涡发生器对高超声速轴对称进气道外部流动的影响

采用三维CFD黏性模拟考察涡发生器对高超声速轴对称进气道外部流动的影响.针对前缘钝化半径0.8 mm和3.2 mm的轴对称进气道外部流场,以涡发生器高度与当地位移边界层厚度比值为影响参数,考察流场结构与性能参数的影响规律.结果表明,涡发生器产生的干扰波系使得前缘激波向外偏移,下游近壁面流动与主流区出现明显的交换,下游流动出现明显的展向非均匀性.涡发生器对流动的影响沿流向逐渐减弱.在气流压缩性能方面,涡发生器下游压比、动压比沿流向开始增大,随后逐渐恢复到无涡发生器工况;Mach数、总压恢复系数开始降低,随后逐渐向无涡发生器工况趋近.涡发生器高度与当地位移边界层厚度的比值h可作为衡量其影响的重要参数.当h≤1.5时,进气道流场结构、性能参数的变化几乎可忽略,h≤3.0时进气道入口处性能参数几乎能够恢复到无涡发生器工况.      

几何参数对涡发生器流动传热特性影响研究

本文首先对"common flow down"(A形式)和"common flow up"(B形式)两种形式纵向涡发生器的流动换热性能进行了计算比较,发现B形式纵向涡发生器Nu数比A形式纵向涡发生器在计算范围内平均增大2.8%,而f因子却平均减少9.1%,这表明B形式纵向涡发生器是一种性能更加优异的强化传热表面方式;考察了B形式纵向涡发生器的几何参数对流动换热性能的影响,结果表明B形式纵向涡发生器空气侧Nu数与f因子随着攻角减小、高度h_(VG)增大、x_(VG)减小、y_(VG)减小而增大,而随着长度l_(VG)的增大Nu数先增大后减小,同样f因子随着长度l_(VG)的增大也先增大后减小。     

翼型绕流的洛伦兹力控制机理

在翼型上翼面壁面附近流场中形成的流向洛伦兹力,可提升翼型的升力减小阻力,然而制约其推广应用的主要瓶颈是极为低下的控制效率,为提高洛伦兹力的控制效率,需研究其控制机理.以翼型绕流的洛伦兹力控制为例,利用双时间步Roe格式及水槽对其进行数值及实验研究.结果表明:洛伦兹力的控制效果随着来流速度的增加而下降,升力增幅和阻力减幅与来流速度大小呈反比关系,但升力增加和阻力减小的规律不变,都是升力先急剧增加随后缓慢增加,而阻力先急剧减小然后再缓慢增加,基本原因为升力和阻力先受洛伦兹力推力的影响而分别增加和减小,随后洛伦兹力作用增加翼面壁面摩擦力,导致升力减小和阻力增加,流向洛伦兹力还导致翼型壁面压力下降,增加翼型升力和压差阻力;壁面摩擦力导致的升力降幅比壁面压力变化导致的升力增幅小,壁面压力变化起主导作用;洛伦兹力推力对阻力的降幅比压差阻力的增幅大,洛伦兹力推力起主导作用,因此阻力减小.     

神经网络对于翼型绕流流场的重构

本文试图通过神经网络重构二维低雷诺数翼型绕流非定常流场.首先通过局部径向基函数(LRBF)求解器求解不可压缩流动控制方程得到计算域内流场信息,然后随机选取一些时空域内的数据点(包含位置信息和速度信息)作为训练数据代入神经网络进行训练.先学习训练得到流动的雷诺数后进行流场的重构,并与LRBF求解器得到的数值结果进行对比....     

翼型绕流电磁控制的实验和数值研究

分布在弱电介质溶液中的电磁力(Lorentz力),可以有效地控制边界层的流动.利用以转动水槽为主的实验系统和基于双时间步Roe格式的数值方法,对翼型绕流的电磁控制进行了实验和数值研究.结果表明,对于一定攻角的翼型,电磁力可以控制其绕流形态.当电磁力方向与流动方向相同时,可以抑制分离,消除涡街,其效果与减小攻角类似.当电磁力的方向与流动方向相反时,可在流场中形成大涡组成的涡街,增强流体的混合能力,其效果与增大攻角类似. 关键词： 电磁力 翼型绕流 流体控制     

翼型绕流电磁控制的实验和数值研究

分布在弱电介质溶液中的电磁力(Lorentz力)，可以有效地控制边界层的流动.利用以转动水槽为主的实验系统和基于双时间步Roe格式的数值方法，对翼型绕流的电磁控制进行了实验和数值研究.结果表明，对于一定攻角的翼型，电磁力可以控制其绕流形态.当电磁力方向与流动方向相同时，可以抑制分离，消除涡街，其效果与减小攻角类似.当电磁力的方向与流动方向相反时，可在流场中形成大涡组成的涡街，增强流体的混合能力，其效果与增大攻角类似.     

二维翼型跨音速绕流的数值模拟

本文结合高精度TVD格式的数值通量和时间进展多步法给出了一种求解定常流问题的数值方法。同时给出一些特殊处理来加快数值解的收敛速度。本文用以上方法计算了翼型跨音速绕流问题,结果表明此方法具有分辨率高,收敛速度较快之性质。     

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。     

绕翼型加速流动的数值模拟-加速度的影响

对绕30°攻角NACA 0015翼型的不可压缩加速流动进行了二维数值模拟,采用有限体积法计算了水道中4种不同加速度下绕翼型的非定常流动,最终稳定的流速都为100 mm/s,对应雷诺数为8000.给出了详细的瞬态流动结构、升力系数以及流动的演化过程,重点分析了加速度对流动结构的影响.计算结果表明启动过程和完成启动后的绕翼型流动结构复杂,其流动分离现象也明显区别于稳态过程自生和自维持的分离流动,具有明显的瞬态效应,并且启动加速度大小对流动结构和发展、漩涡强度等都有直接影响.     

低Reynolds数翼型绕流主动控制技术

在低Reynolds数条件下,翼型绕流的上表面边界层由于抗逆压梯度能力变差容易发生流动分离,从而形成长层流分离泡.分离泡通常是非定常的,会诱发边界层的转捩、再附并形成湍流边界层.这个过程会使翼型的气动性能急剧下降,并伴随着强非线性效应.转捩后形成的湍流边界层也会产生高摩擦阻力.针对这种现象,文章以NACA0012翼型为例,通过隐式大涡模拟研究了有效的主动控制方案.为了统一分离控制技术和湍流边界层减阻技术,研究了在平板或槽道湍流中取得较好控制效果的壁面垂向反向控制方案.首先利用隐式大涡模拟研究了低Reynolds数条件下NACA0012翼型绕流的流场特征.其次分析并验证了反向控制方案在分离区控制流场的可行性,发现反向控制在分离区的作用相当于基于流场信息的壁面抽吸控制,且控制具有实时性和高效性,控制抽吸了前缘的低能流体,使得翼型前缘附面层变薄,并增强了其抗逆压梯度的能力,较大程度提高了翼型的气动性能.最后在湍流边界层验证了其减阻控制效果,发现反向控制阻断了流向涡的法向输运,抑制了涡结构的发展,并减弱了猝发过程,使得湍流的高摩阻力得到了有效降低.      

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。     

电磁力控制湍流边界层分离圆柱绕流场特性数值分析

在亚临界区高雷诺数Re=1.4×105下,采用脱体涡模拟结合湍流分离的方法对弱电解质中电磁力作用下湍流边界层分离圆柱绕流场及其升(阻)力特性进行了数值模拟和分析.结果表明,电磁力可以提高圆柱体湍流边界层内的流体动能,延缓圆柱体湍流边界层的流动分离,减弱圆柱体湍流绕流场中在流向和展向上大尺度漩涡的强度,减小圆柱体阻力时均值及其升力脉动幅值.当电磁力作用参数大于某个临界值后,湍流边界层流动分离消失,在圆柱体尾部产生射流现象,从而电磁力对圆柱体产生净推力作用,出现负阻力现象,而且升力脉动幅值接近于零,出现圆柱体升力消失现象.     

方柱绕流大涡模拟

采用有限体/有限元混合格式、非结构网格和大涡模拟方法求解可压缩的N-S方程,对Re=22 000的方柱绕流进行数值模拟,并对不同的边界条件进行详细的分析比较.通过对以往研究经验的总结和利用精细的边界条件,使得采用二阶精度的数值格式和较稀疏的网格仍然得到了令人满意的计算结果,甚至优于以往采用密网格的模拟结果.     

纵向涡发生器强化传热的研究历程及进展

首先简要回顾了纵向涡发生器的发展历程,对前人进行的关于纵向涡发生器的实验研究和数值分析进行了归纳分析,并运用场协同原理对纵向涡强化换热的机理进行了初步分析。最终得出结论,对以后纵向涡发生器的发展和研究给出具体意见,认为系统地了解纵向涡发生器各种各样的几何参数对换热和压降的影响,对于将纵向涡发生器成功地用于紧凑式换热器是非常重要的。     

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。     

基于扩散速度方法粘性流场的离散涡数值模拟

基于扩散速度方法粘性流场的离散涡数值模拟吴文权，李春，卜千里（上海机械学院上海２０００９３）关键词：扩散速度模型，粘性流场，离散涡方法。ＮＵＭＥＲＩＣＡＬＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮＯＦＶＩＳＣＯＵＳＦＬＯＷＦＩＥＬＤＳＵＳＩＮＧＤＩＦＦＵＳＩＯＮＶＥＬＯＣ...     

振荡射流提高翼型升力的机理研究

本文数值模拟了施加振荡射流以及相应定常吸气条件下的翼型分离流动。对振荡射流改善翼型升力的机理进行了研究。结果表明,翼型表面施加的振荡射流能够控制流动分离的形态,提高分离区流体的湍流度,增强分离区内部流体,以及与主流的动量和能量交换,增强近壁区流体的动能,降低翼型吸力面压力,而对压力面无显著影响,因而翼型的升力得到提高。     

窄间隙矩形通道内纵向涡发生器间距的数值优化

强化换热在很多领域都有十分重要的应用,引起了人们的广泛关注.在换热表面上周期性地安装纵向涡发生器可以使流动区域产生纵向涡从而能够增强换热,本文采用CFX10.0对一侧安装纵向涡发生器的窄间隙矩形通道进行数值模拟,分析了在不同的Re数下,纵向涡发生器的间距对三维稳态流动和传热性能的影响,通过对综合换热因子j/f以及 出口温度和进出口压降的分析,获得安装间距的优化结果X=30～45.     

风洞模拟等离子体绕流场回波频谱调制特性实验研究

目标以极高速度在大气层内运动时,周围会因剧烈摩擦产生等离子体绕流场.等离子体绕流场运动速度分布不均匀,而且绕流场电子密度随时间动态变化,导致等离子体绕流场对入射其中的电磁波产生不均匀的频率调制,进而影响雷达的探测性能.为了复现等离子体绕流场在电磁波照射时产生的不均匀频谱调制现象,本文在中国科学院力学研究所JF-10风洞开展了等离子体绕流场回波频谱测量实验,通过信号源、环形器、天线和频谱仪组成的测量系统,以点频发射体制,获取了S和C波段的回波频谱数据,观察到了等离子体绕流场对目标回波频谱的调制现象,对测量现象的形成原因进行了讨论;基于测量数据,仿真分析了等离子体绕流场对目标一维距离像的散焦效应.     

振荡射流改善翼型气动性能的实验研究

本文针对采用振荡射流控制流动分离改善大攻角下翼型气动特性的问题,在NACA0015翼型上进行了多种工况的风洞实验。结果表明:在失速攻角附近,振荡射流抑制流动分离提高翼型升力系数的作用十分明显,可将翼型失速攻角推迟2°左右。存在最佳的振荡射流频率段、射流动量范围和射流位置,使得翼型性能的改善最大。实验还得到了振荡射流的频率、动量和施加位置等参数对翼型气动性能的影响规律。