基于N-S方程的支撑机翼高亚声速气动外型设计

相对常规悬臂梁布局飞机，支撑机翼飞机允许有更大的展弦比、更薄的机翼及较小的后掠角，从而可以减小诱导阻力、波阻，并增加层流范围，是未来飞机的一个可供选择方案.文章基于N-S方程对高亚声速支撑机翼构型进行了气动外型设计，在巡航Mach数为0.7，设计升力系数为0.6的条件下，支撑机翼构型相对无支撑构型升阻比仅减小6.3%，而初始无支撑翼身组合体构型相较常规悬臂梁翼身组合体构型最大升阻比提高了约35%，设计结果表明支撑机翼构型是可明显提高飞行性能的未来高亚声速飞机的一种新型外型.文章也对支撑外型、位置参数及机翼内翼下翼面外型修型对支撑机翼构型的干扰影响进行了研究，研究结果表明:支撑上翼面外型、支撑弦长、相对厚度、展向位置、扭转角分布及机翼下翼面外型对支撑机翼构型气动影响较大.      

燃气透平叶栅端壁传热特性的数值研究

采用三维数值求解方法,对透平叶栅端壁区域的流动和传热特性进行了研究.利用试验数据考核了相应的数值方法,分析了网格数目和湍流模型对叶栅端壁附近流动传热特性计算的影响,比较了不同进口雷诺数和湍流度条件下端壁传热特性的变化。结果表明;马蹄涡和通道涡等二次流动直接影响端壁区传热,传热强度分布规律基本与当地流动的湍动能保持一致。湍流模型对端壁压力场的计算影响较小,但对端壁传热特性的求解的精度影响较大。采用v~3—f湍流模型能较好地预测端壁传热分布。来流雷诺数和湍流度的变化改变了端壁边界层厚度和涡系结构,使得端壁传热强度和梯度分布发生变化。     

先进双发民用飞机跨音速绕流数值模拟

采用求解椭圆型和抛物型偏微分方程的方法及多块风格技术，生成机翼／机身／短舱／挂架复杂组合体外形的贴体及与边界正交的计算网格。应用有限体积法高效求解欧拉方程，模拟先进双发民用飞机的跨音速绕流，并计入机翼边界的粘性效应，获得存在短舱、挂架干扰的翼身组合体气动特性，计算表明，短舱，挂架对超临界机翼的气动特性有显著的影响，计算与实验模型的机翼表面压力分布（测量值）符合良好。     

湍流模型在复杂流场数值模拟中的应用

采用4种湍流模型:代数Baldwin Lomax(B-L)模型、半方程Johnson King(J-K)模型的两个版本(J-K90A和J K92)以及两方程k-g模型,分别数值模拟了导弹超音速流动、NASATND-712标模和民机翼身组合体(两区C-O网格)跨音速流动.采用中心有限体积和多步Runge-Kutta方法数值积分三维可压缩雷诺平均Navier-Stokes(N-S)方程组.k-g湍流模型方程的求解采用类似于N-S方程组的方法进行.所有湍流模型均能很好地模拟附体及小分离流动;对于大攻角、分离剧烈的导弹流动,k-g和J-K92模型与实验吻合更好;B-L模型在模拟民机跨音速流动时,它所捕捉的激波位置较其余3种模型靠后.利用多块网格模拟民机翼身组合体流场时,k-g模型的模拟能力强于其余3种模型.     

DLR-F11高升力构型的数值模拟

基于国家数值风洞(NNW)风雷软件(PHengLEI),针对AIAA第二届高升力会议DLR-F11全机构型开展气动特性数值模拟,以评估软件对复杂高升力外形低速流动模拟能力。研究内容主要包括网格收敛性分析、雷诺数影响分析,以及缝翼滑轨和襟翼滑轨整流罩影响分析。通过与试验结果、其他参考值对比分析表明：对高升力外形,软件在线性段的计算结果具有较高可信度,在失速迎角附近的模拟结果也与参考值相当,在考虑滑轨和滑轨整流罩等复杂构型后,也能正确捕捉到关键分离流动特征。     

带副翼的翼身组合体绕流的Euler和N-S方程解

将对接分区网格与分区求解算法结合,有效地求解了带副翼偏转的翼身组合体绕流的N S方程.数值方法中选用VanLeer分裂格式离散无粘通量项,采用中心差分格式来离散粘性通量项.分区交界面采用了一种满足通量守恒的内边界耦合条件.数值算例表明该方法是求解带操纵面偏转的翼身组合体绕流的有效方法.     

带支撑装置的CRM-WBH模型流固耦合数值模拟

共同研究模型（common research model，CRM）机翼/机身/平尾组合体构型（CRM-WBH）是第4届AIAA阻力预测研讨会（Drag Prediction Workshop IV，DPW IV）选择的基准构型，DPW IV会议的统计分析结果显示计算结果与试验结果之间存在显著差异.采用CFD方法和流固耦合方法数值模拟了带支撑装置的CRM机翼/机身/平尾组合体模型（CRM-WBHS）的气动特性，主要目的是评估支撑装置和静气动弹性变形对CRM-WBH模型气动特性数值模拟结果的影响.通过与CRM-WBH模型CFD数值模拟结果和欧洲ETW风洞（European Transonic Wind Tunnel）测力、测压和模型变形测量结果的对比分析，表明模型支撑装置导致机翼上翼面激波位置前移，升力系数、阻力系数下降，俯仰力矩系数增加；静气动弹性变形主要影响机翼上表面激波位置和外翼处激波位置前负压，导致升力系数、阻力系数进一步下降，俯仰力矩系数进一步增加.CRM-WBHS模型的流固耦合数值模拟结果更加接近试验结果.      

类Apollo返回舱外形肩部热流的数值影响因素分析

预测类Apollo返回舱外形在高焓来流下的气动热特性,研究网格Reynolds数、壁面温度、多种化学反应模型以及限制器对预测热流的影响.采用ESI-CFD-FASTRAN软件作为数值模拟平台,使用基于温度梯度及分子扩散效应的热流模型;空间离散采用Roe-FDS格式,时间推进采用点隐式;采用等温壁面条件.数值计算表明:（1）热流在返回舱头部驻点处达到一个极值,沿着壁面热流不断下降,经过返回舱肩部热流有突越上升;（2）满足网格Reynolds数小于10的网格获得的热流较为准确;（3）使用Gupta模型计算得到的热流与Park85模型得到的类似,但是获得的热流分布类似;（4）采用湍流模型获得的头部肩部热流结果与层流结果相同;（5）二阶minmod限制器实现了高阶格式,其计算得到的热流结果在肩部略高,但是整体分布略低于不带限制器的格式.因此,在计算中采用满足网格Reynolds数壁面网格,采用带限制器的高阶格式计算获得的热流分布更加准确;由于头部热流主要贡献并非来源于湍流,因此对于肩部热流采用层流模型足够准确.      

一个高压比离心叶轮的CFD结果确认

本文采用NUMECA的FINE/Turbo软件包数值分析了一个高压比离心叶轮的三维定常粘性流场。选用二阶精度的中心格式和Spalart-Allmaras的一方程湍流模型。通过与现有实验结果(包括性能曲线、外环壁静压和截面马赫数分布等)的比较对计算结果就行了详细的确认,同时讨论了网格密度和间隙尺度、以及不同的数据处理方法对计算结果确认的影响。     

钝前缘梯形翼高超声速风洞颤振试验

为了研究钝前缘翼面的高超声速颤振特性,获得典型翼面高超声速颤振参数以校验非定常气动力和CFD计算,采用具有简单结构动力学特性的钝前缘梯形翼模型,在中国航天空气动力技术研究院FD-07高超声速风洞进行了高超声速风洞颤振试验研究.模型为9 mm厚钝前缘梯形平板翼,采用夹层设计:中间层为钢板,提供模型主要刚度和质量特性;两侧为泡沫,起维形作用.试验模型采用悬臂支撑安装于风洞试验段,试验Mach数分别为4.95和5.95.试验固定Mach数,通过缓慢增加动压以使模型达到颤振临界点,采用小波时频谱分析时域响应,结果显示试验模型发生了弯扭耦合经典颤振.试验采用直接观测法获得了颤振动压、颤振频率和对应的试验密度、总温等颤振相关参数.采用壳单元建立了结构有限元模型,并采用统一升力面理论对模型进行了颤振计算分析,研究了气流密度、结构阻尼、Mach数对颤振计算的影响,并对试验结果与理论计算的偏差进行了讨论.分析认为,计算气流密度、计算结构阻尼、结构建模偏差、试验结果散布特性等因素均会构成计算值和试验值之间的偏差,但即便在计算中考虑上述因素,计算结果与试验值仍存在较大偏差.      

沟槽壁面减阻机理实验研究

利用IFA300型热线风速仪,测量了光滑壁面和沟槽减阻壁面湍流边界层内的瞬时速度,利用自行设计的阻力天平仪测量了壁面摩擦力。得到了边界层无量纲速度分布和平均湍动能分布。对测得的脉动速度信号,利用离散正交小波变换按时间和尺度分解,得到各尺度分量的湍动能,并且发现其分布在湍流惯性区具有极大值。分析表明,当沟槽有减阻效果时,边界层内的平均湍动能减小,湍流惯性区各分量的湍动能极大值亦减小。     

确定分布的展向Lorentz力调制下的槽道湍流涡结构

采用直接数值模拟方法,对槽道湍流中确定分布的Lorentz力的流动控制与减阻问题进行研究.讨论了Lorentz力作用于槽道湍流后,流场的特性和涡结构的特性,并对此类Lorentz力对槽道湍流的控制与减阻机理进行了讨论.研究发现:1)Lorentz力诱导的层流流场壁面附近存在梯度极大的展向速度剪切层,该剪切层容易形成流向涡结构;2)在给定合适参数的确定分布的Lorentz力作用下,湍流流场仅剩周期分布的准流向涡;3)与未控制流场相比,控制后的流场中,准流向涡的抬升高度大大降低,从而减小猝发强度,使壁面阻力下降.     

槽道湍流的展向振荡电磁力壁面减阻

采用直接数值模拟方法,对槽道湍流的展向振荡电磁力的减阻效果和减阻机理进行了研究,讨论了电磁力强度和振荡频率对湍流猝发事件以及壁面减阻率的影响.结果表明,电磁力强度或振荡频率变化时,湍流猝发频率和猝发强度的变化趋势是相反的,所以存在最优参数使得减阻效果最好.等价壁面展向速度可以很好地描述电磁力强度和振荡频率的变化对减阻效果的综合效应。     

微结构超疏水表面减阻特性数值研究

通过湍流状态下超疏水表面的数值模拟,研究超疏水表面湍流流动的速度和剪应力分布,分析其与减阻的内在关系,初步总结出微观结构与减阻率之间的基本规律.数值模拟采用非定常雷诺平均模型,气液两相流则采用VOF模型.结果表明:超疏水表面存在滑移流动和周期分布的剪应力,其不仅可以实现减阻也有可能导致增阻;微结构尺寸对减阻率有显著影响,为了尽可能增大减阻率,矩形微结构的深宽比应大于3:2,且凹槽间距应尽可能小,凹槽宽度应小于200微米.     

纤维悬浮湍流的方程和解及其在管流中的应用

推导了纤维悬浮流的平均运动方程和纤维平均取向角的概率密度函数方程，提出了计算纤维平均取向角分布和悬浮流平均量与脉动量关联函数的逐级迭代方法。将推导的方程和提出的方法用于纤维悬浮管流场的计算并进行了相应的实验，计算和实验结果吻合很好。研究结果表明，在相同的压力降下，与没有纤维的牛顿流相比，纤维悬浮流具有较大的流量，因而纤维在流场中起着减阻的作用，减阻的量随着纤维浓度的增加而增大。在相同情况下，纤维悬浮流的相对湍流强度和雷诺应力比牛顿流小，这说明纤维能够抑制湍流，抑制的量与纤维的质量浓度成正比。     

高风速下海洋飞沫水滴对拖曳系数的影响

海面飞沫水滴改变着海气动量通量的分布, 从而在相当程度上影响着海面拖曳系数. 为了能够精确估计海面飞沫水滴对海面拖曳系数的影响, 推导出新的依赖于风速和海浪状态的海洋飞沫生成函数, 将该飞沫生成函数用在改进的飞沫动量通量计算公式中进行飞沫动量通量的计算, 发现本文提出的飞沫动量通量计算公式对海浪状态具有较强的敏感性, 能够清晰地表达海浪状态对飞沫动量通量的影响. 海面总动量通量包含飞沫动量通量和海气界面动量通量, 基于此理论, 得到高风速下受飞沫水滴影响的海面拖曳系数关系式, 从关系式的理论值可知, 在高风速下, 海面拖曳系数开始衰减, 说明高风速下海面飞沫水滴能够抑制拖曳系数值的增加. 将理论结果与实验室和外海测量值进行对比, 发现海面拖曳系数的理论值变化范围覆盖了测量值, 同时将该海面拖曳系数代入海浪模式进行台风浪模拟, 发现海浪模式能够较好地模拟出有效波高, 说明本文提出的新的海面拖曳系数公式能够合理地用在高风速条件下.     

Modélisation de la décharge luminescente dans un écoulement de gaz en régime turbulent

In this paper we propose a model of a glow discharge in a turbulent flow. The electron density is calculated using a conservation equation. We assume that the gas glow acts on the electron density and the Shwartz model is used to model the change of diffusivity due to turbulence. In order to show the effects of the turbulence on the electron density, we use a 1D model of a stable electric discharge in to a turbulent flow. The model shows that the increase in turbulent diffusivity at high Reynolds numbers tends to flatten the electron density profiles. Theoretical results are in good agreement with the reported measures. Next, the model was applied to a 2D argon axisymmetric turbulent compressible steady flow. This study shows that when plasma oscillations and turbulence fluctuations of the neutral gas are correlated the temperature profile flattens. Finally, we study electronic distribution into a 3D plasma column in a dissymmetrical flow.     

Experimental study of the effect of drag reducing agent on heat transfer and pressure drop characteristics

The effect of the addition of polymeric drag reducing agent on water flow heat transfer and pressure drop was studied experimentally. Polyacrylamide (PAM) aqueous solutions at different concentrations (up to 100 ppm) at fully developed turbulent flow were used in a double tube heat exchanger. In contrast to previous studies, drag reduction due to using PAM was negligible. The addition of PAM, even at low concentrations, caused significant reduction in heat transfer. Results showed that increasing PAM concentration lowered the amount of heat transfer. Maximum heat transfer reduction of 25% occurred at the concentration of 100 ppm for PAM aqueous solution.     

基于蚯蚓背孔射流的仿生射流表面减阻性能研究

为了减小流体对固体壁面的阻力, 基于蚯蚓生物学特征, 对蚯蚓背孔射流特性进行分析, 建立仿蚯蚓背孔射流的仿生射流表面计算模型, 采用SST k-ω 湍流模型对仿生射流表面的减阻特性进行数值模拟, 同时对数值模拟结果进行实验验证, 并以此研究了仿蚯蚓背孔射流表面的减阻机理.结果表明, 在一定条件下, 仿蚯蚓背孔射流的仿生射流表面具有较好的减阻效果; 在同一射流方向角下, 随着射流速度的增加, 减阻率逐渐增大; 在同一射流速度下, 随着射流方向角的增加, 减阻率呈先减小后增大的变化趋势; 数值模拟与实验均在射流速度为1 m·s^-1、射流方向角为-30°时达到最大, 分别为8.69%, 7.86%; 射流表面改变了原有光滑壁面的边界层结构, 对壁面边界层进行了有效的控制, 减小了壁面的剪应力, 降低了壁面边界层的速度.     

Effects of electrode and filter element shapes on characteristics of charge injection type of electrostatic oil filter

This paper reports on an improvement of the filtration speed of charge injection type of electrostatic oil filter. Numerical simulations of the ion drag flow field and electric field are performed to compare the charge density distribution, ion drag flow pattern, and electric field strength distribution for different electrode and filter element shapes. Filtration experiments are conducted and the experimental results are discussed in relation to the simulation results. It is shown that the numerical simulations used in this study can contribute in predicting a better structure for electrostatic oil filters.