锯齿形拖拽体的沙泳运动离散元模拟研究

为了探索锯齿形拖拽体在颗粒中平动运动时所受阻力和升力的变化规律,利用颗粒离散元数值模拟的方法,对不同的锯齿倾角、侵入深度、运动速度以及边界条件情况下的拖拽体进行了比较全面的分析研究。结果表明,锯齿倾角越大,阻力和升力越大,侵入深度越大和速度越大,阻力越大。最后,建立了拖拽阻力的建议公式,实际归一化结果表明,锯齿倾角一定时,就可以确定相应参数,进而表达不同拖拽速度和不同侵入深度时的拖拽阻力。     

推力矢量燃气舵三维气-固两相流的数值分析

该文采用高雷诺数下的RNGκ-ε湍流模型和欧拉-拉格朗日两相流模型,分析了推力矢量发动机燃气舵气-固两相绕流流动,模拟了燃气舵表面的温度、压力等参数的分布,得到了燃气舵升力和阻力随舵偏角的变化曲线。将模拟结果与纯气相状态下燃气舵的数值仿真结果进行比较,结果表明：与纯气相相比,当舵偏角小于25°时,含固体颗粒的两相流的升力增大,阻力没有变化;舵偏角大于25°时,两相流的升力和阻力均小于纯气相流。研究还表明,颗粒的加入对燃气舵表面的压力场影响不大,但对温度场影响较大,造成燃气舵整体温度升高。     

涵道共轴双旋翼前飞气动特性与试验优选设计

采用Fluent软件对涵道共轴双旋翼的前飞气动特性进行数值模拟研究,分别得出涵道双旋翼的升力、阻力和俯仰力矩随涵道前倾角、上下旋翼相对间距和来流速度的变化曲线. 针对影响涵道共轴双旋翼升力的3个主要因素及其常用取值范围,采用正交试验法,以涵道前倾角α、上下旋翼间距H和来流速度v为试验因素,总升力F_L为试验指标,设计25组试验,利用极差分析法对试验结果进行计算. 结果表明:上述因素在取值范围内的变化对涵道共轴双旋翼总升力的影响程度的主次顺序为:上下旋翼间距,涵道前倾角,来流速度. 最后,根据试验结果选定最优方案.      

两相流管道中颗粒悬浮速度理论公式及其实验验证

本文根据流体力学与两相流的有关理论与实验观察,提出了两相流管道中固体颗粒悬浮理论。认为两相流管道中固体颗粒除受通常所谓浮重及流体平均速度作用的轴向动力外,还受流体的脉速径向、轴向作用力及涡旋径向升力。在此基础上根据颗粒受力平衡条件,导出了流体三个阻力区的任意倾角管道颗粒悬浮速度理论计算公式。尔后在气固两相流悬浮速度实验台上,对理论公式进行了初步实验验证。验证的几种物科颗粒的悬浮速度实验数据比较接近理论公式计算结果。本文最后并提出了对理论公式的分析意见。     

非球形颗粒的阻力系数与升力系数的数值求解

对非球形颗粒在无剪切流中作旋转运动时受到的阻力与升力进行了数值模拟．在50≤Rep≤300和0≤Ω≤2．0条件下（Ω为无量纲速度），研究了拖曳速度、旋转速度和颗粒形状对其阻力系数与升力系数的影响．结果表明：当旋转轴为．27轴时，阻力系数随着转速的升高而增大，随着颗粒雷诺数的增大而减小，升力系数随着旋转速度和颗粒雷诺数的增大而增大，阻力系数与升力系数与其形状有密切关系，其变化均为非线性的；当旋转轴为Y轴时，在Rep=50时，除了a=2b=2c（a、b、c为颗粒的长、宽、高）的情况外，阻力系数总是随着转速的升高而减小，对于Rep〉50的情况，阻力系数先增大后减小，在a-b-c的条件下，升力系数随着转速的升高而减小，沿着旋转方向上颗粒长唐告白增女会佳冀升力系数增大．     

高速气流作用下两级飞行器动态分离过程研究

为研究超声速气流对分离过程的影响,开展了两级飞行器高速气流下动态分离过程的数值模拟,建立了高速气流环境下含空气阻力内弹道模型;基于嵌套网格技术,分析了不同高速气流来流速度及攻角下前级的气动与运动特性,得到了前级典型气动参数、动态分离速度及静动态分离速度差异变化规律.结果表明:在本文研究范围内,静动态分离速度差异在不同高速气流来流速度和攻角条件下变化明显.随高速气流来流速度增大,前级分离结束时刻的阻力系数、升力系数和动态分离速度减小,速度差异因子增大;随攻角增大,阻力系数、升力系数和分离速度增大,速度差异因子减小.      

层流泡状流双流体模型的积分解法

为弥补用于泡状流双流体模型的直接离散差分解法无法比较直观地揭示流场成因的缺陷,针对最基本的泡状流(垂直圆管内充分发展段层流泡状流)提出了一种双流体模型解法——积分解法。首先通过对双流体模型进行符号积分,得到表示该模型的近似解析解,然后再用数值方法迭代求得数值解。该积分解法得到的近似解析解比较直观地表明:液相轴向速度主要与阻力、浮力和空泡率有关,而空泡率则主要受升力和壁面力的影响。数值解与实验数据基本吻合,预测精度一般不低于75%。     

倾斜同心套管内自然对流换热的数值模拟

对倾斜同心套管夹层内的自然对流换热进行了数值模拟 .采用面扫描结合三维块修正的技术 ,并在压力和速度修正方程中运用了预测和校正技术 ,使得程序的收敛性、收敛速度和计算精度大为提高 .数值模拟结果表明 :同心套管在水平放置且高宽比 H较小时受端面效应影响换热要低于二维模型得到的值 ,在 H>1 0情况下可以用二维模型来近似 ;在倾斜放置时 ,决定换热的因素除Ra之外 ,半径比、H、倾角等均有影响 ;换热 Nu随 Ra和半径比的增大而上升 ;此外存在一临界高宽比 ,其值约在 3～ 5,与半径比有关 ;当 H小于临界值时 ,Nu随倾角的增大而上升 ,反之则下降     

颗粒流本构关系的实验研究

基于"拟流体"的思想,给出了测量颗粒流本构关系的实验方法.在颗粒斜槽流实验中,通过颗粒的抛物线运动计算流层速度分布,根据非牛顿流体理论求得颗粒流黏性的本构关系;建立了颗粒斜槽流的数学模型,流层的速度为指数分布,流量为斜槽倾角和流层厚度的函数.以小麦颗粒为例,实验结果与用"拟流体"方法所得的预测值进行比较,相对误差在13%以内.     

高速列车非定常气动力及其波动特性的雷诺数效应

基于Realizableκ-ε湍流模型的延迟分离涡模拟(DDES)方法,求解不同缩比尺度和来流速度下列车周围非定常流场.通过改变模型缩比尺度和来流速度来研究列车非定常气动特性的雷诺数效应和尺度效应.研究结果表明:随雷诺数增加,各节车气动阻力系数均方根基本呈现减小趋势,且波动明显;随雷诺数增大,列车各节车气动阻力系数和升力系数标准差均先减小后增大,且波动明显;气动力系数功率谱密度随雷诺数增大而变小;雷诺数对气动力系数主频有影响,但无明显规律;列车气动力的尺度效应显著,随雷诺数增大,列车气动力的尺度效应减弱,且列车升力的尺度效应相对显著;列车非定常气动阻力和升力振动的尺度效应随雷诺数增大而减弱,且列车非定常升力振动的尺度效应更加显著;尺度效应不改变列车气动力以低频为主的振动特性和列车气动力功率谱密度的分布规律,对气动力振动主频及其功率谱密度有显著影响.     

水平管道中工业浆体堆积速度的确定

文章根据非均质浆体流态随着浆体平均流速增加的变化规律,考虑到浆体中固体颗粒组成,结合管道底部固体颗粒的起动条件和堆积速度的概念,研究了水平管道中工业浆体堆积速度的计算模型。该模型能较准确地预测水平管道中浆体的堆积流速。     

负压差立管内气固两相流的气相流动特性

对负压差立管内气固两相流的气相流动特性进行了分析,并基于滑落速度与空隙率的线性关系,建立了立管内气相速度的计算模型,给出了气体流量与相关参数的关联式.分析结果表明,负压差立管内气固两相流中气体来源于出口端进入的流化床流化风和人口端下行颗粒夹带的气体.气流大小和方向的变化主要受颗粒质量流率和立管负压差的影响,存在一个气流方向改变的临界颗粒质量流率Gsc.当颗粒质量流率Gs＜Gsc时,流态是稀密两相流态,气体上行,成分是上行的流化风;Gs＞Gsc时,流态是浓相输送流态,气体下行,成分是下行颗粒夹带的气体,这个气体量随颗粒质量流率的增加而增大.模型计算结果与实验数据一致.     

高速列车气动效应研究

基于由3节车组成的CRH3和CRH-380型高速列车模型,在不同速度条件下,研究车轮旋转对高速列车及各部分气动阻力和升力的影响,以及车厢间风挡形式对各车厢和车厢连接处气动性能的影响。结果表明,车轮旋转的诱导效应对高速列车模型的全车及各部分气动阻力影响较小,对尾车、各转向架气动升力的影响较大。车厢间风挡形式对车厢的压差阻力和粘性阻力影响不大。相比于侧风挡,上下风挡对升力影响更大。建立适用于高速列车的二维模型的雨载荷计算方法。在降雨和无雨条件下,模型所受横向力、升力和翻滚力矩均随横风风速的增大而增大。相比于无雨条件,降雨时模型所受的总横向力和翻滚力矩明显增大,且随降雨强度的增大相应增大。升力在降雨和无雨时变化不大,且随降雨强度的增大总升力略有下降。采用非定常数值模拟方法系统研究了复杂外形高速列车的底部流动特性,并针对列车转向架中的旋转结构对于底部流动特性的影响进行了对比分析。列车底部结构的气动阻力是整车气动阻力的重要组成,列车底部结构的气动载荷对于整车的气动载荷具有重要影响。轮对的旋转效应会对列车气动载荷的非定常特性产生很大影响。基于替代模拟技术和多目标遗传算法进行了高速列车头型多目标有约束气动外形优化设计的研究,首先采用增量叠加参数化方法对高速列车头型进行参数化设计,然后以列车气动阻力和尾车气动升力为优化目标,得到了Pareto最优解集。基于压力波的形成机理和初始压缩波的经验公式,建立了压力波的"波叠加"的解析分析方法。研究表明一维流动模型和波叠加法能够快速得出多参数下的压力波的平均特性和最不利隧道长度等。三维流动模型能够得到细致的压力波形成机理和列车外部压力的三维特征。波叠加法可作为校验数值方法的一种理论方法和快速进行大量不同列车与隧道参数的比较性研究工具。     

负压差立管内气固两相流的气相流动特性

对负压差立管内气固两相流的气相流动特性进行了分析，并基于滑落速度与空隙率的线性关系，建立了立管内气相速度的计算模型，给出了气体流量与相关参数的关联式。分析结果表明，负压差立管内气固两相流中气体来源于出口端进入的流化床流化风和入口端下行颗粒夹带的气体。气流大小和方向的变化主要受颗粒质量流率和立管负压差的影响，存在一个气流方向改变的临界颗粒质量流率GSC。当颗粒质量流率GS〈GSC时，流态是稀密两相流态，气体上行，成分是上行的流化风；GS〉GSC时，流态是浓相输送流态，气体下行，成分是下行颗粒夹带的气体，这个气体量随颗粒质量流率的增加而增大。模型计算结果与实验数据一致。     

两相物质组成对泥石流固相流速特征的影响

固相颗粒流速是研究泥石流冲击力和防治结构荷载取值的关键问题。本文基于水槽模型试验,采用粒子图像测试技术提取了黏性泥石流表面固相颗粒流速,基于两相流模型探讨了浆体黏度、固相体积浓度与颗粒粒径对泥石流固相粗颗粒流速特征的影响。结果表明：泥石流龙头现象随浆体黏度与固相体积浓度增大而减弱;固液相相对运动随浆体黏度增加而减弱,大黏度与小粒径组合条件下消失;固相颗粒流速随浆体黏度与固相体积浓度呈正相关,与颗粒粒径呈负相关。两相物质组成影响固相颗粒间的摩擦力与/或碰撞力、浆体施加的粘滞阻力、拖曳力与虚拟质量力,其对流速的影响还需进一步深入研究。     

黑箱系统的一种简便自适应预测控制策略

采用一种输入输出增量式一元线性回归模型作为黑箱系统的预测模型,应用投影算法估计模型参数.该模型将对象输出增量分解为2个分量:一个为非零控制增量作用下的强制分量,另一个为控制增量为零时的自由分量,是一种非齐次时变线性模型.此外,应用广义预测控制理论,提出了一种基于该模型的自适应多步预测控制策略,导出了基于该模型的多步最优预测算式和最优控制律.该控制策略不仅具有广义预测控制的强自适应能力和强鲁棒性,且模型参数少,算法简单,适用于黑箱系统的控制.仿真结果表明该控制策略是有效的.     

深水立管涡激振动单模态响应时频联合预报模型

利用基于圆柱体的受迫振荡试验数据提出的流体力模型,依据VIVANA的频域方法识别主导响应频率并建立升力和阻力模型,推导立管涡激振动单模态响应时频联合预报模型,在时域内通过迭代求解出立管的单模态涡激振动响应.结果表明:所推导的时频联合预报模型可用来预测立管的主导响应频率,对于低流速下激励出的单模态响应预报结果与试验结果吻合较好;对于高流速激励出的多模态参与的响应,整体响应及振型预测较好,但不能很好地预测出某些局部峰值.     

基于遗传算法的BP神经网络气液两相流持液率预测模型优化

基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)对BP(Back Propagation)神经网络模型的初始阈值及权值进行优化,弥补了单一BP网络模型预测气液两相流持液率时收敛速度慢随机性大等问题。为了对优化后的BP网络模型进行可行性验证,以倾斜管道为研究对象,对倾斜管道内气液两相流的持液率进行预测,并与前人获得的预测结果进行对比。结果显示:基于GA优化后的BP神经网络模型预测倾斜管道内气液两相流的持液率精度较高,且收敛速度较快。通过与倾斜管道气液两相流持液率的实际值对比得出,与传统的持液率预测公式相比,优化后的BP神经网络模型预测结果与实际值偏差较小,验证了本文优化模型的准确性及可行性。     

烧结矿余热回收竖罐内流动阻力特性

基于量纲分析方法,实验研究不同烧结矿颗粒直径填充床内的流动阻力特性。研究结果表明:当颗粒直径一定时,床层内单位料层高压降随颗粒表观流速的增大呈非线性关系增大。当颗粒表观流速一定时,直径较小的颗粒床层内由于颗粒比表面积较大导致流动阻力损失也较大。颗粒雷诺数Re_p较低时,床层内颗粒摩擦因子f_p随Re_p的增加而迅速减小;Re_p较高时,随Re_p的增加,f_p下降趋势较为平缓,并最终不发生变化。由于计算误差较大,现有的预测关联式不适用于求解烧结矿颗粒床层内的流动阻力损失。通过实验数据拟合得出了能够描述烧结矿颗粒床层内流动阻力特性的实验关联式,平均计算相对误差为7.93%,显示了良好的预测性能。     

工业炉旋风预燃器煤粉颗粒运动轨迹Q

在预燃器冷态模型流场内,考虑气流曳引力、重力和Magnus旋转升力,建立颗粒的运动微分方程,并考察颗粒与壁面相互碰撞过程.采用龙格库塔法进行数值求解,得到了不同粒径的颗粒在4种流场工况中的运动和停留时间.经计算,还可得出以下结论.(1)颗粒的运动轨迹主要受气相流场分布、颗粒粒径和颗粒初始速度等因素的影响.(2)颗粒粒径较小时,可以忽略升力和重力的影响.但大颗粒与壁面碰撞后,必须连同考虑颗粒旋转及Magnus升力的作用.(3)选择合适的入口一二次风量比(Q2／Q1)和颗粒的初始速度,可延长颗粒在预燃器内的停留时间,能分离大于30μm的颗粒.该结果能为粉煤旋风预燃器的优化设计提供理论依据.