25°Ahmed模型射流主动控制气动减阻策略

采用剪切应力输送(SST)κ-ω(湍动能-比耗散率)湍流模型对标准25°Ahmed模型进行基于计算流体力学(CFD)数值模拟的稳态射流减阻研究.在模型尾部设置射流孔,分别探究各位置处射流孔的孔径、到边线的距离、形状、射流速度和角度的最佳值,分析不同射流状态对流场结构、总阻力系数及局部阻力系数的影响.仿真的基本工况与风洞实验数据一致性很好,验证所采用数值方法的准确性和可靠性.研究结果表明,与未设置射流孔的模型相比,设置射流方案的模型尾流结构得以改善,纵向涡得以抑制,同时其阻力系数明显降低.单独位置布置射流孔方案中在斜面上方进行射流时,阻力系数最低,为0.252 2,减阻率为11.3%.通过正交试验获得最佳组合方案得到阻力系数0.246 7,减阻率达13.23%.     

二维物体入水数值模拟

基于势流理论和边界元法模拟了二维剖面以恒定速度入水问题,采用双点模型处理自由面物面交点、4阶龙格-库塔法对自由面进行迭代求解,并利用自由面平滑技术和网格重新划分技术阻止自由面不稳定现象,根据射流区截断模型处理射流区,采用辅助函数法求解物面压强分布以保证数值解的准确性和稳定性.探讨了网格划分对数值结果的影响以及剖面斜升角对最大压强值以及垂向力的影响.预报了不同斜升角的V型剖面的自由面形状和剖面压强分布、最大压强值以及垂向力,并与相似解进行了比较.比较结果验证了本文方法的有效性和准确性.     

合成射流数值模拟方法对比

为了得到最佳的合成射流模型用于合成射流主动流动控制的数值模拟研究,通过求解二维非定常RANS方程,在网格和边界条件等一致的情况下,对比研究了出口速度模型、单连通域模型和动边界模型等3种合成射流模拟方法的优缺点和适用范围,并与实验结果进行对比分析.结果表明:3种模型对射流的速度都有较好的捕捉能力,在考虑激励器振动膜运动的空间分布与时间分布因素的基础上,动边界模型包含对激励器腔体体积变化率建模,对合成射流漩涡空间分布和强度分布有准确的捕捉能力,是数值模拟应用的理想模型.     

基于网格数值耗散修正的圆湍射流模型

基于民用机舱内个性通风口,以圆湍射流作为研究对象,以标准κ-ε湍流模型较精细数值模拟与实验对比结果为出发点,通过对粗网格下数值结果的分析,针对网格尺度增大导致计算中数值耗散相应增大、射流速度沿轴向和径向衰减过快问题,从湍流耗散率方程出发,对影响湍流耗散的生成项和耗散项进行修正,平衡因网格尺度产生流动衰减过快的因素,进而提出了耗散率修正的κ-ε湍流模型.采用该修正模型验证了不同雷诺数和非等温条件下射流的适用性.应用修正的湍流模型可以避免机舱内大尺度空间流动对网格的苛刻要求,明显减少网格总数,同时达到对舱内复杂结构和边界条件下流场特征的正确模拟.     

用稳定双共轭梯度方法数值求解球坐标系下的Poisson方程

数值求解球坐标系下的Poisson方程,是计算流体力学的一个关键问题.为此提出用稳定双共轭梯度方法,求解了右端源项为-1、边界值为0的典型Poisson方程,给出了类似于圆射流计算区域Ω:{r∈[7,52],θ∈[-θb,θb],φ∈[0,2π],θb=arctan(1/14)}内的数值解,并对数值解及其离散方程的残差进行了讨论.     

湍流基于EMMS原理的介尺度建模

工程湍流问题中往往存在湍动和非湍动(即层流)区域共存的特点,而传统湍流模型假定计算网格内流体总是处于充分湍流状态,忽视了流动中的层流部分,导致模拟的准确性不足.本文介绍基于能量最小多尺度(Energy Minimization Multi-Scale,EMMS)原理发展介尺度湍流模型,用于提升工程湍流模拟的预测性能;探索湍流中黏性和惯性控制机制通过竞争中的协调形成多尺度结构及稳定性条件;分析模型拓展的物理基础、数学表达及其验证与应用.文章初步认为,水力学中的最小和最大能耗率争论已久,EMMS湍流模型分析两者的基本假设,进而做出统一解释.最后,展望EMMS湍流模型仍需解决的问题以及湍流介尺度方法.     

一种新的喷射器模型及其实验验证

根据喷射器内的湍流流动特征,引入临界圆的概念,即引射流体在混合腔入口处马赫数为1的位置;依据管内流动的速度分布特点,定义了一个二维速度分布函数来近似喷射器内的实际速度分布;利用喷射器的进出口能量平衡方程,建立了一种新的喷射器模型.模型的计算过程非常简单,不需要迭代计算.相比于现有的一维喷射器模型,采用二维速度分布函数的新模型具有较高的精度,同时它只含有8个代数方程,有结构简单和便于应用的优点.采用低沸点的R141B作为工质,建立了一个喷射制冷循环的实验平台.实验验证结果显示,新模型预测引射系数的最大误差仅为一6.03%,因此可以用于对喷射器的性能进行仿真和预测.     

沿周边径向张拉圆薄膜的应力分布

利用应力应变关系和变形协调方程,建立了圆薄膜沿周边径向均匀张拉一定位移后的基本方程.通过引入无量纲参数进行化简并得到了其解析解,进而得出了圆薄膜内的应力分布公式,并利用有限元模型验证了其正确性.结果表明:沿圆薄膜外边界均匀张拉一定位移后,膜内径向应力与环向应力相等,应力分布均匀且与张拉位移量成正比.     

密度分层流中的浮射流模拟

以垂向密度变化的环境流体为背景,采用k ε紊流模型,建立了垂向二维浮射流的数值模型.模型的求解采用有限体积法和SIMPLE算法.针对密度分层流中的浮射流实验,对垂向密度呈线性变化的垂直浮力射流进行了数值模拟,得到射流的密度场、射流轨迹、稀释度和射流宽度等的分布规律.通过数值模拟和实验结果的对比分析表明,两者吻合较好,所建立的垂向二维浮射流紊流模型能够比较精确的模拟分层环境中浮射流的水流状况和射流进入环境流体的混合状况.     

扇形射流的空气动力学特性

基于两种不同的射流孔宽度及宽广的射流参数范围,对扇形射流垂直入射至主流时进行了空气动力学试验研究.测量了不同射流参数下管内的轴向压力分布,并且对不同结构的射流槽的试验结果进行了比较.结果表明:射流出口为锐边时,压力峰值出现在射流下游的稀薄区域;射流出口为圆边时,压力峰值出现在射流入射区.最后,测量了垂直入射时的局部水力损失,发现在高流速比下,水力损失的试验结果明显低于理论计算值.     

同等功率下不同直径喷嘴射流切割性能的分析

利用自行研制的前混合式磨料射流切割机,对多种直径喷嘴射流在非淹没环境下切割铝板的性能进行了对比试验研究,探讨了射流直径对切缝宽度、切深和切割比能耗的影响.实验发现在射流功率相等的条件下,0.60mm圆射流代替1.84mm圆射流进行前混合式磨料射流切割实验,可有效地提高切割深度,大大降低切缝宽度和切割比能耗.     

射流表面多因素耦合减阻特性及其对边界层的控制行为

为了研究多因素耦合对射流表面减阻特性的影响,运用可拓学基本原理建立主流场速度、射流速度、射流孔高排布、射流孔底排布等特征耦元及其耦合方式的可拓模型,利用标准k-ε湍流模型对射流表面多因素耦合条件下的减阻特性进行数值模拟,分析射流表面黏性阻力和减阻率减小的原因,以及射流表面多因素耦合对射流孔附近壁面流域边界层的控制行为.结果表明:射流表面多因素耦合的减阻效果较好,最大减阻率为27.69%;多因素耦合条件下的射流表面改变了壁面剪应力分布,影响了边界层的结构,同时,在射流孔下游形成的漩涡改变了边界层的厚度,导致壁面黏性阻力降低,从而使得射流表面具有较好的减阻效果.     

火焰清理工艺中平行多孔射流非预混燃烧的研究

建立了远程控制燃烧试验台,研究了天然气和氧气的非预混燃烧过程,利用间接测温法分析了多孔射流燃烧火焰的温度分布规律.利用Realizable k-ε湍流模型研究平行多孔射流的流场特性,采用平衡化学反应模型研究射流的非预混燃烧过程,数值计算得出的火焰结果与试验数据吻合较好.结果表明:多孔射流的卷吸与合并能够加快气体的混合与燃烧;平行分布的45股射流在喷嘴出口附近趋于形成双孔合并,随着流动发展会发生再合并,最终表现为3股强射流火焰形态.     

半封闭圆管湍流射流冲击平板的数值研究

采用标准κ-ε模型和壁面函数法,对冲击射流场的平均速度和湍动能分布进行了数值计算,将充分发展和均匀速度分布2种入口条件下的计算结果与文献中激光多普勒测速仪的测量结果进行了比较,结果表明：数值计算能够预测到湍动能分布的趋势,但对滞止点附近湍动能的预测值过高,高达实验值的5倍;在各向同性占优势的壁射流中,平均速度的分布与实验结果具有较好的一致性;射流入口条件对湍动能分布具有较大的影响;要提高冲击射流场总体的预测效果,需要针对滞止区和近壁区内的流动特性,对κ-ε模型进行修正,同时还应采用与实验尽可能一致的入口条件。     

淹没磨料射流场模拟计算分析

通过对高压磨料射流的多相流模型的研究,数值模拟了淹没磨料射流流场与压力场.指出颗粒相速度分布始终小于水相速度的分布,颗粒相最大滞止压力普遍较水相增加100%以上.分析了淹没磨料射流流场与压力场随泵压、围压的变化规律.指出随着泵压增加,水相速度与颗粒相速度增加幅度相同;随围压的增加,水相速度与颗粒相速度减少幅度一致.     

基于FLUENT的小流量射流流场中的可视化研究

为了深入研究小流量圆射流流场的特性,利用FLUENT系列软件对六种不同出口直径的圆射流喷射到空气中所形成的气液二相非淹没自由射流的流场进行了模拟分析.研究结果表明:随着喷嘴直径的减小,射流核心段速度值越来越大,射流的散射角越来越小,射流的集束性越来越好.模拟结果与实验结果基本一致.     

射流火焰温度场广义随机分布模型的迭代学习控制

为实现射流火焰温度场的控制性能,采用随机分布控制理论实现了射流火焰温度场的建模及其迭代学习控制. 采用高斯函数作为输出概率密度函数逼近的基函数,用广义系统状态空间模型建立系统模型,模型的独立状态数量与系统实际的动态阶次一致. 采用随机分布预测控制算法实现单批次的控制,在每个批次控制完成后,采用牛顿法优化基函数参数,给出了射流火焰温度场迭代学习控制的仿真结果. 通过迭代学习优化了广义随机分布系统模型参数,提高了火焰温度场分布控制性能指标.      

基于主应力法的筋板构件成形载荷求解模型

分析了铝合金筋板构件挤压变形过程的金属流动规律,提出了计算成形载荷的包络圆等效载荷模型,该模型由筋条区域的平面应变问题主应力分析模型和腹板区域的轴对称问题主应力分析模型耦合而成.对比分析了包络圆等效载荷模型的解析解与经验公式解、数值解和试验数据的一致性,讨论了筋宽和腹板厚度对成形载荷的影响.结果表明:包络圆等效载荷计算模型不仅能够描述构件尺寸要素对成形载荷的影响,而且计算结果与数值模拟及试验结果比较一致,准确性高于经验公式;当筋板构件包络圆半径与腹板厚度的比值大于24时,模型解析解偏差较大.     

分区多流域提升管EMMS曳力模型的构建

考虑CFB提升管快速床中因颗粒团聚物的存在而发生的气固相间曳力下滑的现象,建立基于能量最小多尺度方法(EMMS)的曳力模型,并将其与CFD两相流模型相耦合模拟传统等径提升管和新型分区多流域提升管两种不同结构的提升管。结果表明:将EMMS曳力模型耦合CFD双流体模型,可以合理地预测提升管内轴向与径向上的流场分布,实现对提升管内气固两相流动的准确表达;当CFB提升管的结构与操作工况发生变化时须重新寻求更为合适的曳力模型。     

Fabry缺项齐次线性微分方程解的零点充满圆

设f1,f2,…,fn是Fabry缺项整函数系数微分方程的n个线性无关解,E为这些解的乘积.本文研究E的零点分布,建立E的零点充满圆和Borel充满圆的一个结果.