使用叠栅层析技术测量超音速风洞中的非对称复杂密度场

使用叠栅层析技术解决超音速风洞中复杂密度场的测量难题。应用高灵敏度叠栅偏折仪和间隔角度旋转模型的方法获取超音速风洞中流场的多方向叠栅条纹图。层析计算中使用一种新的偏折角修正迭代的叠栅层析算法,该方法可以实现对有限角采样和包含遮挡物的非完全数据重建,迭代过程中结合内边界平滑滤波提高重建精度。实验中获取了马赫数为2.52的超音速风洞中9幅不同采样角的条纹图,经过50次迭代计算后重建出膨胀波区非对称密度场的截面分布,并对测量结果和误差进行了分析和讨论。使用计算流体力学技术对该密度场进行建模和计算,验证了叠栅层析重建结果的正确性,证实了该技术在测量复杂流场领域的重要价值。     

干气密封旋转流场的宏观特性与介观速度场的逻辑关系研究

旋转流场中的流体流动比较复杂,特别是在高转速、微尺度工况时,流场中的流体流态及其判断方法缺乏完备的理论模型. 选择干气密封作为高速旋转流场的研究对象,以开启力和泄漏量作为宏观特性表征指标参数,选择剪切(周向)、径向及轴向速度分量对速度流场进行介观表述,通过Fluent软件仿真计算大跨距转速(低转速至超高转速)时的宏观、介观指标参数,研究密封性能指标参数与速度场间的内在逻辑关系. 结果表明:低速旋转流场中的轴向速度分量较小,可忽略不计,转速升高会促使轴向速度分量持续增大,当转速持续增大并超过某一临界值时,轴向速度分量会出现迅速升高的情形;轴向速度分量的变化情形与微尺度流场(开启力和泄漏量)波动密切相关,是影响旋转流场流态的关键性指标参数,也是引起宏观流场特性变化的主要因素;径向速度分量的变化情形与微尺度流场泄漏量的变化规律基本一致,随着转速的增大,泄漏量的宏观性能反馈要早于开启力波动的出现. 基于以上研究,同时根据管道雷诺数、流量因子判定模型及流体力学基本理论,尝试提出了基于三维速度分量的针对旋转流场流态的椭球判定模型.      

压气机悬臂静叶流场非定常数值模拟

以现代高压压气机一排悬臂静叶与一排转叶组成的典型级为研究对象,采用非定常数值模拟方法,分析了非定常与定常数值模拟计算得出的级特性线以及峰值效率点气动参数在展向分布的差异,并对悬臂静叶内部流场结构进行了详细分析,结果表明:当悬臂静叶的轮毂设计间隙为2.5%叶高时,非定常计算的综合喘振裕度比定常大5.85%;在峰值效率点工况下,悬臂静叶总压损失和转子效率的非定常影响范围在10%以内,转叶进口相对气流角沿展向分布的影响在0.5°以内。悬臂静叶根部10%叶高以下区域出现了明显的泄漏流动,3.4%叶高压力系数变化最大,轮毂泄漏流起始于20%弦长附近,发展到70%弦长位置时泄漏损失最大,随后逐渐减弱.     

保温层结构对感应加热制备太阳能级多晶硅影响的数值模拟研究

定向凝固技术是制备太阳能级多晶硅的主要制备技术.在该技术路线之中,优化多晶铸锭炉的热场结构和控制硅熔体的对流形态是获得高品质多晶硅的有效途径之一.本文设计了三种热场保温层,通过分析不同保温层下坩埚内硅熔体的热场、流场、固液界面、氧含量等的变化,确定了优化的保温层结构.研究发现,在传统固化碳毡保温层中引入石墨层可以使多晶炉内形成两个“热源”,提高多晶炉的热效率,使其能耗降低了38.5;;在洛伦兹力的作用下硅熔体中仅存在一个上下贯通的涡流,有利于硅中杂质原子的挥发.同时,添加石墨保温层后固液界面的形状由“W”状转变为凹状,其上的氧含量有所降低,并且V/Gn值在整个固液界面范围内均大于临界值,可以有效抑制氧沉淀.可见,在感应加热多晶硅生长系统中,采用固化碳毡+石墨保温层时,有利于降低多晶硅的生产成本并提高多晶硅的品质.     

垂直旋转流场中单颗粒运动状态判别及受力分析

为研究单颗粒在旋转流场中的运动状态及受力情况,以毫米级球形颗粒为例,利用旋转流场颗粒运动装置,通过使用摄像机记录颗粒在流场中的运动轨迹以获取其运动参数,分析了不同转速和颗粒直径条件下颗粒的运动轨迹,拟合得到了颗粒运动状态判别公式以及颗粒运动轨迹公式,分析了颗粒在旋转流场中的受力情况。结果表明,颗粒在旋转流场平衡状态下运动状态主要分为两类,一类是未离开壁面保持静止,另一类是离开壁面保持稳定周向运动;颗粒进行周向运动的轨迹为椭圆形,并且圆心随着转速的增大靠近旋转中心,而随着粒径的增大靠近壁面;颗粒在旋转流场的运动过程中主要受到离心力和旋转科式力作用。     

格栅-空腔自激振荡流场扰动形成机理研究

格栅-空腔流动会引发流场自激振荡现象,产生结构振动及噪声问题.研究此类现象的形成机理对相关设备的减振降噪设计具有重要意义.目前已知这种现象是在流场正逆向两种扰动的耦合作用下形成的,但上述两种扰动的形成机理尚未明确.针对该问题,建立了格栅-空腔流动数值模型,并进行非稳态数值模拟.通过分析压力振荡数据及流场结构演化过程,对...     

基于3D打印薄层池和流场形电极的镉离子流动检测系统

首次提出了流场形(FFS)电极的概念,并印制了FFS三电极体系.结合3D打印的薄层流通池(TLFC),采用方波溶出伏安法(SWSV),构建了镉离子(Cd2+)流动电化学检测系统.考察了电极形状、测量方式、流速、介质条件、富集时间等条件的影响.结果表明,此检测系统测量灵敏度高,重现性和稳定性好.在优化条件下,Cd2+浓度在2 ～ 100 μg/L范围内与溶出峰电流呈良好的线性关系,相关系数为0.997,检出限为0.5 μg/L.将本方法应用于环境水样和生物甲烷发酵液中痕量Cd2+的检测,结果与ICP-AES无显著性差异,加标回收率为90％ ～ 106％.     

水下爆炸近场非均熵流的特征线差分解法

提出了一种改进的特征线差分方法,根据力学基本方程推导出2族带有熵变修正项的特征线方 程,并将质点迹线方程补充为第3族特征线方程,利用这3个特征线方程可以对水下爆炸冲击波及波后的非 均熵流场进行求解。由于特征线差分法无需引入人工粘性项处理冲击波间断问题,所以减少了人为干预的影 响因素。最后,应用这种改进的特征线法对质量分数比w(TNT)∶w(RDX)=40∶60的TNT/RDX炸药球 的水下爆炸问题进行了数值模拟。在比例距离1R/R04的近场范围内,计算得到的冲击波峰值压力与文 献实验数据的最大相对误差在13.1%以内,进一步证明了这种改进的特征线差分方法的正确性。     

对流项占优问题的MLPG/SUPG方法数值模拟

在计算对流项占优问题时易产生假扩散,本文把流线型迎风格式应用于MLPG方法中可以减少对流项的影响,通过两个典型例子（旋转流场问题和Brezzi问题）验证该格式的精度与有效性,并与文献中的迎风格式的计算结果进行比较,计算结果表明,该方法能有效地克服假扩散现象,有较好的稳定性和较高的计算精度。     

k-ε双方程湍流模型对制退机内流场计算的适用性分析

为研究不同双方程湍流模型对制退机内复杂流场计算的适用性,以某火炮制退机为研究对象,建立了实际结构下的三维计算模型,利用动网格与滑移网格技术,实现了火炮实际后坐速度下的制退机内部三维运动流场的数值计算。分别采用标准k-ε模型、RNGk-ε模型和Realizable k-ε模型计算制退机内部各腔室压力,与实验曲线对比,结果表明,应用标准k-ε模型对后坐冲击过程的制退机内部压力计算的误差最小,与实验结果吻合最好。