高超音速湍流边界层气动热计算中湍流模式的改进

湍流的工程计算主要依靠湍流模式,而对于高超音速湍流边界层,气动热的准确计算迄今还没有很好的解决.文中以超音速及高超音速小钝头锥湍流边界层为对象,用直接数值模拟(DNS)方法和BL模式计算了同样的7个算例,比较了二者气动热计算的结果,发现产生差别的原因是在模式中对涡导热系数与涡黏系数严格成比例的假设是不合理的.在理论分析的基础上,提出了在湍动能峰值附近对涡导热系数加以修正的方法,在所算的7个算例中证实了修正的有效性.     

封闭方腔内自然对流问题的高精度紧致差分格式

提出数值求解二维非定常不可压涡量-流函数Navier-Stokes/Boussinesq方程组的高精度紧致差分格式,格式空间为四阶精度,时间为二阶精度,并且是无条件稳定的.为了验证高精度紧致差分格式的精确性和可靠性,对有解析解的二维非定常不可压Navier-Stokes/Boussinesq方程组的Dirichlet问题和典型的封闭方腔自然对流问题进行数值模拟.     

EBEX-2000湍流热通量订正和地表能量平衡闭合问题研究

运用EBEX-2000实验资料,分析超声虚温订正和Webb订正对湍流热通量计算的影响及这两种订正的主要控制因子,并在对湍流热通量进行修正的基础上简单讨论了能量平衡闭合率(EBR)的影响因子,结合实际的天气、地形条件给出了比较合理的解释。研究结果表明:超声虚温订正值为–40~2 W/m2,有明显日变化,均值为8 W/m2,主要受大气稳定度和水汽垂直梯度影响;Webb订正值范围为5~14 W/m2,订正量均值较小,约1.8 W/m2,白天为正值,夜间为负值,主要受波文比和空气比湿的影响,出现较大修订值的几率很小;30min平均的能量平衡闭合比率(EBR)约为0.63,其日变化幅度剧烈,日变化幅度及夜间离散度很大,并且随土壤含水量的突然上升而急剧下降。     

纵向涡发生器对矩形窄通道内对流换热的影响

针对反应堆堆芯板状燃料元件冷却通道内的强化传热问题,对带有周期性分布纵向涡发生器(LVGs)的水平矩形窄通道内的流动与换热进行了实验研究,得出了雷诺数在3×103~2×104的范围内LVGs安装形式(一侧带LVGs或两侧带LVGs)对水的流动与换热特性的影响规律.结果表明:带有周期性分布LVGs通道的平均努谢尔数比光通道的高25%~35%,但阻力系数也比光通道的高.在3种不同比较准则(相同质量流量、相同压降及相同泵功)下,两侧带同向LVGs通道的综合性能好于单侧带有LVGs通道的综合性能.LVGs能够破坏热边界层,带走更多的热量,从而降低板状燃料元件的温度和堆芯的烧毁率.     

叶片磨短对低压冷却风扇气动性能的影响

工程中常用磨短叶片的方法来确保足够的叶顶间隙,由此对风扇气动性能的影响尚无研究报道。该文通过实验发现,叶片磨短后最大流量和风扇效率均急剧下降。对风扇内湍流场进行了三维数值模拟,结果与实验吻合良好。基于数值计算结果的流场分析表明,叶片磨短后叶顶间隙涡进一步发展,阻塞叶顶流道,使流量锐减,同时降低了叶片顶部区域做功能力。研究指出,叶片磨短相比机壳增大更易造成风扇性能恶化,尤其是流量的下降会使风扇无法正常使用,必须重视。     

分离式双箱梁斜拉桥涡激振动试验研究——以港珠澳江海直达船航道桥为例

为了研究分离式双箱梁斜拉桥的涡激振动特性,以港珠澳江海直达船航道桥为研究对象,以风洞试验为研究手段,分析加风障、增设不同开槽率的中央底板、改变腹板角度和增设导流板等气动措施对主梁涡激振动特性的影响,以及在不同风攻角下不同气动断面的涡激振动特点。试验和分析结果表明:风障虽然不能避免涡激振动的发生,但是可以有效地减小涡激振动的振动幅度;底板开槽可以有效地控制涡激振动的发生,并存在1个最佳开槽率;改变幅板角度可以有效地避免二阶涡激振动的发生,但对一阶涡激振动影响效果不明显;相比较而言,导流板设置在断面两侧是对主梁断面进行涡激控制最有效的措施。     

矩形通道内纵向强化传热与阻力损失的数值研究

本文以空气为介质(Pr=0.701),通过数值模拟的方法在Re=200～1400的范围内,对带有纵向涡发生器的矩形通道的换热及阻力损失进行了模拟分析,并比较了矩形通道、布置一排纵向涡发生器的通道、布置二排纵向涡发生器的通道内的传热与阻力。计算结果表明,纵向涡能有效的起到强化换热的效果,二排涡的效果要优于单排,在较小Re下,涡产生器引入的阻力损失要大于带来的换热强化效果。     

动水环境中射流喷角对射流特性影响数值模拟

在应力代数模型基础上引入密度状态方程建立了变密度的各向异性湍浮力射流模型,并给出了浮力系数的简单计算式.对存在密度差的射流进行了数值计算,所得轨迹线与实验结果吻合良好.应用有限体积法对流动环境中不同喷角二维立面射流流场特性进行了数值分析,对涡心及分离点位置与喷角关系的结果分析表明喷角为90°时回流区域最大.提出了面积湍动能kA概念,以此分析了流体间的掺混强度与喷角间的关系,结果表明喷角为90°时最有利于射流水体与环境水体间的掺混.     

基于蒙特卡洛仿真的高空尾涡运动特性

飞机在飞行过程中形成的尾涡流场是飞行安全重要影响因素.为研究飞机尾流在12500 m以上高空空域对下方飞机造成的影响,基于尾涡仿真快速计算模型建立了尾涡物理模型,采用蒙特卡洛方法对不同飞行高度处尾涡涡核的下沉高度进行仿真实验,分析了高空与中低空的涡核下沉高度差异性;然后计算不同飞机质量及大气湍流度下的高空尾涡涡核下沉高度,并对高空尾涡涡核下沉高度的影响因素进行分析.研究发现:与中低空相比,高空尾涡涡核下沉高度有所增加,平均增量为42.4～49.7 m;减小飞机质量可以降低垂直高度上的尾涡影响范围;当涡流耗散率超过1.2×10-4 m2/s3后,高空尾涡涡核下沉高度的变化较为缓慢.研究结果为高空尾流垂直间隔缩减研究提供参考.     

改进型PDC钻头在辽东油田群的探索与应用

辽东湾海域分布着多个大型油田群,贡献突出,但特有的底砾岩层常导致PDC钻头过快损坏,严重制约了作业时效再提升。为攻克此难题,联合PDC钻头厂家,在分析已钻数据及岩石特性的基础上,对力平衡设计、结构稳定性、刀翼防涡设计、井底流场优化等方面进行针对性改进优化。改进型PDC钻头从根本上解决了PDC钻头钻砾岩层及毗邻砂泥岩复合层的难题,节省了大量作业时间,经济效益明显,具有重要的推广应用价值。