疏水微槽道内层流减阻的实验研究

研究了光滑和带有横向凹槽结构的疏水微槽道内层流的流动特性和表面滑移效应.在硅片上加工了矩形截面微槽道,利用十八烷基三氯硅烷(octadecyltrichlorosilane OTS)在槽道内壁形成疏水薄膜.实验结果表明在光滑疏水微槽道内的水流压降比无滑移条件下的理论值减少8%.对于侧壁带有凹槽结构的疏水微槽道,流动阻力可以降低10%~30%.笔者采用micro-PIV测量得到的壁面表观滑移速度约为槽道中心速度的8%,滑移长度约为2 μm.实验结果与滑移壁面条件下三维槽道内层流的解析解吻合,同时得到了带有凹槽结构的疏水微槽道内的流速分布.     

弯曲微槽道内流场的PIV测量和数值模拟

利用micro-PIV和CFD数值模拟研究水力直径为220μm正方形截面弯曲微槽道中的流动特性.实验中利用micro-PIV测量了槽道中5个不同深度流场,雷诺数为Re=42,91和239.实验测量和数值模拟相吻合,弯曲的微槽道不同截面处存在由二次流诱发的Dean涡,并随Dean数的增加,涡结构更加复杂;Dean涡对截面内两种液体接触面会产生影响,所以可以通过利用Dean涡的发展加强微管道中的混合.     

基于功率谱密度法飞机地面变速滑跑动力学分析

提出了飞机地面变速滑跑的非稳态响应分析的新方法,该方法基于频域的功率谱密度法.建立了飞机地面滑跑的起落架分析模型;引入了概率平均意义上的当量线性化方法,用该方法处理了起落架缓冲器空气弹簧、油液阻尼和库仑摩擦力以及轮胎刚度和阻尼等非线性参数.利用变量代换和傅里叶变换导出了非稳态激励下的跑道不平度的功率谱密度函数.导出并分析了具有代表性的飞机重心过载的频率响应函数.工程算例表明,在达到相同的滑跑速度条件下,飞机加速滑跑引起的飞机重心过载响应比飞机地面匀速滑跑引起的飞机重心过载响应小;并且加速度越大,在达到相同的滑跑速度条件下所产生的飞机重心过载响应越小.     

平板及减阻沟槽表面雷诺切应力的实验研究

利用二维LDV系统对零压力梯度下光滑面和减阻沟槽面湍流边界层流场进行对比测量.着重考察了相同流动条件下光滑面、沟槽面的槽及峰上部区域雷诺切应力的分布特性,并利用象限分析法研究了沟槽面对湍流边界层相干结构的影响.研究发现:减阻沟槽面槽峰增强了雷诺切应力水平,使其上部区域下扫事件的平均强度增强;而槽部则抑制了雷诺切应力水平,削弱了其上部区域下扫事件的强度;沟槽上部区域雷诺切应力水平的降低幅度高于槽峰上的增加幅度.由此可以认为:沟槽的抑制作用抵消了沟槽峰部的增强效果,使得近壁区内动量交换水平减弱,从而,减阻沟槽面的雷诺切应力在总体上表现为减小.     

粘性耗散对微管内部液体温升影响的实验研究

以去离子水为工质,流经内径分别为19.6μm和44.2μm石英管,实验研究了粘性耗散对微管内部流动的影响.采用微区热成像技术,使用红外成像仪加特种放大镜头测量了微管内部由于粘性耗散导致的温升△T,同时测量到相应的压降与流量,从而获得摩擦因子f、△T及雷诺数Re的关系.研究表明,在低Re数下,f的值与HagenPoiseuille理论预测值几乎一致;随着Re数的增大,工质与微管为壁面之间高的速度梯度引起粘性耗散导致工质温升,进而使得f的实验值增加.f的实验值与Hagen-Poiseuille理论预测的最大偏差达到15%~20%.     

微灌滴头平角齿形微通道流动实验研究

采用Micro-PIV技术,以边长800μm方形截面平角齿形微灌滴头内流微通道为对象,对微通道内流体运动进行了测量。实验使用10x显微物镜、14位灰阶PCO1600相机、3μm荧光示踪粒子和仅允许610nm红光透过的滤光镜相配合、获取了清晰的粒子图像,解决了相机与PIV系统的匹配问题,提高了图像信噪比。在图像处理中使用多次测量取平均的方法消除示踪粒子的布朗运动影响,运用系综互相关算法获取流场速度分布和流线图。实验发现微通道内各齿间流动结构基本一致,即通道内流充分发展后是一种周期性流动;通道顶角和转角内侧存在低速涡旋区,其涡旋结构和尺度随时间和Re变化而变化;颗粒在低速涡旋区易发生沉积,是造成堵塞的主要原因。     

微小矩形通道内流动与换热特性

采用试验和数值模拟方法研究了当量直径为0.633～1.079 mm的微小通道内的流动与换热特性.工质为 液体水,雷诺数Re为100~3 000.试验结果表明,该尺寸范围的通道内层流向紊流转变的临界雷诺数约为1700,层流表观阻力系数和努塞尔数的试验值与数值计算结果吻合良好.最后通过数值模拟对恒定泵功及恒定流 量条件下不同结构参数通道的换热进行了计算,给出了最佳换热结构.     

飞机重心过载谱低载截除水平试验

飞机重心过载谱的低载截除水平不能像应力谱那样可以根据结构材料的疲劳极限直接确定,而通过疲劳试验设计和分析,可以获得准确的疲劳损伤变化趋势,进而确定过载谱低载截除水平.用不同的截除水平依次截除原始过载谱从而得到一系列过载截除谱,加速后在MTS810疲劳试验机上对标准试件进行周期加载,从各组试件疲劳寿命的变化趋势中寻找规律并确定最佳截除水平点.试验结果表明,对于某型直升机的过载谱,其循环数量截除水平点可以确定为300次/飞行小时,对应的过载门槛值截除水平点为0.086 2g.疲劳试验不仅提供了确定过载谱低载截除水平的途径,还揭示了随机谱中略小于疲劳极限的个别循环仍可以产生疲劳损伤的事实.     

舟船空投入水姿态与过载特征分析

舟船空投入水时将承受较大的垂直和侧向过载,将对舟船的结构强度、稳定性产生不利影响,通过控制船体入水俯仰角可减小此过载。为研究船体入水角度对减载的影响规律,利用LS-DYNA对不同角度下船体着水过程进行了仿真,得到不同工况下着水过程加速度变化曲线,并通过水上跌落试验对仿真计算结果进行了验证,结果表明通过采取合理的入水角度,可有效降低船体入水过载。本文所做工作可为舟船空投系统着水减载提供依据。     

弹穴流动特性高速风洞试验研究

在分析了弹穴3类流动的基础上,利用风洞试验着重研究了弹穴的几何参数(L/D、W/D、δc、δh)以及飞行参数(M)与弹穴内流场结构间的耦合关系,获得了亚跨超声速来流条件下弹穴底面中心线上的压力分布及弹穴流动特性.研究表明:弹穴长深比(L/D)是影响弹穴流动类型和流动特性的关键因素,W/D、δc、δh和M对弹穴的流动类型和流动特性也有一定的影响;开式穴流动弹穴流场较稳定,压力分布较均匀,有利于内埋武器安全平稳地分离.