气动减阻特性的影响,以某国产重型厢式货车为研究对象,基于计算流体动力学的数值模拟,研究涡流发生器的形状、布置位置、高度以及间隙比对厢式货车的减阻效果,并分别从速度流线结构、湍动能分布和压力分布等方面探讨其减阻原因。结果表明:涡流发生器的形状、布置位置、高度以及间隙比对重型厢式货车气动阻力的影响较大。其中叉形涡流发生器位于货厢后端时的气动阻力系数最小,其值为0.699 6,相对于货车原始模型的减阻率为11.7%,因此叉形涡流发生器是最佳的涡流发生器造型。加装涡流发生器减小了货车尾部涡流区的面积和强度,使尾部气流延迟分离,进而减小了货车前后压差阻力。     

透平动叶顶部间隙流的端壁二次流结构研究

对不同动叶顶部间隙的Aachen一级半轴流透平内部流动进行了数值模拟，以二次速度矢量和周向平均气流角的分布为依据，分析了间隙流、间隙涡与动叶顶部通道涡掺混的方式及其对二次流结构的影响．结果表明：较大的间隙尺寸导致间隙涡较早产生；间隙涡在向下游发展的过程中强度减弱，但范围有所增加；较小的间隙或者在接近叶栅前缘区域，间隙流仅将通道涡整体推移，不破坏通道涡的完整性；间隙较大或在叶栅的高加载区域，间隙流将通道涡拆分成2个独立的涡区，并将这2个涡区分别向压力面和中叶展推移，而间隙涡本身则占据动叶顶部较大的区域．最后，给出了不同间隙下2种不同的端壁二次流结构．