前掠翼与平直翼布局气动特性的比较分析

基于ANSYS 11.0的计算流体力学模块CFX,选取Reynolds平均的三维N-S方程及SST涡粘湍流模型,采用数值计算和流场可视化分析方法,对变前掠翼布局在低速起飞／着陆及高跨音速作战使用状态的气动性能进行了计算。着重对前掠翼与平直翼布局气动特性和流动机理进行了比较,通过对涡结构的分析发现,机翼前掠使得机翼前缘涡和鸭翼机身涡呈“V”字型靠近并相互加强,从而诱导出了二次涡,大大提高了对翼面气流分离的控制能力,验证了增大升力系数和失速迎角的机理。计算结果表明变前掠翼布局设计合理。     

低雷诺数下方柱和圆柱涡致振动的数值分析

通过数值求解二维不可压粘性流体的N-S方程,研究了方柱和圆柱在低雷诺数（Re＝90～130）下的涡致振动．柱体振动对流体的影响用动网格法模拟,N-S方程采用时步分裂技术先求出中间速度场,再用多重网格法求解泊松方程得到压力场,最后根据压力场对中间速度场进行修正．柱体的振动方程用Newmark-β法求解．通过计算柱体和流体的相互作用,成功地捕捉到了“锁定”和“拍”现象．计算结果与实验结果相当吻合,并和已有的用任意拉格朗日-欧拉公式有限元法计算的结果进行了比较．     

高雷诺数下双圆柱绕流的数值模拟

使用表面涡法研究高雷诺数下不同排列方式双圆柱绕流的流动状态．计算了双圆柱在并列、级列的情况下的各种流动结构,涡街的变化及作用在圆柱上的受力情况．计算结果清楚地描述了双圆柱绕流复杂的流动状况,与实验显示的流动状况十分相似,斯特罗哈数与阻力系数均与实验结果相符．     

合成射流对脉动气动载荷的相位控制

提出了通过合成射流控制脉动气动载荷相位来抑制结构物涡激振动的思想.为了验证合成射流对脉动气动载荷的相位控制功能和研究实现合成射流相位控制功能的参数范围,采用CFD软件对有无合成射流控制下,E214翼型周围的二维非定常流场进行了数值模拟,得到了翼型升力系数的时间历程.对有无合成射流控制情况下,气动载荷的时间历程进行快速傅利叶变换.给出了大迎角下无合成射流控制时脉动气动载荷的主频,及判断合成射流能否实现相位控制的方法.应用该方法对一系列数值模拟的结果进行分析判断,得到合成射流能实现相位控制的速度-频率参数范围.结果发现合成射流的相位控制功能受合成射流喷射速度和喷射频率的影响很大.当合成射流喷射频率与无合成射流作用下脉动气动载荷的主频非常接近时,只需较小的控制能量就能实现相位控制.而当合成射流喷射频率偏离无合成射流作用下脉动气动载荷的主频时,则需要较大的控制能量才能实现相位控制.     

列车绕流的瞬态与稳态数值模拟对比

采用大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)和基于雷诺平均(Reynolds Average Navier-Stocks,RANS)的SST(Shear Stress Transport)k-ω湍流模型,分别对高速列车单车明线运行进行瞬态和稳态的仿真计算,通过与实车测试数据比较对数值模拟进行了验证.对比分析LES和RANS的计算结果发现:对于车头表面测压点,LES和RANS都能给出高精度的计算结果,且LES的瞬态计算结果表明,表面压力最大值在一个很宽的范围内波动;对于列车绕流结构,LES较RANS表现出更强的小尺度涡的捕捉能力,尤其表现在复杂的尾流区;通过气动力系数的傅里叶变换分析了波动的频域特性.LES在较复杂列车模型外流场模拟中的高计算精度,及其广泛的结果信息可以为列车的系统耦合设计提供可靠的数据参考.     

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。     

不同半径比Taylor-Couette湍流的直接数值模拟研究

采用谱方法求解柱坐标系下三维不可压缩流Navier-Stokes方程,直接数值模拟了不同半径比下的同心旋转圆筒间的Taylor-Couette(TC)湍流问题.由于TC湍流是由大尺度Taylor涡和湍流随机脉动的叠加而成,采用周向平均成功识别了TC湍流中的大尺度Taylor涡,并将其诱导的脉动流动与湍流随机脉动分离开来,对比分析了不同半径比下大尺度Taylor涡对脉动强度和湍动能的贡献;同时,通过计算雷诺应力输运方程,研究了半径比对湍动能生成、耗散和再分配等动力学特性的影响.计算结果表明,在小半径比的宽槽TC湍流中,Taylor涡诱导的脉动流相对较弱,湍流随机脉动更为强烈,其对湍流统计特性的影响占优;在大半径比的窄槽TC湍流中,流体脉动特性主要源于Taylor涡的贡献;另外,随着半径比的增大,近外壁面附近流体沿周向剪切作用增强,流场表现出类似于平板Couette流的流动特性.     

圆柱基础扰流环冲刷防护实验研究

马蹄涡对圆柱基础局部冲刷有重要影响.通过模型实验,研究了利用扰流环影响马蹄涡的发展,从而减弱局部冲刷的效果.实验中,扰流环安放在圆柱底部距离沙面不同位置处.实测数据结果表明:在均匀来流作用下,扰流环能不同程度地抑制马蹄涡,减小立柱基础的局部冲刷,效果最佳时泥沙冲刷量能减小40%.这种新的冲刷防护措施简单、实用、适应性强,为桩柱基础的冲刷防护提供了有用的参考依据.     

电磁力控制圆柱体三维绕流场的脱体涡模拟

利用Maxwell方程组直接数值计算表面包覆电极与磁极圆柱体产生的电磁力分布,将其加入到动量方程中,采用脱体涡模拟(DES)方法,在雷诺数Re=3 900时,对电磁力作用下圆柱体在弱电解质中的绕流场结构及其升阻力特性进行了数值模拟与分析.结果表明,电磁力作用可提高圆柱体边界层内的流体动能,抑制流动分离的产生,减弱圆柱绕流场的三维特性,在电磁力作用参数达到某个临界值后,在圆柱体后方产生射流现象;同时,随着电磁力作用参数的增大,圆柱体压差阻力及其总阻力减小,但摩擦阻力增大,而且电磁力的作用还可以显著减小升力脉动幅值.     

LES investigation of swirl intensity effect on unconfined turbulent swirling premixed flame

A finite reaction rate model is presented as a closure of large eddy simulation （LES） to numerically study an open premixed methane/air swirling flame. The resultant model is firstly validated by comparing with reported data and then employed to investigate the effect of swirling intensity on flow field, flame characteristics and combustion instability of the swirling flame. Three differ- ent swirl numbers are considered. The LES results show that as swirling intensity increases, the vortex entrainment and micro-mixing are enhanced, leading to more lean equivalent ratios at flame front; consequently, higher swirling number causes lower flame temperatures and slower CO oxidization; for all simulated swirl numbers, flame fronts are completely located out of the recirculation zones and anchored at the inner surface of the annular swirling steams; swirl number has a crucial effect on swirling flame extension toward radial and tangential dimensions and then significantly affects streamwise flame length, which is a great influencing factor on combustion instability; vortex-induced disturbance on flame in streamwise plays a critical role in combustion instability.