脊状表面流场数值计算方法研究

根据现有湍流数值模拟方法的特点和脊状表面减阻理论研究的实际需要,研究了基于雷诺平均N-S方程的脊状表面流场数值计算方法,并基于纵向及横向脊状表面的形状特点,提出了不同脊状表面计算域选取及网格剖分的方法。一系列典型横向及纵向脊状表面流场数值计算结果表明,所采用的这套脊状表面数值计算方法不仅能够精确获得脊状表面的减阻特性,还可以获得脊状结构内部及附近流速、压强、涡量等细微流场结构的分布规律。     

基于湍流边界层时均速度分布的脊状表面减阻规律研究

通过对试验测得的脊状表面湍流边界层时均速度分布的分析,获得了脊状表面的减阻范围和基本规律.脊状表面理论零点及壁面摩擦速度的计算采用基于湍流边界层Spalding壁面律公式的最小二乘拟合方法;模型板摩擦阻力计算采用基于边界层动量积分方程的方法.研究表明:脊状结构使得湍流边界层粘性底层增厚,近壁面法向速度梯度降低,过渡层与对数律区上移;V型脊状结构的无量纲宽度s+介于6至18时具有减阻效果;当s+≈12时,减阻量最大,最大值约7.7%.      

脊状表面航行器模型减阻特性的水洞实验研究

通过水洞实验研究具有横流方向的脊状表面航行器的阻力特性。运用三分力天平,分别对光滑表面航行器模型和脊状表面航行器模型在零迎角、不同水速下进行阻力测试,得到其减阻特性曲线。实验结果表明,脊状表面航行器模型具有很好的减阻效果,减阻量与脊状结构的特征尺寸、间距以及来流速度有密切关系。在实验工况内,最大减阻量达到11.7%。     

脊状表面的加工成型技术及其减阻试验研究

为了研究脊状表面的减阻特性,采用数控加工技术在有机玻璃平板上制备脊状表面.在制备过程中,成功解决了脊状结构尺寸的确定、材料的选择、表面粗糙度的提高等问题.利用热线风速仪在低速风洞中分别对光滑表面和多个脊状表面进行了流场测试,获得了湍流边界层内流动参数的分布情况.试验结果表明,脊状表面改变了边界层内的流场结构,抑制了湍流...     

回转体表面不同间隔脊状结构的减阻数值仿真研究

将脊状表面减阻技术应用于水下回转体,对回转体表面不同间隔的脊状结构在多个速度下进行了数值仿真计算,发现了间隔对回转体脊状表面减阻效果的影响规律。针对回转体脊状表面的流场特性,在进行数值仿真时合理选择了计算模型、计算流域、计算网格及边界条件。仿真结果表明:在同一速度下,相对光滑表面而言,回转体脊状表面所受的压差阻力略有增大,但占总阻力份额80%以上的粘性阻力显著降低,从而形成减阻效果;当间隔等于脊状结构特征尺寸的3倍时,减阻效果最佳;对于同一个回转体脊状表面,低速下的减阻效果明显优于高速。     

大尺度回转体脊状表面减阻试验

对表面光滑和有脊状结构的大尺度回转体模型在风洞中进行了变速度、变攻角试验,为脊状表面减阻技术的工程化应用提供了参考.对比分析发现:来流速度对脊状表面减阻效果有很大影响,减阻效果随速度增加呈现先增大后减小的趋势,在某一速度达到最佳,减阻效果提高20%;攻角对脊状表面减阻效果影响有限;脊状结构的存在对模型升力系数和俯仰力矩...     

基于大涡模拟的热喷流地面效应气动特性研究

低标高有限空间喷流的发展过程及掺混过程,是揭示热喷流流动特性的迫切问题。采用大涡模拟计算研究地面热喷流气动特性,建立不同离地高度的超声速喷管模型,对总温为870 K、马赫数为1.526的热喷流状态开展数值模拟,分析有限空间喷流的发展过程。首先评估了喷流模型温度分布和速度分布,随后在此基础上,对比了2种模型涡核发展过程,并通过试验予以了验证。研究表明：有限空间与自由空间喷流场涡核发展过程大致相同。有限空间喷流在核心区长度10D_j (Dj为喷管出口直径)位置时,地面开始对喷流产生影响,导致地面温度升高;在核心区长度10D_j位置以后,由于地面对喷流的影响,使得喷流与空气的掺混加剧,喷流在地面的作用下诱导出二次涡流,涡核分布更加集中,且其中以大尺度发卡涡为主。研究结果为相关工作提供了参考。     

燃烧室中湍流涡旋流动的数值模拟

ＡＳＭ也进行了研究。研究的流场包括有约束的和自由的强涡旋流动。研究结果表明,二阶矩封闭模式在计算强涡旋湍流流动中很有效,代数模式则不能令人满意。计算结果可供燃烧室设计参考。     

湍流状态下超疏水表面流场减阻特性数值仿真研究

通过对湍流状态下具有特定微观尺寸的超疏水表面流场进行数值仿真计算,对超疏水表面流场的减阻特性进行了分析。针对超疏水表面矩形微观形貌特点,计算域采用结构化网格进行划分,采用VOF多相流模型,Realizable湍流模型,对超疏水表面流场进行仿真。结果表明:受微观形貌的影响,超疏水表面在宏观上的壁面滑移、微观凹坑处的低剪应力和近壁面的低湍流度是其具有减阻特性的重要原因;超疏水表面减阻特性受凹坑内空气体积比影响很大,但是在凹坑内全充满液体条件下,依然具有减阻效果。     

CFD在舰船甲板流场计算与特性研究中的应用

本文通过运用CFD技术数值模拟舰船的运动,来求解各种舰桥风速和风向下的甲板流场。建立了某型舰船的物理模型和外流场网格,给出了甲板流场的结果矢量图,并与试验结果进行对比分析,得出流场规律,为直升机在甲板上的安全起降提供技术支持。     

基于CFD数值仿真技术的飞行器动导数计算

为了研究表征飞行器动态稳定特性的动导数,结合计算流体力学方法,基于滑移网格技术,采用小幅度强迫振动法和差分法两种非定常方法,推导了俯仰组合动导数以及滚转阻尼导数的计算表达式,并结合多参考系模型采用准定常方法计算滚转阻尼导数。建立了基于计算流体力学技术的飞行器动导数计算方法。对国际动导数标模Finner导弹进行了计算验证。两种非定常方法对俯仰组合动导数的计算误差分别为0.65%、6.13%,对滚转阻尼导数的计算误差分别为2.5%、0.06%。求解滚转阻尼的准定常方法对于滚转阻尼导数的计算误差为2.67%。三种方法的计算结果与风洞试验结果吻合的很好。非定常方法计算精度高,准定常方法可以快捷迅速得到结果。本文的数值方法不仅适用于超声速,同样可以用于亚、跨声速时的动导数计算。     

基于CFD高精度算法的雷电电磁场研究

雷电空间电磁场一直是电磁领域研究的热门,成熟的算法例如有限时域差分法（FDTD）,传输线矩阵法（TLM）以及频域的矩量法（MoM）在计算雷电问题方面都有广泛的应用。由于计算流体力学（CFD）中的Euler方程与电磁学中的Maxwell方程有着相同的守恒形式,而且采用间断伽辽金方法（DG）已经在流场问题上得到广泛的尝试,因此引入了基于计算流体力学的DG方法来离散时域Maxwell方程,并采用网格分区并行技术加速计算,使用基于DG的圆球雷达散射截面积（RCS）算例进行测试,数值结果一致表明DG算法在求解电磁场问题上的可行性,之后通过计算一段近场雷电通道的电场分布并与解析解、某算法仿真解对比,数据基本吻合,说明该方法适合于雷电电磁场的计算。     

坡面浅层明流流态界定方法之商榷

为了探求坡面薄层水流流态界定方法,从流体力学与泥沙运动学观点出发,对4种不同粗糙尺度床面（光滑玻璃、人工加糙粒径分别为0．075、0．245和0．380mm）、5种不同坡度下坡面薄层水流放水进行试验研究,并对薄层水流阻力规律与明渠水流阻力规律进行了比较分析。在此基础上提出了粘性底层厚度与水深之比作为新的无量纲临界判数,结果表明该判数能更好地反映坡面薄层水流流动型态。     

CFD simulation of helicopter rotor flow based on unsteady actuator disk model

Actuator Disks(AD) can provide characterizations of rotor wakes while reducing computational expense associated with modeling the fully resolved blades. This work presents an unsteady actuator disk method based on surface circulation distribution combined with empirical data, blade element theory and rotor momentum theory. The nonuniform circulation distribution accounts for 3 D blade load effects, and in particular, tip loses. Numerical simulations were conducted for the isolated pressure sensi...     

风向对直升机旋翼与甲板流场结构影响

为了了解直升机旋翼流场与甲板流场的相互作用,采用数值模拟方法对船体与旋翼的复合流场进行求解.分析了不同风向时旋翼流场的流线形态、涡量分布与旋翼平衡性.详细阐述了复合流场中主要旋涡结构的产生及演变过程,并对旋涡结构进行分类.研究结果表明:旋翼流场与甲板流场间存在相互干扰,形成复杂的复合流场.0°风向时,旋翼的存在使得其后方甲板区域的涡流范围与气流下洗趋势增加明显;侧风会增大甲板区域涡流范围,加剧旋翼桨叶不平衡性;右舷15°风向时,旋翼升力能力与旋翼桨叶平衡性最差,该风向不利于直升机的甲板悬停.      

材料表面残余应力测试技术研究

在生产、处理或加工材料的过程中,由于材料的局部区域的不均匀塑性变形,产生了残余应力。残余应力对疲劳强度、抗蚀性、尺寸稳定性、相变、硬度等均有影响;提高表面塑变抗力,降低表层的有效拉应力,可以抑制疲劳裂纹的萌生和扩展,提高疲劳强度。本文主要以结构钢、不锈钢类材料为研究对象,应用x射线衍射原理测定表面残余应力,讨论x射线法测残余应力的要点,分析能够影响测定结果的技术因素、材料因素及被测件的几何因素,并找出应力分析仪最佳的测试参数。     

舰面流场中起动位置对旋翼瞬态气弹响应影响

为研究舰面流场中直升机起动位置对旋翼瞬态气弹响应影响,通过CFD方法模拟得到舰面流场速度分布信息。旋翼动力学建模采用非线性准定常气动模型和中等变形梁假设,结合不同起动位置对动力学方程进行求解。结果表明:直升机起动位置越靠近舰艏和左舷,桨叶负向挥舞越大。在甲板中心1 m范围内,最靠近舰艏和左舷的位置负向最大位移可达159%旋翼半径,中心处负向最大位移仅为85%旋翼半径,源于靠近舰艏和左舷位置垂向气流变化梯度明显高于舰艉和右舷。研究表明舰面流场垂向气流变化梯度对旋翼瞬态气弹响应影响明显,改变直升机起动位置能有效降低旋翼瞬态气弹响应。     

Multi-parameter optimization of machining impeller surface based on the on-machine measuring technique

Selecting the optimal machining parameters for impeller surface is a challenging task in the automatic manufacturing industry, due to its free-form surface and deep-crooked flow channel. Existing experimental methods require lots of machining experiments and off-line tests, which may lead to high machining cost and low efficiency. This paper proposes a novel method of machining parameters optimization for an impeller based on the on-machine measuring technique. The absolute average error and standard deviation of the measured points are used to define the grey relational grade for reconstructing the objective function, and the complex problem of multi-objective optimization is simplified into a problem of single-objective optimization. Then, by comparing the values of the defined grey relational grade in a designed orthogonal experiment, the optimal combination of the machining parameters is obtained. The experiment-solving process of the objective function corresponds to the minimization of the used errors, which is advantageous to reducing the machining error. The proposed method is efficient and low-cost, since it does not require re-clamping the workpiece for off-line tests. Its effectiveness is verified by an on-machine inspection experiment of the impeller blade.