扑翼尾流脱落涡特性的PIV实验研究

通过色流实验和粒子成像测速技术(particle image velocimetry, PIV)对扑翼近场尾流脱落涡的结构轨迹和能量进行了定性及定量研究.结果表明:因展向流动充分性的不同, 存在两种牛角型涡系结构; 上下扑时翅翼交替产生顺时针和逆时针脱落涡, 两涡运动轨迹呈近似弧形对称, 对称轴的仰角略大于攻角; 脱落涡的涡心涡量在上下扑极点达到最大值, 环量最大值出现在到达极点前的1/5~2/5周期之间; 产生脱落涡的半周期内, 涡的平均环量都随减缩频率的增大而增大, 减缩频率较低时, 下扑平均环量大于上扑平均环量, 减缩频率较高时则相反; 振幅对涡能量影响明显, 减缩频率为2~2.5时, 振幅±40°时的涡平均环量约是振幅±30°时的两倍, 减缩频率越大振幅影响越明显.      

低雷诺数反齐默曼机翼的气动特性

通过PISO方法求解非定常不可压N-S方程,研究小展弦比反齐默曼机翼在低雷诺数下的流场特征,并分析其对气动特性的影响.结果显示前缘分离涡在反齐默曼机翼上表面形成一对集中涡.分析表明这对集中涡是影响反齐默曼机翼气动特性的主要因素,给机翼提供了较大的非线性升力和较大的失速攻角,前缘涡之间的相互影响使得机翼出现非定常现象和大攻角的非对称现象.与矩形翼相比,反齐默曼机翼有较好的稳定性.     

前缘旋转的风力机翼型气动性能研究

本文通过数值计算,研究了一种前缘为可转动圆柱的二维S809翼型的气动性能.研究表明,通过驱动前缘圆柱旋转,可有效抑制翼型吸力面的流动分离,使得翼型在较大攻角下具有良好的气动性能,提高了翼型的最大升力系数与升阻比.该流动控制方法具有简单有效、花费代价小等优点.     

变稠度条件下仿生学前缘结状突起对压气机叶栅性能的影响

本文以某压气机平面叶栅为研究对象,采用数值计算的方法,在不同稠度条件下,分别研究仿生学前缘结状突起在零攻角和正攻角时对叶栅性能的影响。结果表明,零攻角工况时,各稠度条件下的仿生学叶栅总压损失系数都有一定的增大,性能恶化;8°正攻角工况时,波长等于9.6%c的前缘结状突起在各稠度条件下都能有效降低总压损失系数,改善叶栅性能,在设计稠度下(S=2)效果最显著,损失系数降低了约18.8%;仿生学前缘的作用机理:结状突起诱导产生的成对流向涡与通道中的分离流动相互作用,包括涡系结构之间的抵消作用和动量的输运,从而延缓分离,提高叶栅性能。     

扩压叶栅角区马蹄涡的实验研究

本文给出了用三维激光多普勒测速技术对扩压叶栅叶片前缘马蹄涡的测量结果。实验结果表明：在０°和１０°两种攻角条件下均存在清晰的前缘马蹄涡;二次流的影响使得在靠近端壁壁面的区域实际入口气流角和叶片中径处不同,在不同的攻角条件下这种影响也不同;前缘马蹄涡的存在使得接近前缘的气流方向改变,气流角增大。     

涡发生器对质子交换膜燃料电池性能影响

通过数值模拟,研究了涡发生器的形状、间距、攻角和组数对于质子交换膜燃料电池性能的影响。结果表明,在燃料电池阴极流道中安装5组、12 mm间距、攻角为45?的矩形小翼涡流发生器,对于燃料电池性能的提升最为明显,电流密度最高提升了33.3%;电流密度随着涡发生器间距、攻角和组数的增加而增大;涡发生器改善了燃料电池内部的温度、水含量和氧含量分布,有利于积水的排出,且可以明显的观察到涡量大小与电流密度呈正相关。     

串列对转双圆柱的多块LB模拟

结合格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method,简称LBM)和多块网格(Multi-Block Grid)技术,数值研究较小雷诺数(Re=100)下均匀来流绕串列对转双圆柱问题,综合分析圆柱中心间距比S/D和圆柱无量纲旋转速度α对流场结构的影响,考察前、后圆柱的涡脱落形态和升阻力特性.结果表明:当间距比为1.2时存在一临界旋转比α_c,转速超过这一值后前圆柱产生负Magnus效应;间距比为2时,流场出现类似单旋转圆柱时的第二不稳定模态;当间距比较大(S/D=4、6)时,前、后柱之间存在涡脱落,后柱尾涡中出现2S、2S^*、2P、P+S等多种形态.     

波纹翅片开设涡发生器强化传热数值模拟

在波纹翅片上开设矩形翼和组合翼纵向涡发生器,采用数值模拟的方法分析其强化换热特性,分析辅翼的几何尺寸,包括辅翼攻角、长度和宽度等对换热增强比Nu/Nu_0以及综合强化换热因子(Nu/Nu_0)/(f/f_0)~(1/3)的影响。结果发现:矩形翼和组合翼能显著增强波纹翅片的对流换热;由于开设纵向涡发生器后使流动阻力增加,综合强化换热因子小于换热增强比;组合翼的换热增强比和综合强化换热因子均大于矩形翼;对于组合翼,随着辅翼攻角、辅翼长度或辅翼宽度的增加,换热增强比和综合强化换热因子均增加。     

翼型涡流发生器抑垢性能的实验研究

为了获得翼型涡流发生器的抑垢特性,采用离线称重法,研究了在不同间距、不同攻角下三角翼、矩形翼、梯形翼三种翼型涡流发生器对CaCO₃污垢结垢量的变化。结果表明:翼型涡流发生器具有抑垢性,单位面积结垢量要少于光片;三种翼型中,具有较小迎流截面积的三角翼试片结垢量最少;攻角对抑垢性有影响,攻角30°布置翼的结垢域要少于攻角90°的翼;翼的排列间距对结垢量也有影响。     

几种前缘流动控制的实验研究

在低速风洞中，以NACA0012翼型为例，采用对比实验的方法，研究了三种改善翼型大攻角气动性能的流动控制措施，即（1）在翼型上表面安装小三角翼涡发生器；（2）在翼型前缘安装矩形涡发生器；（3）利用前缘切口．实验雷诺数分别为4．9×105到6．5×105，攻角范围为-10°至20°．实验结果表明三种措施均可不同程度地改善原翼型在其失速区域的性能，不仅可以提高翼型的升力，而且可以提高其升阻比；但常用攻角范围内翼型气动性能有不同程度的下降，三种措施各有优缺点．几种前缘流动控制的实验研究@刘宝杰$北京航空航天大学404教研室!北京,1…     

Three-Airy autofocusing beams

We numerically and experimentally demonstrate that a three-Airy autofocusing beam can be generated by superposing three deformed two-dimensional(2 D) Airy beams with a triangle symmetry. When the initial angle between two wings of the deformed 2 D Airy beams increases, such a three-Airy autofocusing beam exhibits that the focusing length decreases and the intensity contrast at the focal point changes. Moreover, after introducing an optical vortex phase, this three-Airy autofocusing beam displays a transverse rotation in propagation. The rotation angle is determined by the topological charge of the vortex and the initial wing angle. Our results may have some potential applications in optical manipulation.     

基于浸入式边界方法的串联双矩形柱绕流数值模拟

基于浸入式边界算法(Virtual Boundary Method)中力源反馈边界的思想,改进其原有内部流体处理方法以减少计算耗费,并结合非等间距网格以便工程应用计算,模拟雷诺数范围内(Re=200–10³)串联双矩形柱绕流,研究表明:Re=200–300时,前柱尾流涡脱处于双剪切层控制阶段;柱间涡街为Karman类涡街,在小间距条件下被抑制,形成涡环;前柱对后柱屏蔽效应体现为后柱阻力系数远小于前柱;临界间距时柱间涡街充分发展,后柱阻力系数等气动参数亦在此发生跃升,但仍小于前柱值;随雷诺数升高,尾流涡街尺寸缩小,临界间距及跃升幅度变小. Re=400时,前柱尾流涡脱进入冲击剪切层控制阶段,阻力系数不再呈现规律性振荡;此后随雷诺数升高,冲击剪切层逐步完善,前柱流动分离使其表面产生更多附着涡,导致尾流旋涡尺寸进一步减小,屏蔽效应消失,涡脱更为剧烈,进而对后柱产生脉动冲击效应;适当间距比条件下此类脉动冲击效应使得后柱阻力系数发生跃升,并略高于前柱. 关键词： 浸入式边界算法 串联双矩形柱 屏蔽效应 临界间距     

Two-dimensional structure of the wake behind a pitching airfoil with higher non-dimensional pitching rate

Two-dimensional flow patterns have been visualized by two kinds of dyes and a VTR camera in a water tunnel atRe=4.0×10³ in order to study how flow patterns of vortex changed behind a pitching airfoil with various pitching rates and pitching amplitudes. The tested airfoil was NACA0010. The experiment was performed under the conditions such as the pitching motions with sinusoidal or triangular wave around its mid- or quarter-chord axis. The non-dimensional pitching rates werek=1.97, 2.81 and 4.22. The pitching amplitudes were changed asA=±2, ±6 and ±12, however the mean angle of attack was fixed atμ _m =0°. As a result, the followings were clarified. The flow pattern of thrust producing vortex street was observed in the wake behind the pitching airfoil with a higher nondimensional pitching rate. Similar flow patterns of the vortex were observed in spite of the differences in the location of pitching motion axis, in the pitching motion wave profile and in the pitching amplitude. Moreover, the pitching motion around the quarter-chord axis with triangular wave could realize the thrust producing vortex street more easily.     

基于间断有限元方法的并列圆柱层流流动特性

基于高阶的间断有限元方法, 数值模拟低马赫数下并列圆柱的可压缩层流流动, 捕捉并列圆柱流场中的漩涡结构, 以便分析并列圆柱尾流的流动特性. 针对二维圆柱的边界形式, 采用曲边三角形单元构造二维圆柱的曲面边界, 以适应高阶离散格式的精度. 在验证方法合理性的基础上, 分析圆柱间距及雷诺数对漩涡脱落及受力特性的影响规律. 研究结果表明: 并列圆柱的间距是影响流场流动特性的一个主要因素, 它会改变圆柱漩涡脱落的形式. 随着圆柱间距的增加, 上下圆柱的平均阻力系数及平均升力系数的绝对值随之显著下降. 雷诺数对于平均阻力系数的影响相对较小. 但随着雷诺数的增加, 上下圆柱的平均升力系数会随之降低, 而漩涡的脱落频率会随之增大.     

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基于介质阻挡放电等离子体体积力气动激励机理,数值研究了两种等离子体流动控制方案对螺旋桨桨径根部处于负攻角工况下叶素气动性能的改善效果.结果显示,激励器布置在下翼面时等离子体体积力大于其布置在叶素前后缘时的情况;激励器布置在下翼面时,可抑制流动分离,使得螺旋桨桨根部位叶素产生更大的负拉力,但会减小螺旋桨的扭矩;激励器布置在前后缘时,会使螺旋桨根部叶素拉力增大,提高螺旋桨总拉力,但不能抑制流动分离,所以会增大螺旋桨的扭矩.     

带有纵向涡发生器的翅片管的流动与传热数值研究

用三维数值的研究方法对带有纵向涡发生器的翅片管流动和传热进行了数值研究。研究发现,使用了45°冲角的矩形小翼纵向涡发生器可以使得翅片管的传热增加10.4-24.6%,同时相应的压力损失增加30.5-57.2%。研究了不同的冲角(a=30,45,60)对于管翅间换热和流动的影响,结果显示冲角为30°时效果最好。     

测定固体线膨胀系数的一种方法

当两个光栅紧靠在一起时，从它们的透射光中将看到明暗相间的条纹。该条纹间距与两个光栅夹角有关，若我们把一个光栅固定在随金属丝的伸长而绕某一定轴转动的支架上，则根据该转轴到金属丝间距和条纹间距及其它的变化量，就很容易得出金属丝随温度升高而伸长的微小量与条纹间距变化量之间的关系，并通过它算出该金属丝的线膨胀系数。     

Propagation Characteristics of Exponential-Cosine Gaussian Vortex Beams

We propose a controllable exponential-Cosine Gaussian vortex(ECGV) beam,which can evolve into the different beam profiles with three parameters:distance modulation factor(DMF),split modulation factor(SMF) and rotation modulation factor(RMF).When SMF is 0,the ECGV beam appears as a perfect single-ring vortex beam and the ring radius can be adjusted by the DMF.We deduce from mathematics and give the reason for the single-ring characteristics.When SMF is not 0,the beam splits symmetrically.DMF,SMF and RMF control the number,distance and rotation angle of the split,respectively.Our experiments verify the correctness of the theory.     

离轴涡旋光束弱走离条件下的倍频效应

利用耦合波截断方程推导了无走离及弱走离条件下离轴涡旋光束经过负单轴晶体后产生倍频光的归一化电场及光强表达式. 主要分析了离轴量、弱走离角及晶体长度对于输出倍频光的影响. 研究结果表明: 不考虑走离效应时, 倍频光两暗核重合于轴上点, 而具有弱走离效应时, 暗核位置沿走离方向有所偏移, 并且两重合暗核产生分离, 截面上发生分离的方向垂直于存在走离的方向, 其中产生的偏移量与离轴量、走离角及晶体长度有关, 而分离的距离只与走离角及晶体长度相关. 具体表现为: 当离轴量增大, 倍频光两暗核沿存在离轴方向所产生的偏移增大, 而暗核间的分离距离不受离轴量影响, 当走离角、晶体长度增大时, 两暗核沿存在走离方向所产生的偏移增大, 同时, 暗核间的分离距离也有所增大. 此外, 通过对比发现, 传输晶体长度的缩小, 可以减小暗核沿存在走离方向或是存在离轴方向所产生的偏移, 同时也可以减小由离轴量与走离角所产生的暗核分离距离, 一定程度上对输出的倍频光起到校正作用.