带热传导效应平面涡轮叶栅流动直接数值模拟

低雷诺数流动对高空动力装置, 特别是涡轮部件的性能产生重要的影响. 本文采用具有7阶精度的差分格式, 通过直接求解二维瞬态可压缩Navier-Stokes方程组, 对雷诺数为241 800 (基于叶片弦长)时的叶片表面带有热传导效应的平面涡轮叶栅流动进行了二维直接数值模拟, 对低雷诺数平面涡轮叶栅流动的非定常流动现象作了初步的探索.数值结果表明:在叶栅通道入口处, 流场的非定常性很弱;在叶栅尾缘处, 具有正负涡量的尾涡交替地从压力面和吸力面上脱落;周期性的涡脱落使得叶栅通道内和尾迹区的总压发生(准)周期的变化, 并且, 尾迹区总压变化主频率是通道内总压变化主频率的2倍;在时均流场中, 叶片表面压力的分布与实验值吻合良好, 表征热传导效应的斯坦顿数除湍流区外与实验值基本吻合;尾迹区速度脉动的2阶统计量与圆柱绕流尾迹区速度脉动2阶统计量具有基本相似的分布特征.     

考虑热效应的空化流动研究进展

高速航行体的多相水动力学过程, 如水下发射与超空泡航行等, 在通入高温气体形成空泡的过程中需考虑热效应对空泡动力学的影响. 且火箭低温液态燃料供应及核反应堆高温管道输送等工程问题中发生的空化现象也具有显著的热效应. 在以上流动中, 热效应不仅仅会改变流体的物理性质, 影响相间质量输运和热传递, 还会引发复杂的动力学和热力学变化, 因此考虑热效应的空化机理、能量的传递和输运规律以及流动不稳定性机理是亟需解决的关键科学问题. 文章基于不同影响因素将考虑热效应的空化流动分为高温壁面空化、高温通气空泡、高温水空化以及低温热敏流体空化, 并分别综述了4类情况下空泡演化特性和影响规律. 此外, 总结归纳了数值模拟考虑热效应的空化流动常用的空化模型和湍流模型, 以及在实验研究中采用的各种多物理场测量技术, 但相关数值仿真和实验技术还有待进一步发展完善. 未来还需深入研究热效应对空化流动生成和稳定性的影响机制, 全面了解和掌握热效应空化流动的特点和行为, 为相关领域的工程设计和优化提供更加准确的数据支撑、分析工具和理论基础.     

离散型湍流多相流动的研究进展和需求

离散型多相流动,指气体-颗粒(气-固)、液体-颗粒(液-固)、液体-气泡、气体-液雾以及气泡-液体-颗粒等两相或三相流动.这种类型的多相流动广泛存在于能源, 航天和航空, 化工和冶金,交通运输, 水利, 核能等领域.本文阐述了离散型多相流动的国内外基础研究,包括颗粒/液滴/气泡在流场中受流体动力作用力的研究, 颗粒-颗粒,液滴-液滴,气泡-气泡之间以及颗粒/液滴和壁面之间碰撞和聚集规律的研究,颗粒-气体和气泡-液体湍流相互作用的研究, 和数值模拟的研究,包括多相流动的雷诺平均模拟、大涡模拟和直接数值模拟的研究进展.最后, 归纳了目前尚待研究的需求.      

双扩散效应引起的异重流流动

本文研究了在初始密度差极小的情况下由双扩散效应引起的异重流的流动特性。实验表明,具有双扩散效应的双组分异重流在初始密度差不是非常小时,与单组分异量流一样以正比于(△ρ)~(12)的速度作匀速推进;但当初始密度差△ρ趋于零时,双扩散效应使异重流流动依然发生。根据本文提出的理论模型,借助于量级分析法,推得了在不同条件下几种流动阳力之间的关系和异重流推进速度的函数表达式。     

机翼尺度效应对等离子体分离流动控制特性的影响

等离子体流动控制技术是一种以等离子体气动激励为控制手段的主动流动控制技术. 为了进一步提高等离子体激励器可控机翼尺度, 以超临界机翼SC(2)-0714大迎角分离流为研究对象, 以对称布局介质阻挡放电等离子体为控制方式, 以测力、粒子图像测速仪为研究手段, 从等离子体激励器特性研究出发, 深入开展了机翼尺度效应对等离子体控制的影响研究, 提出了适用于分离流控制的能效比系数, 探索了分离流等离子体控制机理, 掌握了机翼尺度对分离流控制的影响规律. 结果表明: (1)随着机翼尺度的增大, 布置到机翼上的激励器电极长度会相应增加; 在本文的参数研究范围内, 激励器的平均消耗功率不会随电极长度的增加而线性增大; 当电极长度达到一定阈值时, 激励器的平均消耗功率趋于定值; (2)在固定雷诺数的情况下, 随着机翼尺度的增大, 等离子体的控制效果并未降低, 激励器能效比系数提高; (3)等离子体在主流区诱导的大尺度展向涡与在壁面附近产生的一系列拟序结构成为分离流控制的关键. 研究结果为实现真实飞机的等离子体分离流控制, 推动等离子体流动控制技术工程化应用提供了技术支撑.      

塔宝效应(Talbot Effect)及对面内和影栅云纹方法之改进

本文中导出了单色准直光倾斜入射时塔宝距离(Talbot Distance)的新公式,并给出了实验验证。塔宝效应还被成功地用于改进面内及影栅云纹方法,显著提高了这两种方法的灵敏度,并加大了参考栅与试件间的允许距离。     

管内固-液两相流动阻力特性影响因素的敏感性分析

在浆体管道的工程设计中,管道阻力损失是一项实验成果,对影响管内固-液两相流动阻力的4个最主要因素-管径D、颗粒比重S、浆体浓度Cv和倾角θ进行了深入探讨,并采用多因素分析法比较了它们对于固体物料管道水力输送阻力损失的影响程度大小关系,从而为在工程设计降低管道输送阻力提供了主要调整手段.     

液晶聚合物/柔性聚合物相分离的方向序与流动效应分析

本文用数值方法模拟液晶聚合物(LCP)/柔性链聚合物(FP)的相分离动力学过程,并用有序度S和长主轴倾斜角θ构成向量图,用来分析方向序和剪切流动对相分离形态的影响.结果表明(液晶富)基元的长主轴有沿条状界面平行排列的趋向,在弯曲条纹转角剧烈处或T字口处,有序度明显恶化;另外发现,对系统加剪切流动会引起邻近(液晶富)区域的凝聚,使得条纹变粗变长,同时,剪切率的大小对条纹的粗细和指向矢的分布有影响,表现为剪切率越大条纹拉伸越长,而指向矢的有序度越差.     

电弧风洞高焓流动模拟及壁面催化效应研究

对电弧风洞高焓流动进行模拟时,基于其高温复杂流场特性,对比不同热化学模型、壁面催化条件、流场一体化及分体计算等多种数值计算条件下,电弧风洞内部、出口流场特性及典型模型壁面热流分布。结果表明,模型距离喷管出口较近时,流场分体计算可以提高计算效率,但是模型距离喷管出口较远时,则必须采用一体化计算保证计算精度,数值模拟单温度热平衡模型计算得到的等热流模型表面热流高出双温度热非平衡模型6.99%。同时对电弧风洞高焓流动壁面催化效应开展研究,通过X射线扫描电镜对3组类型热流传感器表面元素成分进行分析,研究热流传感器表面催化属性对气动热测量的影响。结果表明,壁面催化效应会显著增加试验模型表面气动热环境,采用无氧铜基体的塞式量热计进行电弧风洞热流测量时,其表面会被氧化成CuO,数值模拟壁面采用有限催化条件γ=0.022时计算结果与试验结果更接近,也与文献中CuO的催化复合系数匹配。     

基于高温气体效应的磁流体流动控制研究进展

高超声速飞行器强激波后高温气体形成具有导电性的等离子体流场,电离气体为磁场应用提供了直接工作环境.磁流体控制技术利用外加磁场影响激波后的离子或电子运动规律,可有效地改善高超声速飞行器气动特性,在飞行器气动力操控和热环境管理等方面均具有广阔的应用前景; 同时,超导材料及电磁技术的发展又重新推动了这一领域的研究热潮.虽然国内外在高超声速磁流体流动控制领域已开展了一些研究工作,但其实验研究依然极具挑战, 且由于实验条件及测量技术等限制,其压力、热流等参数的测量并没有得出较为系统的结论,因此需要对影响脱体激波距离、热流、压力变化的规律及机理进行深入研究; 同时,数值模拟方法和理论分析也亟待可靠的实验数据来对其进行验证.本综述调研和讨论了基于高温真实气体效应的磁流体流动控制技术研究,主要针对磁流体流动控制的试验技术、数值模拟、理论方法以及流动控制的主要研究方向等进行了总结,并对其发展趋势进行了讨论和展望.     

The oseen flow of finite clusters of spheres and the wake effect on the drag factor

In this paper, the wake effect on drag factor in the axisymmetric Oseen flow of the finite clusters of equally spaced spheres with same size is studied. Putting the Oseen lets on the centres of all the spheres, the series solution of the problem is obtained. By truncating the infinite series and applying the collocation method to solve a set of the linear algebraic equations, the approximate solution of the Oseen flow of finite clusters of spheres and the drag factor for each sphere are presented. The effect of the sphere number and spacing on the drag factor of each sphere under different Reynolds numbers are calculated and the wake effect as well as the shielding effect and the end effect are revealed. The influence of various parameters on the effects is considered and compared with the corresponding results of the Stokes flow. The convergence of the method is also studied numerically in this paper.     

PREDICTION OF PROJECTILE PENETRATION AND PERFORATION BY FINITE CAVITY EXPANSION METHOD WITH THE FREE-SURFACE EFFECT

With a target treated as the incompressible Tresca and Mohr-Coulomb material, by assuming that cavity expansion produces plastic-elastic and plastic-cracked-elastic response region, the decay function for the free-surface effect is constructed for metal and geological tar- gets, respectively. The forcing function for oblique penetration and perforation is obtained by multiplying the forcing function derived on the basis of infinite target assumption with the de- cay function. Then the projectile is modeled with an explicit transient dynamic finite element code and the target is represented by the forcing function as the pressure boundary condition. This methodology eliminates discretizing the target as well as the need for a complex contact algorithm and is implemented in ABAQUS explicit solver via the user subroutine VDLOAD. It is found that the free-surface effect must be considered in terms of the projectile deformation, residual velocity, projectile trajectory, ricochet limits and critical reverse velocity. The numerical predictions are in good agreement with the available experimental data if the free-surface effect is taken into account.     

二维高亚音速Laval喷管流场的有限元计算

本文使用了八节点曲四边形等参元，通过变分有限元法，对二维高亚音速Ｌａｖａｌ喷管位势流场进行了计算，结果是满意的，并和一维结果进行了对比。文中还使用了有限元法特有的局部线化理论，取单元中心点密度去处理迭代过程中单元系数阵的计算，其结果与通常的有限元法计算相一致，但计算时间却大大减少了。     

热套轮盘对轴段弯曲刚度的影响系数计算

本文分析了热套轮盘对轴段弯曲刚度的影响，首次提出了影响系数的计算公式，计算结果与实验数据符合得较好，趋势一致。     

元件与模式相对重要度对静强度可靠度的影响分析

本文通过研究指出,在运用增量载荷法寻找每级可能破坏元件时,必须考虑每个元件变异系数的影响,以避免漏掉极限承载能力很大但可靠度很低的失效模式;同时指出,结构失效的各个模式对系统可靠性的影响不仅与其本身发生失效的概率有关,而且与这个模式的重要程度有关,并提出了采用加权系数来计及每个失效模式的重要程度对结构系统可靠性影响的方法;最后用算例说明了本文方法的合理性。