基于等熵压缩面型面坐标变换的二维曲面压缩面数值模拟

利用坐标变换矩阵对等熵压缩面型面坐标进行缩放变换,得到一系列不同曲率的二维曲面压缩面.利用数值模拟手段对该系列曲面压缩面进行了研究,并与壁面马赫数线性分布和压升规律可控的压缩面进行了比较.结果表明:等熵压缩面型面坐标变换后其长度明显缩短,在相同总偏转角下x轴坐标缩放比例因子为0.7的曲面压缩面长度缩短30%;不同x轴坐标缩放比例因子的曲面压缩面产生分散、不汇聚于一点的压缩波并能保持等熵压缩的流动特征,壁面压力分布得到一定程度的改善且随着x轴坐标缩放比例因子的减小,壁面马赫数逐渐趋于呈线性分布;x轴坐标缩放比例因子为0.5的曲面压缩面同壁面马赫数线性分布的压缩面在流场结构、壁面压力、壁面马赫数分布以及出口截面总压恢复系数、出口截面马赫数分布方面具有高度的相似性.      

单级轴流压气机失速起始的数值模拟

基于某亚声单级轴流压气机试验台孤立转子环境下预失速行为的研究成果,进一步数值研究了该试验台单级环境下的失速起始过程.数值探针的监测结果表明,失速起始过程中单级轴流压气机的流动失稳始于转子叶尖部位,这与前期针对该试验台流动失稳的测量结果是一致的.对数值模拟的瞬态流场进行分析表明,先兆波的型式已从孤立转子环境下的“突尖”型转变为单级环境下的“多个小失速团”型,说明静叶的存在改变了近叶尖载荷的周向分布规律.然而,“叶尖二次涡”的形成与运动依然是“多个小失速团”型先兆波浮现的流体动力学机理.      

二维平板水漂运动数值模拟

探索平板水漂运动的流体力学现象机理对飞行器着水问题的研究有重要的参考价值。基于有限体积法和k-ε RNG湍流模型求解非定常雷诺平均Navier-Stokes（URANS）方程,采用流体体积分数（VOF）模型与速度入口造波法构造数值波浪水池,并结合整体动网格方法,完成二维平板在静水面与波浪水面的水漂运动数值模拟。在与试验值和理论值对比的基础上,讨论初始姿态角、投掷角度与投掷速度对水漂运动的影响。进一步研究不同波浪参数和波浪位置对平板水漂的影响,并从能量角度展开分析。结果表明：20°姿态角平板能以最小的投掷速度实现水漂运动;运动中平板能量的相对损失率受初始投掷速度的影响较小,主要受投掷角和姿态角作用,随投掷角或姿态角的增加而增大。波浪情况下,在上行波位置触水的平板能够获得更大的接触面积,而更长的触水时间发生在波谷处;因此,这两个位置触水的平板在水漂运动过程中的相对能量损失大,其数值变化比波峰位置大5%左右;在上行波位置触水时,平板的速度衰减与相对能量损失随着波高的增加而增大,而波峰位置则有相反的变化趋势。     

激波/边界层干扰及微型涡流发生器控制研究进展

激波/边界层干扰是一种发生在超声速/高超声速流动中的普遍现象。该现象将引起分离、流场结构振荡、局部高热通量和压力载荷。主要总结了近十年来激波/边界层干扰特性与微型涡流发生器及其组合体在流动控制中的最新进展。微型涡流发生器是目前研究最多、应用最广泛的控制方法,其流动机理和控制特性被大量挖掘。为了适应来流条件的变化、满足实际工况的需要,应开发定量评估和参数化设计方法。同时,应探索微型涡流发生器与其他控制方法的组合,实现更大程度、更广范围流场的控制。     

土石地基剪切波测试实验建模

土石混填材料室内标准击实实验中,由于试筒尺寸限制,边界效应相对集中,无法对现场大 面积土石混填材料的力学性能和压实状态进行准确模拟。文中对砂土、粉质粘土、低液限黏 性土3种土样的细粒土试件及土石混填试件开展变含水量及变土石比大型振动压实实验,对 工程现场大范围土石混填地基力学性能进行模拟。基于不同压实程度,研究并建立混填试件 整体剪切波速、碎石剪切波速与碎石间隙细粒土剪切波速之间的相关模型。实现定石料条件 下,混填料整体剪切波速与间隙细粒土剪切波速的相互推算。并通过变石料应力波实验进行 验证。结果表明：大型振实实验数据能准确反映现场土石混填料的压实特性,模型对变石料 和变土样混填料都有很好的实用性。     

高超声速复杂流动中的限制器效应数值仿真

从理论分析和数值计算两个方面,对计算流体动力学(CFD)计算中常见的几种MUSCL型迎风式限制器耗散特性进行了研究,包括superbee限制器、van Albada限制器和两种minmod限制器。首先从理论上证明minmod限制器可以是耗散性较小的压缩型限制器,前人关于minmod限制器完全是耗散型限制器的认识是不准确的。其次,通过NACA0012翼型绕流计算表明,限制器耗散特性会对数值计算收敛过程产生重要影响,耗散性越小,如superbee限制器,则收敛越困难。第三,通过一个有实验结果的24°压缩拐角高超声速复杂流动数值计算,进一步澄清了前人关于minmod限制器耗散特性的不准确认识,得到了与理论分析相一致的计算结果,即 minmod 限制器可以是耗散性比Albada限制器更小的压缩型限制器。计算结果表明,对于包含强激波的高超声速复杂流动,本文使用的minmod限制器比superbee限制器和van Albada限制器更容易满足稳定性和高精度的计算要求。     

载人航天器内超声在轨检漏的应用基础研究

载人航天器在轨运行发生泄漏会造成极大的危害,需要及时检测和定位,超声检漏设备是一种便捷有效的在轨检漏方案。文章分析了航天器泄漏产生超声波的原理并计算了对应的中心频率,分析了声压衰减原理并计算了衰减范围,通过试验得到4种漏孔的拟合曲线和方程,针对拟合曲线进行了试验验证。结果表明：在20～500 mm的感知范围内,超声波声压随距离的增大呈一阶指数衰减,并随漏孔直径的增大而增大。本文研究结果可为航天器超声在轨检漏仪的研制和使用提供参考。     

高温高声强行波管的传热动态建模方法

文章针对热声疲劳测试中的传热问题提出了一种基于控制框图的新型建模分析方法,并用此方法分析了高温行波管内的多物理场耦合问题,同时针对模型的可靠性进行了试验和高精度数值仿真计算验证。研究表明,该方法可以针对多种工况快速有效地分析和仿真行波管内测试段的动态传热过程,满足工程设计快速预测的需求。     

两车道交通流的波动分析

对一个由快慢两条车道组成的交通流系统,将基于速度梯度的动力方程应用到每条车道上,得到一种新的交通流动力学模型,可以用来揭示车流的小扰失稳和走走停停等非平衡特性.研究了该模型的波动特性,包括冲击波、稀疏波和一阶波传播,数值计算结果表明该模型能够较好地处理冲击波和稀疏波现象,也能够正确地再现走走停停的交通现象.此研究有助于进一步理解多车道的驾车行为和多车道交通流的非线性动力学特性,从而可以提高交通管理与控制水平.     

进气道激波串振荡的模态分解及快速预测

为研究隔离段自激振荡现象,采用2阶时间和空间精度、非结构网格、剪切应力输运(SST) k -ω湍流模型有限体积法程序对二元进气道在高反压下的非定常特性进行数值模拟,成功捕捉到激波串自激振荡现象,在此基础上利用本征正交分解(POD)和动力学模态分解(DMD)方法对其进行分析。结果表明:该自激振荡是低频主导、多频耦合的复杂振荡现象;基于本征正交分解和动力学模态分解构建的预测模型均能准确快速地预测出非定常流场的演变特性,预测误差小于0.2%,前者耗时为0.22 s,后者耗时为0.05 s。