空间锥螺旋管束流体诱导振动换热器及性能分析

基于动态子结构理论、利用固定界面模态坐标变换及超单元技术,分析了空间锥螺旋管束的振动特性和脉动元件诱发管束振动的频率条件,计算了0.1m/s壳程流速、横向脉动流激励条件下空间螺旋管束的振动特性,研究了空间锥螺旋管束管内二次流及其换热特性.结果表明:单排空间锥螺旋管束的振动分为横向和纵向振动,以纵向振动为主;在横向脉动流激励作用下,管束的振动与其横向固有振型近似,空间锥螺旋管束的低阶模态频率较低,易于诱发振动;管内截面二次流分为4个涡区,强烈的管内二次流致使管束换热性能提高,空间锥螺旋管束单位面积的换热量是传统平面管束的1.4倍以上.     

壁湍流低速条带失稳和再生的数值研究

该文采用Fourier-Chebvshev谱方法,通过直接数值模拟研究了壁湍流拟序结构中低速条带的变化及相互作用.模拟了展向扰动作用下两条展向并列的直条带的失稳(抬升、振动、破碎)及其相互作用过程.结果表明,受基模式扰动的条带可以诱导流向涡的形成,而流向涡又促进条带的进一步抬升、振动和破碎.破碎后的条带在亚谐模式扰动作用下形成新的条带,新条带被再次诱导失稳.该文结果有助于研究壁湍流摩擦阻力的形成.     

倾斜柔性抑制圆柱的涡激振动特性

海洋工程中圆柱结构轴向与来流常存在一定倾斜角度,倾斜状态下柔性圆柱涡激振动特性十分复杂,至今仍缺乏倾斜圆柱涡激振动抑制的相关研究.在室内拖曳水池中开展了长度5.6m、倾角30°、长径比350的倾斜柔性圆柱涡激振动抑制实验,采用应变片测量结构顺向流与横向流的应变信息,运用模态分析对应变数据进行分析处理.通过附带螺旋列板装置的抑制圆柱与光滑圆柱实验结果对比,发现螺旋列板对倾斜圆柱涡激振动有一定抑制作用,然而对响应幅值、控制模态等抑制效果并不理想.     

螺旋型涡破裂的孤立波模型

本文使用弱非线性、非轴对称扰功波的孤立波模型模拟螺旋型涡破裂。与实验比较,该理论模型可以较好地确定涡破裂时的回旋因子q及涡核的螺旋形状,但不能给出内驻点的位置。据此,本文指出:在研究非轴对称扰动的同时,必须考虑轴对称扰动的存在和相互作用。     

螺旋流中扰动的传播

讨论螺旋流的扰动传播，其流为强迫涡形式。结果显示，可能存在超临界与亚临界二种扰，上对于轴向主流来说，它们分别有顺流或逆流的传播方向。     

基于TCP流稳定螺旋涡的垂直螺旋输送机的设计方法

针对垂直螺旋输送机中的气固两相流进行了研究,分析了颗粒圆周速度在径向方向上的分布函数,并从颗粒流的螺旋升角、涡量入手,结合理论分析与EDEM+FLUENT仿真分析,研究垂直螺旋输送机中形成TCP流稳定螺旋涡的最佳填充率、最佳螺旋转速和临界雷诺数,推导出不同摩擦因数下的临界雷诺数公式和最佳输送量公式,从而得出一种高效的基于TCP流稳定螺旋涡的垂直螺旋输送机的设计方法,该方法使垂直输送机输送量提高了约20%.      

吸气作用下圆柱涡激振动特性试验研究

为研究吸气对圆柱涡激振动的控制效果,采用吸气控制方式,选取不同的来流风速、吸气速度和吸气角度进行风洞试验.通过在风洞中使用质量阻尼系统使圆柱发生涡激振动,并对比控制效果.研究结果表明:定常吸气对涡激振动临界风速、涡激振动锁定区间长度以及降涡激振动的幅值都有影响;当吸气角度为0°,45°或180°时,吸气对涡激振动有很好的控制效果;当吸气角度为90°或135°时,控制效果最显著;吸气系数对控制效果也有一定影响.通过分析圆柱表面风压特性可知:吸气控制对流场既有稳定作用,又有扰动作用.当吸气流量比较小时,稳定作用占主导;随着吸气量增大,扰动作用越来越明显.     

阶段流下大长细比深海立管抑振敏感性试验研究

在大型波流耦合试验水池中进行了阶段流作用下深海立管涡激振动抑振敏感性试验研究。试验立管模型长6.2m,长细比310,模型材料采用铜管,立管上部1.2m处于均匀稳定的流场中,下部5.0m处于静水之中。采用螺高为0.25 D的梯形截面双螺旋和三螺旋导板作为抑振装置,研究了不同覆盖率对立管涡激振动抑制效率及振动频率的影响,分析了其敏感性规律。结果表明:螺旋导板在立管上的覆盖率对抑制涡激振动有着重要的影响;在敏感区域内,覆盖率对抑制效率及振动频率的影响产生明显的过渡;当覆盖率超出敏感区域,抑制效率高且变化较小,而立管振动频率则产生明显的降阶。     

台风内中尺度混合波的动力学特征

用模拟台风的高分辨率模式输出资料反演的雷达回波和扰动物理量进行诊断,揭示了台风内中尺度螺旋雨带及嵌在其中的深对流带的结构和传播特征;根据台风不同区域物理量特征尺度的差异,分析了眼壁区低层的超梯度流非平衡现象;在此基础上,用柱坐标下中尺度斜压模型的波动频散关系证明扰动具有混合涡旋Rossby-重力惯性波的性质,并指出切向基流的涡度梯度是混和型扰动的发展因子.     

管道增输器的数值模拟与现场试验

理论分析和实验表明壁面振动能减小管道的摩擦阻力。文中对笔者发明和研制成功的管道增输器的工作原理、数值模拟和现场试验进行了介绍。现场试验表明:管道增输器不仅降低了管道摩擦阻力,而且能增大天然气管网的输气量。数值模拟也表明:在碰撞壁处产生的压力扰动波在诱发涡量脉动的同时,又与大结构涡环的径向分量对振荡腔的壁面发生作用,引起壁面振动,振荡腔是形成脉冲流的主要部件。     

富钴结壳振动剥离破碎的实验研究

在自行设计制造的矿岩振动剥离破碎试验台上,引入振动加载环节,对钴结壳的剥离破碎关键技术进行实验研究,并对模拟钻结壳在有、无振动加载2种情况下的剥离破碎进行正交对比实验.研究结果表明,通过正交对比实验发现振动加载降低了钴结壳的破碎"能耗",获得主要振动参数影响钴结壳剥离破碎的规律,得到实验螺旋滚筒振动剥离破碎钴结壳的一组最优加载参数中偏心块加载,刀具安装角度为45°,振动频率为50 Hz,平台移动速度为0.6 m/min,滚筒转速为25 r/min;施加合适的振动载荷,螺旋滚筒切削破碎时的平均驱动油压下降22.9%,振动剥离破碎能有效地降低螺旋滚筒切削能耗.     

信息胶子:宇宙起源与智能进化的关键因子

本文认为信息胶子是宇宙起源与智能进化的关键因子,提出如下新观点:1.宇宙的起源是由于"宇宙信息智灵总库"内众多纠缠着的信息胶子之间,发生轻微的思维扰动,激发出高频振动的各向同性"扰动信息螺旋惯性能量流"而启动原初奇点大爆炸的。2.信息胶子所爆发出的"扰动信息螺旋惯性能量流"是子宇宙膨胀与收缩的真正动力源。3.信息胶子是形成智能量子纠缠的关键。论述了引力子、引力射线及引力的物理实质,对引力波提出了质疑。文中还论述了子宇宙镜面层膜及宇宙涟漪波相互作用形成宇宙各能量区块间隔膜的理论观点。     

匀动螺旋状集中涡的流函数解析表达及其证明

旨在推导在圆柱直管中作均匀运动的右旋单螺旋状集中涡管诱导无粘流场流函数的解析表达式,并将结果回代到涡与流函数的微分方程中,证明这一解析解的正确性．结果显示：涡管流函数是时间的周期函数,并被表征为一系列在涡核内均匀分布螺旋涡丝流函数的叠加．当螺旋涡管沿自身轴线移动一个节距,同时绕自身轴线旋转一圈时,螺旋涡管诱导的流场退化为定常场．若令圆柱直管半径趋于无穷大,则获得在无穷大域中作均匀运动的三维螺旋状圆柱集中涡管的流函数．     

亚音速喷流出口扰动对湍流与声场模拟的影响

采用大涡模拟方法计算出口马赫数Ma=0.75、雷诺数ReD=8.7×105的圆口喷射流动,研究了改进的来流多模态线性不稳定扰动和涡环扰动对促成转捩、湍流特性以及远声场结果的影响.研究结果表明,与来流无扰动的情况相比,两种扰动方式均有利于破坏喷口环状涡的周向稳定性,从而加速剪切层转捩,逼近实际喷口的湍流状态;且多模态线性...     

不同周期壁面局部微振动诱导边界层大涡结构

以平板边界层流动的Blasius解作为基本流场,利用直接数值模拟方法求解三维不可压缩N-S方程,研究了边界层中单个周期壁面局部微振动诱导大涡结构的过程.计算结果表明:壁面扰动完成时,周期为7.5,10和12.5诱导大涡结构的初始扰动速度与空间分布稍有差异.若周期为12.5,随着时间的增加,诱导形成的大涡结构扰动速度幅值不断增加,高低速条纹结构面积不断扩大;边界层近壁流向速度剖面存在较大拐点,雷诺应力明显大于周期为7.5和10的大涡结构.周期为7.5和10的诱导大涡结构较弱.壁面局部微振动可诱导边界层形成大涡结构,演化特性与局部微振动周期密切相关,周期越长,大涡结构强度也越大.     

翼型流激噪声计算及实验研究

针对翼型绕流产生的湍流边界层脉动压力激励结构振动易引起流激噪声的问题,设计了三种不同尾缘(尖锐型、方型和鱼尾型)结构的翼型,采用大涡模拟(LES)和声振理论计算了其流场和声场,并在水洞中开展了声振特性实验研究,得到了不同攻角下各翼型的声振特性:各翼型的振动加速度总级和总声压级均随着攻角的增大而增大,其频谱曲线除峰值点外...     

截面形状对螺旋通道湍流流动及场协同的影响

为探明截面形状对螺旋通道湍流流动的影响,采用有限体积法和RNG k-ε湍流模型数值研究了圆形、半圆形、矩形、正方形、梯形和三角形共6种截面面积相等而形状不同的螺旋通道内流体湍流流动特性。在螺旋半径、螺距、螺旋线长度相同的条件下,以常温水为工质,研究截面形状和进口速度对螺旋通道的流动阻力、速度场及涡量的影响,并根据多场协同原理分析速度场和压力场的协同关系。结果表明:圆形截面螺旋通道流动阻力损失最小,而三角形截面螺旋通道流动阻力损失最大;流体在螺旋通道内湍流流动会产生垂直于主流方向的二次流,矩形截面螺旋通道发现四涡结构的二次流,其余截面螺旋通道为二涡结构的二次流;三角形截面螺旋通道涡量值最大,协同角θ也最大,而圆形截面螺旋通道涡量值最小,协同角θ也最小。     

组合三棱柱振子流致振动运动特性分析

本文以流致振动能量转换系统为基础,以截面形式和刚度为变量针对组合三棱柱振子进行试验,评估振幅、频率等指标。试验选取了组合三棱柱振子进行了模型试验,通过改变截面排布形式以及系统刚度来研究截面布局、刚度对组合三棱柱振子的影响。该研究旨在探究组合振子流致振动的最佳振动条件,为后续多振子流致振动研究扩展思路。试验结果表明:三种不同排布形式的组合振子,在不同刚度工况下都有较好的振动效果,Ⅰ型和Ⅲ型振子振动随流速变化表现为典型的涡激振动。Ⅰ型排布振子具有最好的振动表现,系统最大振幅比为A*=0.85(K=1400N/m,Ur=7.5)。     

覆冰导线绕流特性分析

为研究覆冰导线在微风下的振动特性,对新月形覆冰导线在不同雷诺数下的绕流问题进行仿真,计算得到的阻力系数与已有实验结果一致.分析了雷诺数对绕流参数的影响,得到了各参数的变化规律.结果表明:与导线未覆冰时相比,覆冰导线出现卡门涡的雷诺数要滞后,卡门涡对应的雷诺数范围明显缩小,斯特劳哈尔数和阻力系数均减小;卡门涡振动的频率降低,但振幅增高.研究结果可以为输电线振动的防治提供理论参考和实验指导,同时将可视化的仿真结果应用到理论教学中,可以弥补实验条件不足及真实实验难以实施的困难,节省教学资源,加强教学与工程应用之间的有机结合.     

振荡流底层拟序结构运动理论模式

湍流拟序结构是一种可检测的有序运动,在壁面湍流结构中往往表现出复杂的三维结构.针对对称振荡流(纯振荡流),建立了描述对称振荡流湍流拟序结构的理论模式,并对其特性进行了研究.探讨了振荡流拟序结构能够保持的雷诺数范围、拟序扰动波数范围以及所能激发不稳定拟序波的波数频率范围,分析了振荡流激发的二维扰动波与三维扰动波的相互关系以及拟序波的对称性特征、拟序扰动流速、雷诺应力、附加涡量的时空分布等.结果表明,对称性振荡流拟序结构不仅与通常研究的雷诺数等因素有关,而且与振荡频率有很大的关系.