边界层人工转捩的大涡模拟及壁面脉动压力研究

为了验证边界层人工转捩技术实现船模边界层壁面脉动压力载荷相似的可行性,采用大涡模拟以及功率谱估计获得平板湍流边界层壁面脉动压力功率谱,并与试验值、半经验模型值进行了对比,验证了数值模拟的可靠性。采用大涡模拟获得了绊线上下游壁面脉动压力的均方值、自功率谱和波数频率谱;以脉动压力均方值、自功率谱特征为判据,对比了方形、锯齿形绊线的转捩效果。结果表明:绊线高度雷诺数大于吉宾斯雷诺数;两种绊线均可实现边界层转捩,且壁面脉动压力的功率谱特征、谱级相近;与同流速平板湍流边界层相比,即使在当地雷诺数较低时,绊线下游边界层壁面脉动压力自功率谱平台区仍然高出10 dB左右。设计的绊线可用于减弱船模边界层壁面脉动压力的尺度效应,并有助于实现壁面脉动压力载荷相似。     

二维翼大迎角绕流湍流模型及涡控制的数值研究

通过数值求解雷诺平均Ｎ－Ｓ方程,研究了二维翼型的大迎角粘性绕流,并分析了翼型的近场旋涡分离流动特性。基于流动机理分析,中进一步开展了二维非定常“质量引射”的数值分析,旨在对流场进行控制,探讨提高翼型升力的有效途径。同时还比较了两种典型湍流模型（ＢＬ模型和ＪＫ模型）对这类复杂流动计算结果的影响。     

脉动流对壁面边界层流动的数值研究

为了研究非稳态尾迹对平板表面流动和换热的影响,本文将非稳态尾迹引起的主流速度脉动简化为正弦变化,通过数值的方法研究了脉动频率和振幅对平板壁面边界层流动和换热的影响,研究结果表明:边界层内的速度、壁面温度、壁面摩擦系数和平均换热系数随着时间的变化做周期性脉动;边界层内流动与主流之间存在着相位差,壁面距离越小,相位差越大;边界层内的速度和壁面摩擦系数脉动幅度的大小与主流脉动频率和振幅成正比;壁面温度和壁面平均换热系数的波动大小与主流脉动频率成反比,与脉动振幅成正比,当主流脉动频率和脉动振幅增加到一定值后,靠近壁面的地方出现回流,回流强度与脉动频率和振幅成正比。     

汽车外部流场和脉动压力模拟计算

为了解车辆在高速行驶时产生的气流噪声的规律,分析了产生气流噪声的机理,采用大涡模拟方法计算了某轿车模型的瞬态外流场和表面脉动压力,得到了表面脉动压力频谱特性、速度特性和分布特点.计算结果表明,汽车A 立柱后气流明显折转,在侧窗处产生气流分离区,分离区的漩涡不断生成和脱落,在侧窗玻璃上产生了压力波动,即形成了声学噪声源--脉动压力.车辆表面脉动压力在低频区较大,并随频率的增加而减小,在高频区较小,约与风速的4次方成正比,即风速每增加1倍,脉动压力级增加12 dB左右,计算结果与试验结果基本一致.     

喷水推进泵压力脉动特性数值计算及分析

针对喷水推进器装船后不均匀来流对压力脉动特性的影响,以某巡逻艇喷水推进混流泵为研究对象,基于RANS方程和SST湍流模型,通过流体动力学软件CFX稳态计算,进行了巡逻艇航速数值预报,所得计算值与试航值误差为1.8%,从而验证了计算流体动力数值计算的可信性。采用分离涡模拟方法,对敞水泵和装船泵进行了三维非定常数值模拟,计算分析了叶轮进出口、叶轮内部、导叶内部及喷口5个截面和叶轮叶顶间隙处的压力脉动,并对不均匀来流带来的差别进行了研究。结果表明:在敞水泵和船后泵的叶轮出口、导叶内部,水流距叶轮越远,压力脉动影响越小,压力脉动频率取决于叶轮转动频率,压力脉动幅值沿轮毂到轮缘逐渐增大,船后泵压力脉动幅值整体高于敞水泵;对于均匀来流,敞水泵旋转域叶轮室的压力脉动频率主要受导叶的影响,船后泵则受轴频的影响,二者压力脉动幅值在叶顶间隙处均从叶顶沿导边到随边逐渐增大;对于敞水泵,流道出口压力脉动频率主要受叶频控制,对于船后泵,压力脉动频率为轴频。     

正弦脉动激励对气膜冷却特性的影响

为了探究正弦脉动激励对气膜冷却特性的影响,采用大涡模拟方法,针对具有正弦脉动特征的气膜冷却射流与平板主流的相干机制展开研究,在平均吹风比为0.5和1.5的条件下重点研究脉动频率和幅值对气膜冷却流动传热的影响。研究结果表明：在高吹风比工况下,冷气脉动有助于提高气膜冷却性能,而在低吹风比工况下,作用效果完全相反;增大脉动幅值强化了肾形涡对的卷吸作用,而脉动频率变化的影响则不明显;在正弦脉动下,没有出现方波脉动那样大尺度的起动涡结构;与连续性射流相比,脉动射流可以显著提升气膜孔下游的湍流动能,但随着流向距离增加,脉动射流的影响变弱;功率谱密度分析结果表明,冷气脉动对小尺度涡旋能量的影响较明显。     

振荡流底边界层运动的数值研究

将大涡模拟法简化为二维形式,利用SGS格子涡模型封闭二维Navier-Stokes方程水流运动方程组,得到平底振荡流动边界层立面二维水流数值模拟,控制方程采用SMAC法求解,计算结果与水槽实验的实测资料比较较表明,该模型能够模拟振荡流边界流动特性,并进一步讨论了振荡流边界的紊动特性沿垂线分布和随相位变化的情况。     

脉动流条件下圆柱绕流特性研究

该文数值研究了脉动流条件下圆柱绕流场特性,对涡量分布、升阻力系数、升力系数频谱特性等进行了分析。结果表明,脉动流作用会使圆柱尾涡剪切层变薄,提高脉动频率使尾涡长度变短、脱离加快,提高无量纲脉动振幅使主导涡的脱落速度降低,使旋涡生成区域更靠近圆柱表面;脉动频率与无量纲脉动振幅的增大使升、阻力系数的振幅均增大,而且与升力系数相比,阻力系数的振幅更大,变化更快;升力系数频谱图存在多个主频,包括旋涡脱落频率和相位叠加频率,其中旋涡脱落频率的振幅随着脉动频率的增加而减小,随着无量纲脉动振幅的增加而增加。     

复杂泵体压力脉动特性的数值模拟

为了揭示复杂泵体水力的不稳定性,以减压塔底泵为例,利用计算流体动力学（CFD）对泵内部非定常流场进行数值模拟计算.根据得到的蜗壳内压力脉动情况,对其时域和频域进行分析.结果表明：各工况下压力脉动频率均以叶片通过频率为主,且次级蜗壳内的压力脉动比首级要明显;蜗壳内压力脉动最大值出现在隔舌附近,且沿蜗壳流道螺旋线方向压力脉动幅值依次减小;设计工况下蜗壳内压力脉动强度小于非设计工况下的,次级蜗壳隔舌处小流量工况下压力脉动幅值约为设计流量时的2.63倍.     

翼面几何不规则性对压力分布影响的数值模拟研究

通过求解二维雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS)及SST k-ω二方程湍流模型,数值模拟表面存在几何不规则的突起物或凹坑的翼型绕流。分析对比了不同位置处多种类型的突起物和凹坑在不同的高度下对翼型压力分布、激波位置的影响。对翼型测压实验中所出现的压力跳动给出了一种解释,有助于指导风洞实验,提高实验精度,并对实验数据进行合理的修正。     

船舶艏侧推器脉动压力数值计算

以艏侧推桨为研究对象,采用有限体积法,通过求解非定常RANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes)方程对槽道流场进行了数值模拟得到槽道壁的脉动压力,为结构减振优化设计提供初始数据输入.数值模拟得到的脉动压力与试验结果吻合良好,压力脉动集中在桨叶梢附近小块区域.通过对比不同来流方向的脉动压力,发现船舶正前方和正后方来流时,压力脉动值分别出现极小值和极大值,压力脉动情况与流场复杂性相关,水流越顺畅,压力脉动值越小,反之亦然.数值模拟得到的槽道内及螺旋桨叶片上完整的压力云图可为结构优化设计提供重要参考数据,具有工程实用价值.     

面流、戽流的床面压力脉动特性

本文介绍了作者关于面流、戽流床面压力脉动特性试验研究的主要成果。通过对260个点脉动压力数据的分析证明,将面流与戽流床面压力脉动数据视为正态分布是符合实际的。本文还给出了半极差系数K值的取值范围,并讨论了脉动压力系数Cp′沿床面的分布规律以及各主要流态下床面脉动压力的频谱特性。试验结果表明,流态对半极差系数K的取值、脉动压力系数沿床面分布规律以及脉动压力的频谱特性均有显著的影响。     

S形翼型性能的研究

本文首次把S形翼型作为研究对象进行理论计算和试验研究。在理论方面,提出了一种计及粘性影响的S形翼型绕流流场的计算方法;在试验方面,利用水洞对S形翼型的绕流流场进行了实测。计算结果与试验结果吻合。     

表面等离激元强弱耦合的频域和时域研究

从频域和时域两个维度研究表面等离激元耦合系统在强耦合与弱耦合区域的特性, 在理论上研究给定参数的表面等离激元耦合系统的本征频率、损耗以及亮暗模式随耦合强度的演化。在频域上对门结构在强耦合区域的杂化模式特征、散射光谱特性、偶极子与四极子模式的劈裂情况进行数值计算; 在时域上, 由于激发出两个不同频率的杂化模式叠加形成拍频, 利用拍频信号周期可以精确地给出杂化模式的频率, 得到散射光谱对应的频率不是精确的模式频率的结论。通过扫描耦合距离观察模式演化, 找到奇异点所处区域, 通过系统的频域响应拟合, 确定奇异点的位置。在弱耦合区域, 时域计算给出亮暗模式分别按自身衰减速率衰减的预期结果。     

基于 DCT 变换的频域视频水印在空域中实现的性能分析

数字水印技术是数字媒体版权保护和管理的主要方法。在广播电视领域,视频水印需处理的数据量大,对嵌入算法的时间复杂度限制较大,同时对视频质量要求也较高。数字水印技术主要分为空域和变换域两种。空域算法时间复杂度低,但鲁棒性不好;而变换域算法鲁棒性较好,但时间复杂度高。因此,在广播电视视频水印中,需要鲁棒性好且时间复杂度低的水印嵌入算法。这样,用空域的方法实现数字视频的变换域水印,就成为一个首选的方法。但是,目前我们尚不知道该方法的性能。本文基于DCT变换的频域水印算法,首先介绍了频域水印的空域实现的原理,然后,基于两个典型的频域水印算法,通过800幅图片的实验,测试了该算法的空域实现的时间复杂度和PSNR。实验结果表明,频域视频水印的空域实现,具有很好的性能。     

基于LES方法仿生翼型气动特性数值模拟

采用大涡模拟方法,研究在翼型不同位置添加脊状结构对翼型流场及气动性能的影响,讨论了添加脊状结构后翼型流场的流动特性和涡结构特性。研究发现：1)在α=6°攻角条件下,无论riblet-Q翼型模型或riblet-H翼型模型均可改善边界层分离情况,但riblet- H翼型模型表现出更好的控制效果。2）后段布置脊状结构能够有效推迟翼型边界层分离点,抑制边界层大涡形成,控制分离涡的发展和脱落。3）riblet-H翼型模型使翼型的升力系数增大,同时也使其阻力系数降低,升阻比较原翼型有了较大提高。     

非正弦振型对沉浮翼型推力产生的影响

对二维沉浮振荡NACA0012翼型周围流场进行了数值模拟,通过改变非正弦参数K实现了不同的非正弦振型,由此分析了非正弦振型对推力产生的影响。结果表明:非正弦振型主要通过影响瞬时推力系数、最大推力系数和流场结构来影响沉浮翼型推力的产生;较正弦沉浮振动,K大于0时对应的振型可以增加平均推力系数,在一定沉浮频率和幅度下,平均推力系数随K的增加而增大,推进效率随K的增加而降低;振型对流场涡结构有明显的影响,随着K增大,翼型尾缘产生更强的反卡门涡街,从而引起推力系数增大,但K增大会使前缘分离更加严重,导致推进效率降低。     

250MPa共轨系统的压力波动特性及燃油物性参数试验研究

对喷射压力达到250 MPa的超高压共轨燃油系统进行试验研究,得到不同压力与温度条件下高压油管内的压力波动特性.利用喷油器端与共轨管端压力波动的对比计算得出压力波传播速度、燃油与高压油管的总体积弹性模量,并得到了喷射压力在180～250 MPa范围内,燃油温度在20～40℃范围内压力波传播速度和总体积弹性模量的计算公式.