高超声速复杂气动问题数值方法研究进展

高超声速流场具有复杂流动特征,其中真实气体效应、磁流体干扰效应和力热结构耦合效应等对气动力分析产生了重要影响。将流体力学研究扩展到分子动力学、电磁流体力学以及流固耦合等交叉学科领域,这给数值模拟方法带来了巨大挑战。针对高超声速气动力/热分析的热点问题,重点关注高温效应与低密度流动效应、磁流体干扰效应和力热结构耦合效应等,结合算例分析了相应的数值求解技术;在气动热方面主要比较了3类求解方法(纯工程方法、纯数值方法和基于Prandtl边界层理论的方法),并给出了相应算例;对于气动力/热/结构耦合问题,从耦合模型及耦合计算方法两方面开展了分析。最后指出了高超声速复杂气动问题数值求解技术未来需重点关注的几个方面。     

不同类型多级等离子体激励器诱导气流的力学特性研究

等离子体激励器通过产生的等离子加速气流,可以实现对流动的控制。单级等离子体激励器由于受到等离子体放电的物理限制,其控制作用较小;为了提高等离子体流动控制的效果,关于多级等离子体激励器的研究得到发展。采用图像采集和粒子示踪测速系统(PIV),对传统多级等离子体激励器和多级双极性等离子体激励器的放电现象以及气流加速进行研究,并通过流场速度分布计算等离子体激励器对空气产生的推力和吸力。结果表明:随着电压的升高,传统多级等离子体激励器产生的推力和吸力会逐渐减弱;而多级双极性等离子体激励器产生的推力和吸力均呈逐渐增强的趋势。     

CFD数据交易标准及其软件实现

论述推行统一的CFD数据交换标准的必要性 ;报告在研制通用航空气动力数值模拟系统ANSS2 0 0 0过程中 ,建立内部数据接口文件规范的尝试 ;推荐国际上主流的空气动力学和CFD数据库标准———CGNS ;讨论CGNS在ANSS2 0 0 0中的实现 ;大力呼吁同步使用与国际接轨的CFD数据交换标准。     

Fabrication of Diamond-like Carbon Films by Ion Assisted Middle Frequency Unbalanced Magnetron Sputtering

Diamond-like carbon （DLC） films are deposited by the Hall ion source assisted by the mid-frequency unbalanced magnetron sputtering technique. The effects of the substrate voltage bias, the substrate temperature, the Hall discharging current and the argon/nitrogen ratio on the DLC film＇s performance were studied. The experimental results show that the film＇s surface roughness, the hardness and the Young＇s modulus increase firstly and then decrease with the bias voltage incrementally increases. Also when the substrate temperature rises, the surface roughness of the film varies slightly, but its hardness and Young＇s modulus firstly increase followed by a sharp decrease when the temperature surpassing 120 ℃. With the Hall discharging current incrementally rising, the hardness and Young＇s modulus of the film decrease and the surface roughness of the film on 316L stainless steel firstly decreased and then remains constant.     

两端固定输流管道在脉动内流作用下参数共振的最优控制

采用压电片作为控制执行元件,对两端固定输流管道在脉动流作用下的参数共振进行了最优控制.基于二次型性能指标最优控制原理,针对离散后的运动方程在零平衡点附近Jacobian矩阵的非时变部分设计了最优控制器.最后,通过数值仿真的方法对控制方案的有效性进行了验证.结果表明,该方案对输流管道在第一、第二振型次谐波共振区域及组合共振区域的参数共振的控制均有很好的效果.     

双向进气结构脉管制冷机直流形成机理

在脉管制冷机中,由双向进气结构诱发的直流流动,不仅会增加冷端换热器的负载,降低制冷机性能,而且还是引起制冷温度不稳定的重要原因。如何有效地抑制直流流动已成为脉管制冷机能否大规模应用的关键。而对直流形成机理进行全面、深入的研究是发展简单、有效直流抑制手段的前提。针对该研究热点,本文开展了双向进气结构脉管制冷机直流形成机理研究,基于流体网络理论,考察工质物性对直流的影响和作用机理,进一步揭示了直流的形成本质。     

基于流体网络理论的脉管制冷机调相机理

开展了脉管制冷机调相机理研究，从调相和调幅两方面出发，理论分析了各种形式脉管制冷机的调相特性，为探索其工作机理开辟了新途径。该方法很好地弥补了传统相位理论片面注重各种结构的调相功能而忽略其调幅功能的不足，更好地揭示了它们的作用机理．具有简单、直观的突出优点。进一步对其完善，该理论成果可用于脉管制冷机的定量设计和新结构的研发。     

高压高速电机通风与散热分析

针对YKS规格的高压高速电机单机容量高、局部温升大等特点,以1台YKS5602 3 000 kW规格的高压高速电机为例,依据电机实际尺寸,建立了电机端部绕组及定转子模型。采用有限元法对流体场与温度场进行了仿真,计算出电机运行时各个通风槽内冷却气体流动情况,并对电机整体进行流固耦合分析,得到高压电机端部绕组及定转子温度场分布。对仿真计算结果分析,并与样机试验数据比较,结果表明:流体场和温度场耦合的方法能够准确地了解YKS电机各个通风槽内的气体流动情况及电机内局部温升分布。     

滚珠自转对高速球轴承环下润滑内部流动的影响

高速球轴承正常工作时,处于高速旋转状态,此时油相和气相因重力和离心力的作用在轴承环间剧烈运动。为了更准确地分析轴承环间的两相流动,采取VOF模型进行内部流场的模拟,采用多重旋转坐标系描述部件运动。建立球轴承环下润滑计算模型,分析了考虑滚珠自转因素下轴承内部的流动,并在此基础上探究了转速及供油量对轴承工作状态的影响。结果表明,对比整体模型与滚珠自转模型,发现滚珠自转使得轴承内部油体积分数增大,同时也使得滑油穿透间隙达到外环的能力增加;在考虑滚珠自转情况下,转速的不断增大,使得轴承内部的油相体积分数不断减小,在低转速情况下滚珠自转对流体运动影响较为明显,在高转速情况下公转速度对流体运动起到主导作用,滚珠自转对流体运动影响减弱;供油量不断的增大,使得滚珠自转模型内部的油相体积分数也在不断增大,而且滚珠自转运动会加强滑油在轴承内部的分布。     

Dirichlet边界条件低阶面无法的改进

对基于内部Ｄｉｒｉｃｈｌｅｔ边界条件的低阶面元法的速度分布提出一个改进算法。由极限过程结合高阶奇异积分的解析计算直接计算物面速度分布取代传统的偶强梯度法,以避免偶极强度边缘外推的困难。改进算法改善了ＶＳＡＥＲＯ分析中诱导阻力系数估值过低的问题。对后掠翼、前掠翼和翼身组合体等算例的计算表明,计算结果的准确度与高阶面元法相近。此外,直接积分法还可正确地计算外部流场速度分布。这是偶强梯度法不能完成的。