喷水推进双级轴流泵流体动力性能CFD分析

采用高质量结构化网格对某喷水推进双级轴流泵整个数值模拟系统的各部件进行区域离散,利用CFD方法预报该泵扬程、功率和效率等外特性,分析其内部流动情况。计算结果与实验数据的较好吻合证明了CFD方法可以作为通过试验求取喷水推进双级轴流泵特性曲线的辅助方法。研究中对有、无轴情况下双级轴流泵外特性的预报和比较结果表明,轴对该泵动力性能预报结果影响不大;通过计算叶片压力分布,验证了该双级泵叶轮叶片设计中采用的线型;通过观察一、二级导叶出口的流动状态,分析了该泵设计中存在的缺陷,并为导叶改进设计提出建议。     

基于非结构化同位网格的SIMPLE算法

通过基于非结构化网格的有限体积法对二维稳态Navier—Stokes方程进行了数值求解。其中对流项采用延迟修正的二阶格式进行离散；扩散项的离散采用二阶中心差分格式；对于压力-速度耦合利用SIMPLE算法进行处理；计算节点的布置采用同位网格技术，界面流速通过动量插值确定。本文对方腔驱动流、倾斜腔驱动流和圆柱外部绕流问题进行了计算，讨论了非结构化同位网格有限体积法在实现SIMPLE算法时，迭代次数与欠松弛系数的关系、不同网格情况的收敛性、同结构化网格的对比以及流场尾迹结构。通过和以往结果比较可知，本文的方法是准确和可信的。     

不可压粘性流体浸入边界直接力法及软件实现

浸入边界法通过在N-S方程中施加体积力模拟不可滑移固壁边界及动边界,避免生成复杂贴体网格及动网格,极大地节省了网格建模时间及动网格计算消耗。本文提出一种新型附加体积力简化计算方法,将简化附加体积力以源项形式嵌入动量方程迭代中,通过用户自定义函数对CFD软件FLUENT二次开发,实现了浸入边界法和通用流体力学求解器的耦合计算。通过静止圆柱和动圆柱绕流数值模拟进行了验证,并探讨了插值函数对计算精度的影响。研究表明,通过引入浸入边界模型,能够提高计算效率,并实现结构网格背景下复杂边界和动边界的高效建模。     

不可压粘性流体浸入边界直接力法及软件实现

浸入边界法通过在N-S方程中施加体积力模拟不可滑移固壁边界及动边界,避免生成复杂贴体网格及动网格,极大地节省了网格建模时间及动网格计算消耗。本文提出一种新型附加体积力简化计算方法,将简化附加体积力以源项形式嵌入动量方程迭代中,通过用户自定义函数对CFD软件FLUENT二次开发,实现了浸入边界法和通用流体力学求解器的耦合计算。通过静止圆柱和动圆柱绕流数值模拟进行了验证,并探讨了插值函数对计算精度的影响。研究表明,通过引入浸入边界模型,能够提高计算效率,并实现结构网格背景下复杂边界和动边界的高效建模。     

利用非结构化网格方法对翼型绕流的数值研究

利用同位非结构化网格上的压力加权修正算法 ,对翼型湍流绕流进行了数值分析。详细地给出了一孤立翼型在不同攻角下的分离流结构及翼型表面压力分布 ,为了显示非结构化网格方法在求解多连通流动区域的优越性 ,对双翼型绕流进行了数值计算。在数值分析中 ,对阵面推进法进行改进来生成三角形网格 ,采用有限控制体方法直接在物理空间中的非结构化网格单元上离散 Navier- Stokes方程及 k- ε方程 ,形成的代数方程组通过预条件矩阵共轭梯度平方法求解。计算结果表明 :当流动为附着流时 ,计算结果与实验值吻合程度令人相当满意 ;而在分离区内 ,计算结果与实验值存在一定的误差 ,需对分离区内的湍流模型做进一步的改进。     

多尺度嵌入式离散裂缝模型模拟方法

天然裂缝性油藏和人工压裂油藏内裂缝形态多样,分布复杂,传统的离散裂缝模型将裂缝作为基岩网格的边界,采用非结构化网格进行网格划分,其划分过程复杂,计算量大。嵌入式离散裂缝模型划分网格时不需要考虑油藏内的裂缝形态,只需对基岩系统进行简单的网格剖分,可以大大降低网格划分的复杂度,从而提高计算效率。然而,在油藏级别的数值模拟和人工压裂裂缝下的产能分析中,仍然存在计算量巨大、模拟时间过长的问题。本文提出嵌入式离散裂缝模型的多尺度数值计算格式,使用多尺度模拟有限差分法研究嵌入式离散裂缝模型渗流问题。通过在粗网格上求解局部流动问题计算多尺度基函数,多尺度基函数可以捕捉裂缝与基岩间的相互关系,反映单元内的非均质性,因此该方法既有传统尺度升级法的计算效率,又可以保证计算精度,数值结果表明这是一种有效的裂缝性油藏数值模拟方法。     

多尺度嵌入式离散裂缝模型模拟方法

天然裂缝性油藏和人工压裂油藏内裂缝形态多样,分布复杂,传统的离散裂缝模型将裂缝作为基岩网格的边界,采用非结构化网格进行网格划分,其划分过程复杂,计算量大。嵌入式离散裂缝模型划分网格时不需要考虑油藏内的裂缝形态,只需对基岩系统进行简单的网格剖分,可以大大降低网格划分的复杂度,从而提高计算效率。然而,在油藏级别的数值模拟和人工压裂裂缝下的产能分析中,仍然存在计算量巨大、模拟时间过长的问题。本文提出嵌入式离散裂缝模型的多尺度数值计算格式,使用多尺度模拟有限差分法研究嵌入式离散裂缝模型渗流问题。通过在粗网格上求解局部流动问题计算多尺度基函数,多尺度基函数可以捕捉裂缝与基岩间的相互关系,反映单元内的非均质性,因此该方法既有传统尺度升级法的计算效率,又可以保证计算精度,数值结果表明这是一种有效的裂缝性油藏数值模拟方法。     

基于分子平均自由程的热流计算壁面网格准则

面向壁面热流Navier-Stokes方程数值计算的应用, 研究了壁面法向网格尺度问题.从气体分子物理学角度, 对壁面热流进行了微观统计分析,指出壁面热流与气体分子平均自由程之间的内在联系是壁面法向网格尺度存在最优下限的原因. 据此建立了一个新的壁面法向网格尺度准则, 即MFP准则.该准则简单、实用, 具有清晰的热力学物理意义, 且只依赖于壁面局部参数. 并以多种对比算例验证了MFP准则的准确性和适用性.      

某火箭弹标准外形引信气动加热计算

为了评估弹体飞行中产生的气动热对弹头引信的影响,采用计算流体动力学(CFD)方法对某火箭弹标准外形引信体在飞行条件下的气动加热过程进行了数值计算与分析.计算中,将获得的某火箭弹实际弹道参数进行了分段线性拟合,得到了计算域入口处的速度、温度、压强与时间的函数关系;结合分析对象的特点,采用结构化网格、远场压力边界条件、k-ε模型,利用有限体积法、耦合求解法模式、二阶迎风格式进行求解,得出了某火箭弹标准外形引信在弹道中不同时刻的温度场变化规律.计算结果与遥测试验结果的比较表明:两者变化的趋势及量值大小相吻合,两者的最大误差为13.0%,满足工程应用要求.     

超空泡形态及其流动特性的数值模拟

对圆盘空化器分别采用CFD、"1/3法则"和空泡截面独立扩展原理三种不同方法数值模拟了水下航行体定常自然超空泡外形及其流动特性。应用CFD方法基于粘性多相流的空泡捕捉法,采用六面体网格,选择Singhal空化模型和SST湍流模式,数值求解均质超空泡流场RANS方程。研究表明:泡形态时变特性是一种行之有效的工程估算方法,应用空泡截面独立扩展原理其计算结果与CFD方法吻合较好,说明了CFD方法用于超空泡流动仿真计算的可行性和独立性原理快速估算超空泡形态的准确性;同时超空泡外形主要与头部空化器有关,空泡长度会由于航行体本身存在变长;可优先选择空泡截面独立扩展原理对水下航行体超空泡外形进行快速估算。     

大型水轮发电机推力轴承热弹流润滑性能分析

以巴氏合金瓦和弹性金属塑料瓦推力轴承为例,介绍了大型水轮发电机推力轴承热弹性流体动力润滑性能的有限元分析方法。物理模型包括润滑油膜、推力轴承和镜板推力头,采用ADINA（T）程序计算水口巴氏合金瓦和三峡弹性金属塑料瓦推力轴承和镜板推力头的热弹性变形,并对轴承性能的计算结果和测量结果进行了对比分析。结果表明,计算结果和实测结果吻合。     

抗滑桩设计推力计算方法研究

滑坡推力是抗滑桩设计推力的重要依据,工程中通常使用剩余推力法来计算滑坡推力。为了比较准确合理地计算出抗滑桩的设计推力,提出了在剩余推力法基础上的一种新的抗滑桩设计推力取值方法。分析极限平衡状态下和工程安全要求下各条块的剩余下滑力,选择合理的桩位,使得抗滑桩位于滑坡体的抗滑段;然后调整桩后滑体的剩余下滑力,其调整量一方面保证桩前桩后滑体满足工程安全要求,另一方面则作为抗滑桩设计推力的修正依据,其过程由程序实现。通过实例证明了该方法的合理性。同时对今后抗滑桩设计推力的合理取值提供了参考作用。     

动压推力轴承的边界元分析

本文利用Green第二公式,将Reynolds方程转化为沿边界的积分方程,并将非线性项作为自由项的一部分处理,采用常单元离散边界Γ,用迭代技术求出油膜压力分布,与有限差分法和有限元法比较,边界元法的结果更接近解析解.     

THRUST-AMPLITUDE CONTINUATION DESIGN APPROACH FOR SOLVING SPACECRAFT OPTIMAL CONTROLLED FLY-AROUND TRAJECTORY

针对航天器燃料最优可变周期绕飞轨迹的求解问题, 提出了一种以推力幅值为延拓参数的延拓方法. 问题求解从最为简单的双脉冲绕飞轨迹出发, 首先利用有限推力替代脉冲推力, 设定推力序列为“开— 关— 开”,然后逐步减小推力幅值, 最终得到最小推力绕飞轨迹; 此后, 再逐步增加推力幅值, 结合主矢量曲线判断最优推力开关序列, 将最小推力解延拓至有限推力以及脉冲推力燃料最优解. 该方法通过对推力幅值的延拓, 实现了有限推力bang-bang 控制与脉冲推力燃料最优绕飞轨迹优化问题的一并求解, 同时避免了最优控制问题中协态变量的随机猜测. 慢速与快速绕飞算例的优化结果验证了所提出方法的有效性.     

Study of the Aerodynamic Characteristics of Chevron Nozzles on the Basis of a Numerical Calculation of the Flowfield

The flow in a convergent nozzle equipped with chevrons and the flow around the chevrons are numerically simulated and studied on the basis of the numerical integration of the system of Reynolds equations closed by a differential model for the turbulent viscosity. From the calculated results, the flow pattern, the action of the chevrons on the flow, the circulation generated, and the values of the parameters characterizing the streamwise vorticity are determined. The results of calculations of the thrust and flow-rate characteristics of nozzles equipped with chevrons are presented. The data for chevron and conical nozzles are compared.__________Translated from Izvestiya Rossiiskoi Academii Nauk, Mekhanika Zhidkosti i Gaza, No. 2, 2005, pp. 76–88.Original Russian Text Copyright © 2005 by Brailko and Krasheninnikov.     

微推进器推力测试技术

对近年来微推进器(Microthruster)的推力测试技术和手段进行了较全面的综述，并对几种典型进行单脉冲冲量、平均推力等参数测量的推力测试系统和手段进行描述，分析各自的特点．文中对微推力测试过程中的细节进行了初步探讨、为未来微推进器推力测试和研究提供有益参考．     

Role of wing morphing in thrust generation

In this paper, we investigate the role of morphing on flight dynamics of two birds by simulating the flow over rigid and morphing wings that have the characteristics of two different birds, namely the Giant Petrel and Dove Prion. The simulation of a flapping rigid wing shows that the root of the wing should be placed at a specific angle of attack in order to generate enough lift to balance the weight of the bird. However, in this case the generated thrust is either very small, or even negative, depending on the wing shape. Further, results show that morphing of the wing enables a significant increase in the thrust and propulsive efficiency. This indicates that the birds actually utilize some sort of active wing twisting and bending to produce enough thrust. This study should facilitate better guidance for the design of flapping air vehicles.     

推力轴承热稳定性非线性分析及周期稳态解的全局特性研究

建立了考虑瞬态油膜压力影响的热稳定性分析模型 ,用求解系统周期解分岔的 PNF法对推力轴承系统的热稳定性进行了研究 ,结合 Poincare映射与胞映射法思想 ,提出了用于分析系统周期稳态解全局特性的数值计算 PCM方法 ,并对推力轴承热系统周期稳态解的全局特性进行了考察     

Self‐propulsion of oscillating wings in incompressible flow

In this paper, we show that the oscillatory motion of an airfoil (wing) in an ideal fluid can determine the apparition of thrust. In the framework of the linearized perturbation theory, the pressure jump over the oscillating wing is the solution of a two‐dimensional hypersingular integral equation. Using appropriate quadrature formulas, we discretize the oscillatory lifting surface integral equation in order to obtain the jump of the pressure across the surface. Integrating numerically, we obtain the drag coefficient. For some oscillatory motions, if the frequency of the oscillations surpasses a certain value, the drag coefficient becomes negative, i.e. there appears a propulsive force. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

运行过程中载荷突变时可倾瓦推力轴承瞬态热效应的实验研究

研究了可倾瓦推力轴承在名义转速分别为2000r/min和4000r/min下,当载荷突然变化时推力轴在油膜温度和油膜厚度的瞬态变化规律。实验结果表明：当载荷突然增大时,油膜温度以及进油边温度上升,油膜厚度减小;随着载荷变化幅度的增大,温度上升幅度也增大,油膜厚度进一步减小;在载荷变化相同的情况下,相同时间间隔内转速高时油膜温度增大幅度比转速低时要大,而油膜厚度减小幅度比低转速下小。