镁合金消失模铸造充型过程中模样-金属界面行为的研究

通过直接观察充型过程和金属充型速度的标准方差分析技术研究了抽真空条件下镁合金消失模铸造充型过程中模样-金属界面行为。结果表明：在镁合金的浇注温度下，泡沫模样主要熔解为液态产物。在不抽真空时充型过程主要受模样-金属问热解产物的排除控制，金属前沿充型平稳并呈微凸形，充型速度很小并持续降低。然而，在抽真空条件下金属充型更多地受模样-金属界面处模样分解控制，金属前沿极不平稳并呈不规则的凹形，在充型过程中金属的充型速度变化很大并且无明显的规律可循。金属的充型速度随真空度提高而迅速增大，真空度与浇注温度对充型速度的影响具有很强的交互作用；进一步提高真空度，浇注温度成为影响充型过程最重要的因素，而真空度以及真空度与浇注温度的交换作用对充型速度的影响大为减弱。基于以上研究，提出了负压条件下镁合金消失模铸造充型过程中模样-金属界面处模样的热解和热解产物的排除行为模型。     

大涡模拟在加力燃烧室冷态流场中的应用

对带V型稳定器模型加力燃烧室二维冷态流动进行了大涡模拟。采用了代数和k方程两种亚网格尺度模型，并用SIMPLE算法和混合差分格式求解离散方程，用壁面函数处理固壁边界条件，得到了模型加力燃烧室二维瞬态流场的模拟结果。通过对不同亚网格尺度模型和不同入口速度下的瞬态流场的比较，揭示了不同亚网格尺度模型和不同入口速度分布对带V型稳定器燃烧室二维冷态瞬态流场的影响。     

球体五通结构承载分析及试验研究

针对液体运载火箭五通结构承载能力开展仿真分析和试验研究，获得了五通不同部位的Mises应力分布图，并基于五通工艺成形过程中球体壁厚减薄规律，提出了薄弱环节的优化改进措施。在此基础上，开展了五通在不同内压载荷下的液压强度试验，并监测球体表面的应力水平。结果表明：五通产品承载最大的部位是球体大凸孔根部圆角附近，与产品成形过程中壁厚减薄最大位置不重合；在不改变球体外形尺寸的情况下，适当提升结构壁厚，产品重量增加小于1kg，应力水平下降了4%，产品合格率提升了30%；采取改进措施后的五通，内压爆破试验压力达到3.6MPa以上，相对于设计压力有3倍以上安全裕度。     

厚壁管道缺陷周向SH导波检测的有限元模拟研究

本研究采用有限元仿真软件建立了厚壁管道周向SH0模态导波检测模型,分析研究了周向SH0模态导波的波结构特征及其群速度,并利用该模态导波对不同壁厚位置缺陷进行了检测。结果表明:仿真计算与理论分析的波结构曲线基本吻合,同时声波传播速度与理论频散曲线中周向SH0模态导波在60 k Hz处的群速度相差很小,从而验证了该有限元模型的有效性;在针对不同壁厚位置缺陷的模拟检测中,周向SH0模态导波对外壁缺陷的检测灵敏度较高,中部缺陷稍低,内壁缺陷则难以检测到。     

反重力充型的动力学特性

根据动量原理，提出了反重力充型的数学模型；用高速摄影观察了充型的动态过程，结果表明，反重力充型可用二阶非线性方程描述，具有衰减振荡的动力学特性。     

智能控制的真空变压反重力铸造薄壁铸件充型机理的研究

本文研究了一种新型的反重力铸造法－－智能控制的真空变压反重力铸造薄壁铸件的充型机理，并对智能控制的真空变压反重力铸造和重力铸造分别铸造0.8mm、1.5mm、2mm的铝合金薄壁铸件的充型能力进行了比较。研究结果表明，真空变压反重力铸造能实现金属液平稳充型，具有良好的充型流体力学条件；真空变压反重力铸造0.8mm、1.5mm、2mm的铝合金薄壁件全部充填完整，具有良好的充型能力。     

负压实型铸造金属基复合材料的成型理论研究

负压实型铸造金属基复合材料的合金液前沿受到气化模气化产生的气体阻力Pc，凝固阻力Pf，毛细作用力Pc，自身重力G，纤维间的摩擦阻力f以及充型时端部紊流引起的非线性力等，其中气体的阻力，凝固阻力，毛细作用力是主要的作用力，文中通过分析影响这些作用力的因素，提出了改善合金液充填的有效途径；严格控制气化模中纤维的分布形态，使得合金液的充填速度均匀，控制浇注过程中的工艺参数，对纤维进行适当的表面处理，改善润湿性能等。     

壁湍流调制雷诺应力和拟序结构应变率空间形态的层析PIV实验研究

采用高时间分辨率的层析PIV技术,测量了水洞壁湍流三维速度分量空间分布的时间序列,应用局部平均速度结构函数概念对流向速度信号进行多尺度分解,以流向速度分量的局部平均速度结构函数过零点作为特征量检测壁湍流中拟序结构猝发的喷射和扫掠过程,应用空间相位平均技术提取拟序结构猝发的喷射和扫掠过程各速度分量、涡量分量、拟序结构速度应变率分量以及调制雷诺应力分量的空间相位平均拓扑形态.为了引入平衡态涡粘模型假设模拟调制雷诺应力,研究了拟序结构猝发过程中调制雷诺应力分量和速度变形率分量的空间分布形态,发现两者之间的空间相位分布不一致.由于存在时空相位不同步性,说明需要考虑大尺度拟序涡结构引起动量传递的时空弛豫效应.应用经典的线性平衡态下的Boussinesq涡粘模型不能准确地描述壁湍流拟序结构动量传递非平衡现象的物理机理.对于壁湍流拟序结构动力学方程中调制雷诺应力的模拟,应采用包含时空相位信息的复涡粘张量模型.由于雷诺应力与速度变形率的时空不同步性,对非平衡非局部湍流场的数值模拟提出了一个挑战性的问题,建议采用包含相位信息的复涡粘张量模型来模拟雷诺应力张量,从而更加符合雷诺应力演化的物理机理,这一模型有可能成为一个很有发展前景的封闭模型,从而更加准确地预测工业领域中广泛存在的非平衡湍流.     

高超声速流中大粗糙壁湍流边界层实验研究

本文介绍采用皮托管、总温探头和热线风速仪对光滑壁平板、R=5mm 和10mm 两种粗糙壁平板进行的测量。结果表明,壁面分离涡旋是大粗糙壁产生热增量的主要原因,壁面分离涡旋的较强作用导致传统的速度型分析方法不再适用。     

脉冲燃烧风洞与常规高超声速风洞数据相关性研究

不同风洞因模拟来流参数不同,对高超声速飞行器气动力试验结果影响很大。总结了脉冲燃烧风洞和常规高超声速风洞不通气标模的试验和计算结果,分析了水凝结、雷诺数、壁温比对模型气动性能的影响规律。脉冲燃烧风洞获得的气动性能变化规律与常规高超声速风洞一致,脉冲燃烧风洞获得的阻力系数比常规高超声速风洞阻力系数大15%左右,其中雷诺数影响较小,在5%以内,壁温比影响较大,在10%以上。结合数值计算对造成差异的原因进行分析,认为壁面传热对边界层速度型的影响是主要因素。     

低湍流度风洞中的斜置翼三维边界层测量试验研究

在西工大低湍流度风洞中，于不同后掠角和湍流度下，以４５°单丝热线探头，在斜置翼上测量三维边界层速度型并计算特征参数的情况表明：横流影响的规律性明显，三维速度型扭曲相当复杂；后掠角和湍流度增大时，速度型和厚度的发展、不同层次的流线偏移和特征参数的变化受横流影响更为明显。     

应用UBET优化开式模锻中连皮厚度参数

连皮厚度是开式模锻工艺参数中的一个重要参量，它对模锻变形力和材料的消耗有很大的影响。本文应用上限单元法（ＵＢＥＴ）对连皮厚度进行了优化设计。基于连皮厚度和飞边高度间的相对大小关系，建立了三种不同的变形流动模式和动可容速度场，根据上限原理和黄金分割法，利用ＴｕｒｂｏＣ语言编程求解，获得了最大锻造力的最佳上限解，并和实验相比较，两者吻合得较好，表明建立的动可容速度场是合理可行的。以最大锻造力和连皮体积的乘积作为优化准则，更好地得到了最佳连皮厚度值。     

用PIV技术测量自由射流瞬态流场

利用ＰＩＶ技术测量了射流流场，得到了自由射流核心区的瞬时速度场，并对实验结果进行了分析总结。比较了射流出口雷诺数分别为２３００及３５００时流场的实验结果。在低雷诺数情况下，射流的边界层较薄，展向尺寸较小，随着出口雷诺数的增高，射流边界层明显增厚，展向尺寸也更快地增大。     

航空声学引导风洞收缩段边界层修正的数值模拟和实验研究

根据数值分析得到的低速风洞收缩段边界层位移厚度分布通用曲线,针对航空声学引导风洞收缩段,推导得出收缩段边界层位移厚度分布曲线,并对收缩段型面进行修正设计,给出了修正前后的型面坐标偏差,设计加工了试验件,并进行了收缩段修正前后流场的数值模拟和实验验证。数值模拟结果表明:尽管航空声学引导风洞收缩段的边界层很薄,最大位移厚度只相当于试验段水力直径的0.5%左右,但修正效果明显。对于开口和闭口试验段流场,在收缩段型面设计时考虑粘性影响,进行边界层修正,均可显著降低试验段的动压场系数;减小气流偏角,提高试验段流场品质,有利于风洞部段的精细化设计。收缩段型面出口由于逆压梯度的存在,壁面速度过冲,气流均匀性较差,但进入平直段后,动压不均匀度及气流偏角迅速下降,因此收缩段后16.7%长度的平直段对于改善试验段流场品质很关键。在航空声学引导风洞上,采用移测架、皮托管和热线风速仪进行了修正前后收缩段、试验段动压和速度值测量,测量结果也验证了边界层修正的效果,而且实测的边界层位移厚度与理论推导值吻合。根据测量的收缩段内和出口的边界层速度分布,计算边界层位移厚度、动量损失厚度和形状因子,并据此判定,航空声学引导风洞收缩段内的边界层流动保持层流状态,未发生层流到湍流的转捩。     

活塞式合成射流技术及其应用研究

设计了活塞式合成射流激励器,研究了合成射流特性及其影响因素,并在高速风洞中开展了合成射流应用于空腔流场气动噪声抑制的试验研究。研究结果表明:合成射流激励器设计合理,能够得到较高速度的射流,正向射流速度极值约160m/s;合成射流频率与激励器激励频率一致;激励器频率、活塞行程以及射流出口形状等参数会对合成射流速度极值产生明显影响;合成射流速度对射流出口厚度变化不敏感;该方法对空腔流场气动噪声的抑制效果与马赫数关系密切,跨声速条件下,采用该方法进行流动控制能够改善空腔流场的气动声学环境,而超声速时该流动控制方法基本失效。     

Thermoelastic Stability of Closed Cylindrical Shell in Supersonic Gas Flow

In a linear framework, the problem of stability of closed cylindrical shell is briefly discussed. The cylin- drical shell is immersed in a supersonic gas flow and under the influence of temperature field varying along the thickness. An unperturbed uniform velocity flow field, directed along the short edges of the shell, is applied. Due to the inhomogeneity of the temperature field distribution across the thickness shell buckling instability occurs. This instability accounts for the deformed shape of the shell, to be referred as the unperturbed state. Stability con- ditions and boundary for the unperturbed state of the system under consideration are presented following the basic theory of aero-thermo-elasticity. The stability boundary depends on the variables characterizing the flow speed, the temperature at the middIe plane of the shell and the temperature gradient in the direction normal to that plane. It is shown that the combined effect of the temperature field and flowing stream regulates the process of stability, and the temperature field can significantly change the flutter critical speed.     

湍流边界层近壁区马蹄涡拟序结构的数值模拟与分析

采用大涡模拟对低雷诺数槽道湍流进行了数值模拟,进口边界条件采用了给定扰动波方法,经过短过渡段得到完全发展湍流.计算中采用了动态亚格子模型和预处理技术,进口采用的动量厚度雷诺数是670.大涡模拟对计算得到的平均速度剖面以及脉动分量与DNS解进行对比,验证了计算结果的可靠性.计算结果显示了湍流场中马蹄涡的形成及演化过程,其中包括形成单腿马蹄涡和形成对称涡腿的马蹄涡,同时发现流场中存在由亚谐波引起的拟序结构的交错现象,并在此基础上分析了湍流边界层近壁区马蹄涡结构的演化.     

内融冰盘管动态蓄冰特性数值模拟与实验研究

采用焓法建立了管外结冰过程的二维动态数学模型,数值模拟了冰层沿换热管径向及长度方向的动态生长规律,并在此基础上分析了载冷剂进口温度、流量变化和不同结冰时间等对冰层动态生长及蓄冷特性的影响,并进行了实验验证。实验结果表明:在结冰初期的2 h内冰层厚度及动态蓄冷量数值模拟结果与实验数据误差较大,而在蓄冰过程结束时二者吻合较好,误差在10%以内;沿载冷剂流动方向冰层厚度逐渐减小,数值模拟与实验结果基本吻合。数值模拟结果与实验数据基本相符,验证了建立的数学模型的合理性。     

基于粒子追踪测速的壁面摩擦应力测量

采用微粒子追踪测速技术（Micro-Particle Tracking Velocimetry,μ-PTV）对近壁面的流场开展高空间分辨率测量,通过解析黏性底层的速度分布,应用一次线性回归计算得到壁面摩擦应力。测量了不同雷诺数（基于动量损失厚度 ）下的湍流边界层壁面摩擦切应力,在Re_θ =1200时获得了罕见回流事件的发生概率和流场结构。实验结果表明,采用μ-PTV技术可以实现壁面摩擦应力的准确测量,在Re_θ =1634～4070时,摩擦阻力系数测量误差小于2%。回流事件的概率极低,在Re_θ =1200时约为0.05%,尺度小于8×30个壁面单位,因此回流事件的测量对测量技术的空间分辨率要求较高;分析结果表明回流事件伴随壁面附近的强展向涡出现。