1种通过声带空气动力学模型求解发声阈值压力的方法

提出了1种通过声带空气动力学模型求解发声阈值压力的方法,对Titze提出的发声阈值压力表达式进行了修正.从嗓音发声原理角度,利用声带的空气动力学模型数值求解声门内的流场变化,得到声门入口损失系数和声门直径的关系,从而对发声阈值压力表达式进行修正.将修正后的阈值压力表达式与Chan等的实验结果比较,验证修正后阈值压力表达式的准确性.结果表明:本文提出的求解方法可以较准确地预测发声阈值压力随声门直径变化的趋势,克服了之前的发声阈值压力表达式的局限性.     

送粉气流对冷喷涂流场及粒子速度影响的数值模拟

通过建立二维数值模型,利用计算流体力学软件进行数值模拟,研究了送粉气流压力和温度对冷喷涂过程中流场及粒子速度的影响.结果表明:喷涂中不可忽略送粉气流对流场及粒子速度的影响;为将粉末注入喷管,送粉气流的出口压力不能小于出口处的主气流压力,但增大送粉气流压力会使得进入喷管渐缩段的送粉冷气体流量增大,从而排挤高温主气流,同时也降低喷管气体流动的滞止焓,导致喷管喉部声速减小,不利于粒子加速;增加主气流温度对粒子加速效果不明显,而增加送粉气流温度可有效提高粒子撞击基板的速度,进而提高粉末粒子的沉积效率.     

轮盖开孔的离心风机流场研究

提出的在离心风机轮盖上靠近叶片吸力面处开孔的方法,可利用蜗壳内的高压气体产生射流,从而直接给叶轮内的低速或分离流体提供能量,以减弱由叶轮内二次流所导致的射流-尾迹结构,并可用于消除或解决部分负荷时常发生的离心叶轮的积灰问题.通过对离心风机整机的数值实验发现,轮盖开孔后,在设计点附近的风机压力提高了约2%,全压效率提高了1%以上,小流量时压力提高了1.5%,全压效率提高了2.1%.进一步的流场分析表明,在设计流量和小流量时,由于轮盖开孔形成的射流可以明显改善叶轮出口的分离流动,减小低速区域,降低叶轮出口处的最高速度和速度梯度,从而减弱离心叶轮出口处的射流一尾迹结构.此外,沿叶片表面流动分离区域减小,压力增加更有规律.所提方法可以提高设计流量和小流量下的闭式离心叶轮性能和整机性能,结合其他离心叶轮自适应边界层控制技术,可全面提高离心叶轮的性能.     

基于CFD的气流式皮清机内部流场

利用基于CFD(computational fluid dynamics)的数值分析方式,对进口风速、排杂槽口宽度等参数改变引起的气流式皮清机内部速度场和压力场变化进行了仿真分析.采用速度矢量分析了进口风速的影响:进口风速为15 m/s时最佳,风速过低或者过高都易于引起堵塞;采用了压力云图及压力分布分析了排杂槽口宽度的影响:排杂槽口宽度为20 mm,进口风速为15 m/s时无向外排风现象,且向内补风风速最低,清杂及落棉的综合效果最佳.数值分析结果与试验验证结果相同,表明用CFD数值分析的方式可以为气流式皮清机的运行参数调节提供优化分析.     

普通大气等离子喷涂过程的数值分析

根据普通大气等离子喷涂的喷枪尺寸和喷枪结构沿轴线对称的特点,建立了包含阴、阳固体电极的扇形计算区,用于分析等离子体的流动特性。运用非局域热平衡方法对电子和重粒子的温度区别对待,并且考虑了等离子气体在喷枪内的电离与复合反应,得出了普通等离子喷涂在纯氩和氩氢混合气氛中的等离子气流温度、速度场分布,以及喷枪喉部尺寸变化对气流的影响。模拟结果表明:在加入氢气之后,喷涂温度、气体电离度和内部气流速度均显著提高;随喉部直径减小等离子气流速度不断提高,最后达到超声速水平,而温度则随着喉部直径的减小而降低,在喉部直径减小到一定程度后温度的变化趋缓。     

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.      

直板型叶片扩压器流场的实验测量与数值研究

利用激光多普勒测速仪（LDV）测量系统测量了3个不同的工况下离心风机直板型叶片扩压器内部的三维速度场，并对叶片扩压器内部流场及其随流量变化的规律进行了分析．同时，在实验测量的基础上对整个实验风机进行了非定常数值模拟，并对比分析了扩压器内部及其上游流场的数值计算和实验结果．结果表明：数值结果与实验结果吻合得很好；沿着扩压器的流道方向气流的速度逐渐减小，非定常速度脉动也逐渐减弱，非定常速度脉动的频率和叶轮的叶片通过频率一致；随着流量的减小，扩压器的扩压能力逐渐增强，扩压器叶片压力面附近的低速区逐渐减小，扩压器上游及内部流场受蜗壳的盘、盖侧空腔影响逐渐增大．     

流量比对气膜冷却叶片表面换热系数的影响

为深入了解某型涡轮叶栅进口导叶叶片的换热规律,采用瞬态液晶技术测量了无气膜孔叶片和带气膜孔叶片在不同流量比下的表面换热系数,通过对比分析,研究了气膜出流和流量比变化对叶片表面换热的影响.实验中叶栅通道来流雷诺数为108 000,叶片气膜出流与叶栅通道来流的质量流量比为0、3.46%、4.61%、5.77%、6.93%、8.08%、9.23%.实验测量获得了无气膜叶片中截面的压力分布曲线,以及各流量比下叶片表面的换热系数分布云图及其平均值线图.研究结果表明:叶片吸力面存在气流流动分离;气膜出流使得分离点位置提前,并且缩短了分离再附着的过渡区域;气膜出流使叶片前缘、压力面和吸力面气膜孔区域的换热系数大幅升高,但对吸力面分离点后区域的换热影响不大;在实验工况范围内,气膜出流流量比越大,换热系数越高.     

汽车外部流场和脉动压力模拟计算

为了解车辆在高速行驶时产生的气流噪声的规律,分析了产生气流噪声的机理,采用大涡模拟方法计算了某轿车模型的瞬态外流场和表面脉动压力,得到了表面脉动压力频谱特性、速度特性和分布特点.计算结果表明,汽车A 立柱后气流明显折转,在侧窗处产生气流分离区,分离区的漩涡不断生成和脱落,在侧窗玻璃上产生了压力波动,即形成了声学噪声源--脉动压力.车辆表面脉动压力在低频区较大,并随频率的增加而减小,在高频区较小,约与风速的4次方成正比,即风速每增加1倍,脉动压力级增加12 dB左右,计算结果与试验结果基本一致.     

新型锥形式旋叶汽水分离器热态试验与数值研究

针对一种新型锥形式旋叶汽水分离器开展全尺寸的蒸汽-水热态试验和数值模拟研究.试验结果表明:汽水分离效率随着蒸汽表观速度的增大先减小后增大,但在低蒸汽表观速度区变化不敏感;分离器压降随着蒸汽表观速度的增大而显著增大.基于商业计算流体软件STAR-CCM+,利用Euler-Euler两流体模型方法开展旋叶分离器数值模拟,研究液滴粒径对汽水分离效率和压降的影响.计算结果表明:大粒径的液滴有利于液相的分离,但液滴粒径对压降的影响较小.根据试验研究建立了与试验结果吻合较好的数值计算模型,系统地分析了分离器压力场、速度场和液相体积分数的分布规律.     

二维动脉瘤的血液动力学分析及数值模拟

本文运用ALE方法对不同形状的二维动脉瘤及其载瘤动脉内的血流情况进行了数值模拟,并对模拟结果进行了比较分析.结果表明,同一动脉瘤及其载瘤动脉内不同时刻的速度场和压力场分布情况非常相似,速度和压力的最大值与最小值也分别在相同的区域达到.不同的AR值的动脉瘤内都形成了一个环流区,环流中心的半径随着AR值得增大而增大,而动脉瘤入口右侧的速度随着AR值的增加而减小,压力随着AR值得减小而升高.     

等离子体气动激励改善低速叶栅性能数值仿真

针对低速条件下等离子体气动激励抑制压气机叶栅吸力面流动分离进行研究.将表面介质阻挡放电等离子体气动激励对流场的作用等效为体积力和热的作用,并考虑等离子体温升对流体热物理性质的影响,建立了等离子体气动激励的数学模型.通过求解电势和电荷方程得到等离子体气动激励诱导的体积力和热功率密度分布函数,通过实验数据拟合得到物性参数函数,分别作为方程源项和系数加入到Navier-Stokes方程中求解.应用模型研究了等离子体激励在不同来流速度、攻角和激励强度下对压气机叶栅性能的影响.数值仿真结果表明:在马赫数为0.05、攻角为2°的情况下,施加等离子体激励后,分离点由65.09％弦长处后移到79.4％弦长,气流转折角增加0.8°,最大总压损失系数减小了7.4％,尾迹宽度减小了12％.来流速度增大激励效果会减弱,来流攻角的改变对激励效果有影响,激励强度增大对流动分离的抑制效果有明显改善.     

同轴气流作用下压电式微滴喷射过程的数值模拟

为探讨同轴气流对压电式微滴喷射过程的影响,建立计算流体动力学模型,对设有同轴气流喷射槽的压电式喷头进行二维数值模拟,并根据计算结果分析喷头内部及喷嘴外部流体区域的速度场与压强场分布特征。结果表明:同轴气流在喷嘴正下方相遇后分散至左右两侧,使空气域内形成轴对称的成对涡旋,随着气流的连续喷出,涡旋数量增加且不断加强扩大并向喷嘴下游移动;同轴气流的引入使压电片的振幅增大,空气域内的压强减小,而位于喷嘴正下方由两侧气流扩散形成的涡流区域压强值减小更为显著;随着同轴气流流速的增加,微滴断裂时刻延后,微滴形状由椭球形逐渐变为球形,微滴的延伸长度增加,微滴直径增大。     

破胶程度对压裂返排液水力旋流器内流场及分离效果的研究

针对破胶程度对水力旋流器复杂内流场的影响,分离效率不能达到预期效果的问题。基于雷诺应力模型(RSM)和Mixture模型,将守恒方程分别应用于石英砂与水,应用计算流体力学(CFD)技术对水力旋流器内流场中的空气柱、速度场、压力场进行数值模拟,并对其分离效率进行实验研究。结果表明,随着破胶程度的降低,压强值降低22 354Pa;切向速度平均值减小0.84m/s;轴向速度值增大并且零速包络面向壁面移动。外特性上表现为分离总效率由粘度为1mPa·s时的72.19%减小到粘度为6mPa·s的32.59%。分离效率与能量的损耗随着破胶程度的减小而减小,并得出不同破胶程度下内流场及外特性的关系,可为返排液分离提供技术指导。     

双进口方形分离器气固流动特性的数值模拟

采用RSM湍流模型对双进口方形分离器的气相流场进行数值模拟,得到了分离器内的速度场和压力分布;同时采用拉格朗日模型对方形分离器内固体颗粒的轨迹进行模拟。结果表明:双进口方形分离器内速度场和压力场的对称性较好但气流旋转强度不大且容易衰减;不同粒径、不同位置入射的颗粒轨迹有较大差异,细颗粒入射时分离器内容易形成气流短路现象,颗粒靠近分离器顶部入射时分离器内容易造成上灰环现象,给方形分离器的分离效率带来了不利的因素。将方形分离器筒体的四角改为切形倒角,可以很好地改善分离器的流场,并能有效提高分离器分离效率。     

液力透平的数值计算与试验

设计了液力透平试验台,对一单级液力透平进行了试验,得到了外特性曲线.采用全流场和结构化网格技术对液力透平内部流动进行了数值计算.分析了液力透平在不同流量下的压力场和速度场,得到了内部流场的分布规律.应用速度三角形对液力透平叶轮和尾水管内部速度场随流量变化规律进行了研究.结果表明:离心泵反转可用作透平运行,并具有较高的效率;最高效率的数值计算与试验结果相对误差为4.85％;透平内部的压力从蜗壳进口经叶轮到尾水管逐渐减小,进出口压差随流量增加而逐渐增加;在透平叶片背面和工作面存在漩涡区域,漩涡位置和区域大小随流量而变化;在尾水管横截面上存在的圆周速度分量随流量而变化.     

时间步长对格子玻尔兹曼法模拟室内气流精度的影响

基于格子玻尔兹曼法的大涡模拟（LBM-LES）是湍流模拟的新方法,但不恰当的时间步长δt可能会影响其计算精度。首先理论总结了δt可能对LBM-LES湍流模拟造成的影响,阐明过大的δt会导致速度场产生压缩性误差,而过小的δt会导致超松弛碰撞产生速度场的数值振荡。其次,通过对等温室内气流案例进行LBM-LES模拟,定量讨论了δt引起的压缩性误差和数值振荡问题。结果表明,δt较大时流场密度变化剧烈,且格子玻尔兹曼单位的马赫数（M）超过0.3的区域中速度场产生了明显的压缩性误差。同时,过小的δt导致平均及脉动风速均产生了数值振荡,这在网格分辨率较高时尤为明显。建议模拟时在确保δt足够小以满足最大风速区域的M<0.3的基础上,尽量增大δt以防止产生数值振荡。     

2种角度横向紊动射流的实验分析

对射入均匀横流中的单股紊动射流流场进行了实验研究.利用IFA300型热膜风速仪系统测量了对称面内的流动,射流入射方向与横向主气流之间的角度为90°和60°,得到了射流与主气流速度比R为2和4的速度场和湍动能分布,并给出了不同工况下的射流轴线轨迹.结果表明:射流入射角与速度比对流场影响很大;射流对横向主气流的影响主要集中在射流发生弯曲直至与主气流平行的区域内,当射流垂直入射时,射流背风侧存在流动分离现象,当射流倾斜入射时,分离现象基本消失;当R值增大时,射流轨迹起始段的长度增加,对主流场影响的范围增大,射流入射方向与主气流之间的角度值减小,射流轨迹的垂直高度降低,射流对主流场影响的区域减小.     

蒙古语松紧元音言语空气动力学

基于实验的方法,对标准蒙古语松紧元音的言语空气动力特征进行了描述,找出了元音的松紧性变化和舌位的移动对于气流率、声门阻力、发声效率等6项空气动力参数的影响,并从元音的松紧和舌根位置的关系方面,验证了标准蒙古语的元音松紧和舌根位置变化有相互附带的关系。     

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.