尾部喷射对流向振荡柱体尾流旋涡脱落的抑制

强迫振荡柱体绕流旋涡脱落的抑制具有重要工程意义,但比静止柱体尾流的抑制更加困难,乍前这方面的研究很少．本文采用尾部喷射方法对流向振荡圆柱尾流旋涡脱落进行抑制实验,雷诺娄Re=V∞D／慌围为2700-9800,柱体振荡幅值A／D=O．2,柱体振荡频率范围feD／V∞=0-0．36,其中亿为来沥速度,D为柱体直径．沿圆柱母线开一个与圆柱等长、宽度为h／D=O．015的缝隙,用于喷射空气．喷射麦度比W％范围为0-18,相应的流量比hVb／DV∞范围为0-0．27．风洞中的烟线显示和热线测量结果表明当喷射速度比Vb／比（或hVblDV∞）介于其下临界值和上临界值之间时,振荡柱体两侧的尾流旋涡脱落被辛效抑制．发现在非锁频和锁频两种状态下均能抑制旋涡脱落．在振频fe／V∞和喷射速度比W亿（曼hVb／DV∞）组成的平面坐标系内找出了有效抑制旋涡脱落的区域,研究了有效区域随雷诺数的变化和喷身角对抑制效果的影响,并探讨了旋涡脱落抑制机理．     

离心压缩机叶片材料FV520B冲蚀过程演变规律

利用高速冲蚀试验系统,模拟叶轮实际工作情况,对离心压缩机叶片材料FV520B进行增量冲蚀试验,以研究材料冲蚀率、表面形貌、金相组织及应力状态随冲蚀磨损过程的演变规律。研究结果表明:在不同的冲击角度下,FV520B靶材的冲蚀过程均存在过渡期和稳定期。在24°和90°冲击角度下,冲蚀率在过渡期先上升后降低,然后趋于平稳进入稳定期;而在12°和60°冲击角下,冲蚀率在过渡期逐渐降低,然后趋于平稳进入稳定期。随冲蚀的进行,在12°冲击角度下,冲蚀表面粗糙度逐渐降低,在90°冲击角度下,冲蚀表面粗糙度变化较小;而在24°和60°冲击角下,冲蚀表面粗糙度先降低后升高,且深度冲蚀后表面形成横向冲蚀条纹,冲蚀角度产生分化。冲蚀后试样亚表层金相组织无变化,仍为索氏体组织,但试样表面原有应力状态发生很大变化,在12°,24°和60°冲击角度下,冲蚀表面形成较高的残余拉应力;在90°冲击下,表面形成残余压应力。     

水轮机过流部件材料的冲蚀磨损腐蚀及其交互作用

通过对含沙水域水电站水轮机过流部件的4种典型材料(55钢、20SiMn、1Cr18Ni9Ti和0Cr13Ni5Mo)在冲蚀磨损过程中的电化学腐蚀及冲蚀磨损性能研究,区分出纯磨损、纯腐蚀、磨损对腐蚀的促进分量及腐蚀对磨损的促进分量在材料失效过程中各自所占的比例,考查了试验材料的冲蚀磨损特性以及磨损与腐蚀间的交互作用,分析了失效机制,结果表明:材料的冲蚀磨损质量损失率随冲蚀速度和浆料含沙量的增加而增大;冲蚀角在0°～45°范围内变化时,冲蚀磨损质量损失率随冲蚀角增大而增大,当冲蚀角超过45°后,质量损失率随冲蚀角增大而减小;在多泥沙冲蚀磨损条件下,材料纯磨损的质量损失占总质量损失的62%～92%,是材料破坏的主要方式,腐蚀是次要的;磨损对腐蚀的促进作用随冲蚀强度的增大而加强,其对材料流失的作用不可忽视.     

静叶斜置对高参数汽轮机再热后第一级叶栅冲蚀的影响

在高温、高速加速冲蚀试验结果所建立的叶栅材料冲蚀率模型和粒子反弹模型的基础上,利用三维数值计算法模拟、分析了静叶斜置对超临界及超超临界汽轮机再热后第一级叶栅冲蚀特性的影响.结果表明:再热后第一级静叶斜置角度为30°时,静叶压力面最大冲蚀失重减小了约30％,吸力面尾缘的冲蚀破坏明显减轻,级效率仅下降0.1％;进一步增大斜置角度,再热后第一级叶栅抗磨性能提升并不明显,级效率下降了1％;减小斜置角度会使静叶压力面最大冲蚀失重增加23％,叶栅抗磨性能显著降低.该研究结果可为减轻再热后第一级叶栅的冲蚀破坏提供技术依据.     

高阻尼高雷诺数下串列双圆柱尾流激振数值研究

流激振动水流动能转换装置多柱体阵列涉及复杂的尾流激振问题,其运行时柱体振动具有高阻尼、高雷诺数特征.基于雷诺平均Navier-Stokes方程,结合SST k-ω湍流模型和任意拉格朗日-欧拉流固耦合动网格控制方法建立串列双圆柱尾流激振数值模型,重点考察小间距比(两圆柱中心距离与圆柱外径之比)、高阻尼、高雷诺数条件下串列双圆柱的尾流激振特性.计算时间距比分别为1.5、2、3、4、20,振动圆柱阻尼比为0.12,雷诺数范围为17 000～98 000.结果表明,不同间距条件下下游圆柱振动表现为驰振、分离的涡激振动-驰振、涡激振动等不同的振动特性,振动特性的不同与上游圆柱后面的尾流形态及其剪切层重附于下游圆柱的方式密切相关,间距比为1.5、2时上游圆柱分离出来的剪切层交互式地重附于下游圆柱,使下游圆柱振动表现为驰振;间距比为3、4时下游圆柱振动表现为分离的涡激振动-驰振振动形式,此振动形式的出现与恒定式的剪切层重附方式或剪切层未发生卷曲有关.     

考虑粗糙度影响的表面织构最优参数设计模型

为考察表面粗糙度对织构表面摩擦学性能的影响,采用求解基于平均雷诺方程的表面织构润滑计算模型的方法,研究综合粗糙度和方向参数等对摩擦系数及最优织构参数的影响规律.结果表明:当织构表面具有横向粗糙条纹时具有较优的摩擦学性能表现;当综合粗糙度σ<0.5μm时,摩擦系数和最优织构深度不随综合粗糙度的变化而变化,当σ≥0.5μm时,摩擦系数和最优织构深度随粗糙度的增大而增大;最优织构直径随综合粗糙度的增大而增大,最优织构面积比与综合粗糙度之间不相关,最优织构参数不随方向参数的变化而变化.在仿真结果的基础上,建立考虑粗糙度影响时表面织构的最优参数设计模型,试验验证所建立的模型是合理的和正确的.     

不同热处理材料在超细Al_2O_3颗粒作用下的冲蚀试验研究

利用高速冲蚀试验系统,选用超细Al_2O_3颗粒作为冲蚀颗粒,研究3种叶片材料不同热处理方式下的冲蚀行为。通过探讨材料冲蚀率、表面粗糙度、表面硬度等随冲蚀角度变化的规律,分析冲蚀特性曲线的异同,解释显微组织结构对冲蚀机理的影响。研究结果表明:3种材料冲蚀率都有1个最高点,材料塑性越好,冲蚀率最高点向低角度方向移动;在低角度冲蚀时,材料以微切削方式被去除,组织越硬抗冲蚀能力越强,其中回火索氏体组织中大尺寸碳化物能够直接起到抗冲蚀作用;在较高角度冲蚀时,材料表面首先发生塑性变形,偏向堆积沟槽末端,后续的粒子将这部分材料切除或者剪切折断去除;接近正向冲蚀时,材料经反复变形后,硬化剥落或剪切折断去除;表面粗糙度随冲蚀角度变化呈先增加后降低的趋势,且中高角度冲蚀的表面质量较差;塑性越好的材料冲蚀硬化越明显,正向冲蚀下的硬化程度最高。     

不同降雨强度下滑坡表面冲蚀体积试验

在山区,降雨导致的土壤冲蚀是产生堆积物、改变地貌地形的主要因素。其过程复杂并且受如降雨强度、地表粗糙度等多种因素影响。为研究不同降雨强度条件下降雨对滑坡表面冲蚀的体积指标特性,采用实验室模拟降雨试验平台进行实验,Golden Surfer软件直接读取堆积体体积、3D模拟模型研究降雨与输出数量关系等方法,再现了以体积量直接输出的堆积物与降雨之间的关系。结果表明:降雨过程中,坡体深部土壤体积含水率变化较小,浅层土壤孔隙水压与含水率变化较大;降雨初期,降雨入渗有效提高表层孔隙水压力,地表径流小,带沙能力弱;随降雨时间增加,地表径流强度增加是提高水流冲刷力的主要因素,累计冲蚀堆积体体积随降雨强度增加而增大,但是增速减小,其主要原因是降雨后期,地表形成冲刷沟壑,累计冲蚀堆积体体积受地表粗糙程度限制;通过对降雨时间、降雨强度以及冲蚀堆积体体积进行三维拟合,发现三者幂函数曲线的拟合较好。     

椭圆柱体对电磁波散射的系统辨识模型

作者利用圆柱体的散射场逼近椭圆柱体对电磁波的散射，建立了椭圆柱体散射的系统模型，分析了模型的物理意义，提出了进一步改善计算精度的方法；在毫米波段对模型所得结果进行了仿真并和圆柱体的散射场进行了对比，结果表明：当电磁波沿椭圆柱体的轴极化时，散射场主要是由平行于该轴的偶板子产生的，当椭圆柱体的大小和波长相差甚远时，椭圆柱体的散射截面小于同尺寸圆柱体的散射截面．当目标大小与波长可比拟时，椭圆柱的长短轴显著地影响着散射截面，与入射波的极化状态有关．绕射场的增强使得椭圆柱的前向表面电流大于圆柱的表面电流；当入射场垂直椭圆柱体的轴极化时，对于较大的椭圆柱目标而言，后向面电流和圆柱体的后向电流相差不大，但前向面电流与圆柱体的面电流相差较大，甚至相位相反。     

低雷诺数下不等直径串联圆柱绕流数值模拟

针对海洋工程与各类大型工程项目中广泛存在的多柱体绕流问题,以不等直径串联的双/三圆柱为研究对象,运用流体力学有限差分法对不同间距比的柱群结构进行数值仿真计算,主要分析了各圆柱的升阻力系数和尾流特性。分析结果表明,在双圆柱系统中,各圆柱的升阻力系数变化趋势相同,且处于上游的圆柱升阻力系数总是高于下游的圆柱;在三圆柱系统中,随着间距比的变化,圆柱尾流场出现了不同的流态,且主圆柱对下游圆柱的升阻力系数具有引导作用。     

错列距离对被动控制双柱体流致振动特性的影响

针对双柱体这种极具代表性的多柱体结构,采用数值方法研究错列距离改变引起的双柱体流致振动特性的变化,分析间隙流与振动响应之间的相互影响关系。结果显示:错列双柱体的振动模态存在周期振动、双周期振动、多周期振动和拟周期振动等多种模态。上游柱体振幅受间距比的影响很小,间距比变化时,最大振动幅值均在约化速度U~*=6时取得。对于下游柱体,振动幅值随间距比大幅变化,尤其是当T=0.6D(D为柱体直径)时。随着来流速度的变化,上下游柱体振幅曲线发生交叉,存在一个临界约化速度U~*_c=7,当U~*U~*_c时,上游柱体振幅低于下游柱体振幅。当T/D0.6、U~*8时,为间隙流主导区。在该区域内,上游柱体脱落的漩涡形成间隙流,附着在下游柱体的表面,使下游柱体的边界层分离提前,柱体振动增强。     

刚性细长柱体倾斜姿态落水冲击的附加质量法

运用切片理论和Ｔａｙｌｏｒ的平面圆柱附加质量表达式，在考虑刚体耦合运动的情况下建立了刚性细长柱体在纵向平面内倾斜姿态落水冲击时的运动方程，利用变步长辛普生积分和变步长龙格－库塔法求得了细长柱体的入水轨迹以及弯矩和剪力分布规律，并指出了最容易产生弯矩、剪力破坏的位置及发生的时间     

用孔径拼接法测量圆柱物面形

用孔径拼接法测量大物体面形已获得成功，但在直角坐标下对圆柱物面形的测量还存在着困难．本文推导了圆柱坐标下的孔径拼接公式，并利用新的拼接公式模拟测量了一圆柱体面形．     

自由振动圆柱绕流近尾迹湍流普朗特数

对自由振动圆柱后尾迹中的湍流普朗特数进行了实验研究 ,并与刚性柱体尾迹的结果作了比较 .加热圆柱后的流场温度比环境温度高 1℃左右 ,对流场影响很小 .用自制的X热线和一根冷线相结合的三线探头测量速度和温度的脉动 ,并用激光测振仪测量了该柱体的振动情况 .结果表明 ,在自由振动后的尾迹中 ,湍流脉动引起的能量输运能力比动量输运能力强 ,湍流的梯度输运假设与实验结果符合较好     

冰绕水平柱的压力熔化统一分析

基于以往文献对围绕几种特殊形状柱体的压力熔化分析,对围绕一般轴对称水平柱体的压力驱动的接触熔化进行了一般性的研究,给出了有关问题的统一表达式,适用于任何形状横截面的柱体．并且通过在水平圆柱、水平椭圆柱和平板上的实际应用,与相关文献的研究结果比较,佐证了所得结果的正确性和有效性．另外,还将统一的解析表达式应用于水平楔形体上,求得了水平楔形体下冰的压力熔化基本特征参数,进一步丰富了接触熔化理论．     

三并列方柱风荷载特性的试验研究

研究了三并列正方形截面柱体在不同地貌下的动态风荷载和局部风压分布特性。结果显示，对称并列布置的两个柱体可以显著地干扰并增大被扰结构的动力荷载，在B类地貌下且间距比为3．2时，可以使横风向和顺风向响应基底弯矩的干扰因子分别增至4．56和1．36，并且并列三柱体间的干扰效应明显高于双柱体并列的情况。在B类地貌下，三柱体配置的横风向和顺风向响应基底弯矩的干扰因子值要比相应双柱体并列布置的分别高出109％和6％。粗糙化地貌的高湍流度气流对结构的旋涡脱落有明显的干扰作用，故在高湍流度流场，相应的干扰因子大大降低，但在D类地貌中，试验观测到的横风向和顺风向响应基底弯矩的干扰因子仍分别有1．66和1．12。     

二维矩形截面柱体气动力系数雷诺数效应

在TJ-2风洞中,测量了5种截面宽厚比(B/D为2.0,2.5,3.0,3.5和4.0)的二维矩形截面柱体的表面风压时程,雷诺数(Re)的变化范围为1.1×105~6.8×105,然后通过风压时程积分的方法获得了模型的气动力系数时程.研究了各模型气动力系数的雷诺数效应,分析了模型的平均阻力系数随截面宽厚比的变化规律,并与以往的研究成果进行了对比,最后分析了各模型的气动力系数功率谱随雷诺数的变化规律.研究表明,宽厚比2≤B/D≤4的二维矩形截面柱体的气动特性受雷诺数的影响,且随着截面宽厚比的增大,二维矩形截面柱体模型的气动特性对雷诺数越来越敏感.尾流区的旋涡脱落对模型顺风向脉动风荷载有一定程度的贡献,但横风向升力主要来源于尾流的漩涡脱落.     

平行轴圆柱副接触分析

将古典赫兹理论与现代Majumdar-Bhushan模型相结合,建立了两圆柱分形接触模型。考虑结合部虚拟材料厚度,以及引入圆柱接触面积比,对两圆柱线高副矩形接触面进行了受力分析。数值仿真表明:圆柱接触面积比不大于1;外接触时圆柱接触面积比小于内接触时;增加总载荷或减小结合部虚拟材料厚度都将增大圆柱接触面积比;外接触时实际接触面积小于内接触时;实际接触面积随着分形粗糙度、材料硬度或结合部虚拟材料厚度的增加而减小;随着分形粗糙度的增加,产生特定实际接触面积所需要的总载荷增加,微凸体变形量增大;对于给定总载荷,当分形维数从1.4增加到1.5时,实际接触面积相应增大,但当分形维数从1.5增加到1.9时,实际接触面积转而减小;内接触时的赫兹应力小于外接触时的赫兹应力。该研究结果可为进一步研究圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算提供参考。     

圆柱面接触刚度建模与仿真

推导了圆柱接触面周向接触间隙的表达式,以赫兹接触理论为基础,对粗糙平面接触的GW模型进行改进,建立了圆柱面接触的接触刚度模型.通过仿真得到接触力、装配间隙、接触长度、表面粗糙度等对接触刚度的影响,并通过实验进行了验证.研究结果表明:接触刚度随着接触力的增加而增加,减小接触间隙、增大接触面粗糙度可以有效提高圆柱面接触刚度.     

探头式电磁流量计的理论研究和样机试验

本文分析了探头式电磁流量计的基本原理。根据电磁学和流体力学的理论求得了圆柱二电极、圆柱四电极、椭圆柱以及流线型柱体探头感应电动势的解析解。文中还讨论了边界层绕流圆柱探头和有限区间对探头输出信号的影响。从理论解可以看出,探头电极间的感应电动势与来流速度之间呈明显的线性关系。此外,文中还推荐了几种延迟或避免探头表面发生边界层分离的方法。对于圆柱和椭圆柱样机的实验证实了理论分析的结果。