旋转圆柱绕流流场特性分析

对雷诺数Re = 20000 ~ 90000、相对转速ɑ = 0 ~ 0.72的旋转圆柱后方流场进行了实验测量, 分析了旋转圆柱后方不同剖面处的速度分布规律和湍流度分布规律. 采用LES方法对旋转圆柱绕流问题进行了数值模拟, 分析旋转圆柱周围流场特性和自由剪切层变化规律, 最后通过理论模型对流场变化进行分析, 得出如下结论: 当圆柱逆时针旋转时, 同一雷诺数下随着相对转速的增加, 旋转圆柱尾迹区域下方速度突变处的位置随着相对转速的增加而上移, 而上方速度突变处的位置不变, 雷诺数的增加使旋转圆柱尾迹区域下方速度突变处位置有小幅度的下移. 通过数值模拟发现, 圆柱旋转之后, 圆柱后方下侧涡的位置明显上移, 且幅度较大. 下方的自由剪切层有明显的上移, 上方的自由剪切层位置变化较小. 最后通过理论分析发现, 圆柱后侧下方涡位置的上移对圆柱升力影响十分显著, 在高雷诺数、低相对转速的条件下, 旋转圆柱后侧下方涡位置的改变对旋转圆柱的升力、尾流区自由剪切层的变化起到了重要的影响.      

圆柱浮体的平衡姿态及其稳定性

浮心相当于浮体的支承点,其位置随物体的姿态而变化;物体稳定平衡时重心与浮心的距离达到极小。圆柱浮体有2～5个平衡位置,其中相间的1～2个稳定,其姿态与比重和长径比相关,在系统参数变化时可能突变。     

STUDY ON THE EQUILIBRIUM ATTITUDE AND STABILITY OF BUOYANT CYLINDERS

浮心相当于浮体的支承点,其位置随物体的姿态而变化;物体稳定平衡时重心与浮心的距离达到极小。圆柱浮体有2~5个平衡位置,其中相间的1~2个稳定,其姿态与比重和长径比相关,在系统参数变化时可能突变。     

具有均匀受压圆柱面的三维杂交应力元

1.前言 应用具有圆柱表面的特殊杂交应力元分析具有圆柱面的物体时,将给出较一般的假定位移元、及一般的杂交应力元远为准确的结果。本文研究圆柱面上承受均匀法向力时的三维杂交应力元,它将用于更准确地分析一些弹性力学不易解决的压力管道等问题。     

亚临界雷诺数二维圆柱绕流边界层流场动态特性的实验研究

本文给出了关于亚临界雷诺数二维圆柱绕流动态特性的实验结果。应用热膜、热线和压力传感器测量了壁面剪切应力脉动、壁面压力脉动和流场的速度脉动,给出了壁面剪切应力脉动频率在驻点附近和分离前后变化的特征,计算了这些脉动量在圆柱面上任意两点间的相关特性。实验结果表明,在亚临界雷诺数二维圆柱绕流的边界层流场中存在着一个频率与涡脱落频率相同的整体同步脉动。     

高速碰撞下圆柱壳自由梁的穿孔特性

利用二级轻气炮加载,进行了球状2A12铝弹丸垂直撞击圆柱壳自由梁实验。并进行了弹丸速度、圆柱壳直径和壁厚等因素对穿孔直径影响的数值模拟,数值模拟结果和实验结果基本吻合。通过量纲分析和数值模拟结合,推导了穿孔直径与相关影响参数的经验关系式。研究结果表明:当圆柱壳直径和厚度不变时,高速撞击产生的穿孔直径在径向和轴向都随着弹丸速度增大而增大;当弹丸速度和圆柱壳厚度不变时,高速撞击产生的穿孔直径随着圆柱壳自由梁直径的增大而减小;当弹丸速度和圆柱壳直径不变时,穿孔直径随着圆柱壳厚度的增大而减小。     

非定常空泡闭合区域最大压力的理论研究

当物体在流体中高速运动产生空泡时,空泡通常以回射流的形式闭合在物体表面上,并在闭合位置对物体表面产生流体超压. 在物体表面上的空泡闭合位置一般不是固定的,其位置根据物体运动速度的变化、空泡压力的变化及重力场中的位置等因素而在物体表面发 生快速移动,在非对称情况下,这种移动超压会极大影响运动物体的稳定性. 基于势流理论研究了重力场中非定常垂直空泡闭合区域中最大压力的存在位置,推导了最大压力的理论公式,揭示了最大压力与空泡发 展速度之间的关系,证明了最大压力点的两个特殊流体性质. 最后设计了测量空泡闭合区域最大压力的验证性试验,并将理论计算结果与试 验测量结果进行了对比,验证了理论研究结果.     

纳米柱绕流的分子动力学模拟分析

采用分子动力学方法,对不同雷诺数的纳米柱绕流问题进行模拟.统计及对比结果表明,在微观尺度下的纳米圆柱绕流的流场与宏观的圆柱绕流类似,但又具有自己的特点.雷诺数为16.2时,圆柱后会持续的周期性产生漩涡并脱落,类似宏观现象中的卡门涡街;而雷诺数为5.4时的圆柱后面没有出现漩涡.流场中圆柱表面存在速度滑移,说明无滑移不是产生漩涡的必要条件.圆柱前后会分别形成高压区和低压区,压强差的大小与来流速度有关.流场中存在顺压强梯度和逆压强梯度,顺压强梯度使圆柱上下两边区域流速超过来流速度,而逆压强梯度则会减小流速甚至使流场中出现回流.流场中密度最小处分布在圆柱右上和右下附近而不是圆柱的正后方.     

倾斜圆柱结构涡激振动研究进展

圆柱结构涡激振动现象在生活中十分常见, 如海洋工程中的管道、土木工程中的高耸建筑、桥梁斜拉索, 核工程中的热交换器等频繁受到涡激振动影响, 诱发结构的疲劳损伤, 甚至破坏失效. 现阶段, 人们对垂直来流作用下圆柱结构涡激振动机理已有较为全面的认识. 然而, 当圆柱倾斜置于流场中, 结构后缘的尾流形态与垂直放置差异显著, 结构与流体的耦合作用机理更为复杂. 为简化倾斜圆柱涡激振动问题, 提出了不相关原则, 来流速度被分解为垂直圆柱结构轴向和平行圆柱结构轴向的两个速度分量, 仅考虑垂直结构轴向速度分量的影响, 忽略平行结构轴向速度分量的影响. 近年来, 针对倾斜圆柱涡激振动及不相关原则的适用性, 出现了大量实验和数值模拟研究成果. 为了深化对倾斜圆柱结构涡激振动相关机理的认知, 本文全面阐述了倾斜圆柱结构涡激振动响应规律、尾迹流场模式和流体力特性等方面的研究进展, 分析了不相关原则的适用范围, 探讨了倾斜圆柱结构涡激振动抑制措施, 并对今后该领域的研究进行了力所能及的展望.      

圆柱运动的内波渐近解

本文提供一个二维内波的渐近解法,对水平圆柱在无粘、稳定的密度连续分层流体中任意倾角运动的问题,得到了伴随的色散关系式,结合倾角α=90°圆柱垂直运动情况,给出了圆柱面上的边界条件和无穷远衰减条件。用渐近展开的方法求出內波的渐近解;对内波传布的规律作了讨论并与內波流场显示结果进行了比较,计算结果合理,运用本解法可望在求解分层流体中圆柱任意方向运动的问题,其它形状物体分层绕流的内波问题、非定常色散以及三维的内波问题中得到推广应用。