不同间隔脊状表面的减阻数值仿真研究

对具有不同间隔的脊状表面在多个速度下进行了数值仿真计算,初步发现了间隔对于脊状表面减阻效果的影响规律.针对脊状表面流场的特点,在数值计算过程中对其计算域、计算网格及流动参数进行了合理的处理.仿真结果表明:有间隔的脊状表面减阻效果优于无间隔的脊状表面;间隔大小与脊状结构尺寸相当时,减阻效果最佳;脊状表面的间隔能够影响减阻效果的原因在于它能够抑制压差阻力的产生.     

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。     

高分子减阻系统中小型液体喷射器的理论研究和应用

为了解决高分子减阻液注入有压管路系统,使之产生减阻效应,本文提供了一个适用于抽送微量高分子减阻液的小型液体喷射器加料系统,给出了能较好反映实验规律的喷射器基本方程,提出了预报和控制喷射器工作状态的方法。     

基于自由变形技术的Ahmed模型气动减阻优化

针对目前汽车气动减阻中基于工程师经验的试凑法所存在的盲目性和低效率,以及气动优化设计中车身曲面难于参数化等问题,将自由变形方法引入汽车气动减阻优化设计中,为减阻优化设计提供一种快速、有效的参数化方法.文中以外形简单的Ahmed模型为研究对象,根据正交试验设计构建样本空间,采用FFD方法对各样本点模型进行参数化,通过CFD仿真获得各样本的气动阻力系数;建立3种常用的近似模型,选择可信度最高的RBF模型构建近似模型,采用多岛遗传算法求解近似模型的最优值,根据优化结果重新构建最优模型并采用CFD计算其气动阻力系数.计算结果显示优化后的Ahmed模型气动阻力系数减少了51.96%.      

仿生二级微沟槽表面减阻特性数值模拟

快速游动的鲨鱼,其皮肤表面布满沿流动方向的沟槽,这种沟槽能够减小鲨鱼游动过程中的阻力。通过仿生技术人们设计了一系列具有单一尺度的沟槽结构,如V型、L型、U型等(定义为原始沟槽),并获得了一定的减阻效果。然而通过仔细观察,发现鲨鱼皮肤表面的沟槽并非是单一尺度的。根据这一启发,通过在原始V型沟槽顶部两侧增加小尺度三角形突起,设计了一种二级沟槽表面。利用RNGk-ε湍流模型,对原始V型沟槽和二级沟槽表面进行了流场分析。讨论了在不同雷诺数的情况下,两种沟槽壁面对湍流边界层内速度分布、沟槽壁面切应力及减阻效果的影响。计算结果表明,在一定雷诺数范围,原始V型沟槽最佳减阻4.6%,二级沟槽结构最佳减阻8.07%,二级沟槽减阻效果明显优于原始V型沟槽。二级沟槽表面能够更有效地抑制边界层内湍流流动,减小了流体流动的黏性阻力,具有更好的减阻效果。     

仿生射流表面优化设计与减阻机理分析

针对不同射流表面参数减阻问题,建立仿生射流表面模型,利用SST k-ω湍流模型对其进行数值模拟,所得结果与实验数据吻合良好。运用正交试验设计法对影响射流表面摩擦阻力的因素进行分析,得到各因素对减阻效果和节能效果的影响规律:形状因子对减阻率和节能率的影响最大,流速比其次,流速比与减阻率和节能率呈抛物线关系,形状因子与减阻率呈线性关系,且随着形状因子增大减阻率增大,最大减阻率为15.06%,最大节能率为13.57%。由于射流流体的阻碍作用,在射流孔背流面形成逆流区,逆流区近壁面形成的剪应力方向与来流方向相反,局部摩擦因数为负值,并且由于射流流体对主流场的推力作用,使得边界层黏性底层厚度增大,速度梯度减小,摩擦阻力减小。     

仿生射流表面减阻特性实验研究

基于鱼类鳃裂部位仿生射流表面理论分析,对仿生射流表面回转体进行射流实验,研究其减阻特性。运用扭矩信号耦合器,分别对光滑表面实验模型和射流表面实验模型在不同旋转速度下进行摩擦扭矩测试,得到射流减阻特性曲线。研究结果表明:仿生射流表面具有较好的减阻效果,减阻率与实验模型转速、射流速度、射流孔径有着密切关系;射流最大减阻率达到10.8%。     

液压挖掘机铲斗振动掘削功率消耗研究

液压挖掘机工作时,铲斗液压缸无杆腔的油液压力间接反映了土壤的挖掘阻力.针对实验液压挖掘机独特的双阀芯液压系统及铲斗液压缸两腔所采取的控制策略,以“铲斗液压缸瞬时挖掘功率=无杆腔油液瞬时压力×无杆腔瞬时输入流量”为数学模型,探讨了液压挖掘机的功耗规律,将功耗规律对时间积分得到能耗规律;最后开展了大量的现场挖掘实验.结果表明,振动掘削相对于静态掘削不但可以有效地提高工作效率,而且还可以有效地降低挖掘阻力和功率消耗,且正弦波振动载荷的掘削效果明显优于三角波载荷.     

纳米颗粒吸附法减阻技术效果的快速评价方法

针对目前纳米颗粒吸附法减阻技术效果评价周期长、成本高的不足,通过分析目前室内评价方法及总结纳米颗粒吸附法减阻技术机制研究的成果,提出以岩心吸附片电镜扫描和接触角测试为手段的纳米颗粒吸附法减阻技术效果快速评价方法。基于纳米边界层水流滑移减阻机制,应用岩心等径毛管组模型和Tolstoi提出的滑移长度与接触角的关系,从理论上简要阐述该方法的内在机制。结果表明:新方法能有效缩短评价周期,降低试验成本;快速评价方法的内在机制为纳米颗粒在岩心微通道壁面吸附使表面的接触角超过120°,产生较显著的滑移效应,从而达到减阻效果。     

槽道湍流壁面展向周期振动减阻机理研究

为抑制壁湍流减少表面摩擦阻力,利用Fourier-Chebyshev谱方法,通过直接数值模拟,对槽道湍流壁面展向周期振动抑制壁湍流、实现减阻的内在机理进行了研究,建立了槽道湍流数据库。通过改变振幅大小和振动周期,壁面展向周期振动可以使壁面摩擦阻力明显减少。随着平均减阻率的增加,壁面阻力随时间的变化也更加稳定并且周期逐渐变大。将1个典型的阻力变化周期分成3个特征时段进行讨论。结果表明,不同时段近壁湍流结构呈现出不同的变化规律,两种减阻机理交替出现:一是振动引起的涡与条带的倾斜,这导致负展向涡的产生;二是振动引起的涡与条带间的滑移,这导致条带的加宽以及流向涡的减弱。