环形液池浮力-热毛细对流表面振荡现象的临界温差

对于上部开口的环形液池,加载径向温度梯度将使气液接触面上表面张力分布不均匀,耦合于地面的重力作用,将会驱动薄层流体形成浮力-热毛细对流.当径向温度差△T达到某一临界值△Tc时,一定厚度的液层表面就会出现具有一定规律的振荡现象.实验采用高精度激光位移传感系统,测量了液池表面某点位移随液层厚度h和径向温差△T的变化曲线,讨论了浮力-热毛细对流表面振荡的临界温差及两种驱动力的耦合问题,进行了表面畸变参数的无量纲分析,考虑了起始环境温度对临界温差的影响,推导了振荡相对较强时液层的厚度范围.     

利用PIV方法测量半浮区液桥热毛细对流的速度场

利用PIV法对硅油液桥热毛细对流的定常速度场进行了实时测量。为了便于测量,液桥上桥端面采取了铜环中嵌透明材料的方法,从液桥的顶部进行观测。当液桥上下桥有温差时,热毛细对流出现;本实验对于不同上下桥的温差,对液桥横剖面内的速度场分别进行了测量,研究外加温差对于流场速度分布的影响;并且在液桥中取了几个典型横截面进行测量,以期对大Pr数液桥的定常速度场有比较全面的定量测量。此外,实验结果也可作为数值模拟计算结果的验证。     

磁场对双层流体热毛细对流发展的影响

三维数值模拟了零重力时水平温度梯度作用下,B2O3封闭液与InP熔液组成的非混合双层流体热毛细对流的发展过程.研究了不同方向磁场对这种热毛细对流发展的影响,结果显示,在x,y,z三个方向磁场的作用下,流型结构发生明显变化,热毛细对流得到不同程度的抑制且温度分布趋于均匀,所加z方向磁场对热毛细对流的抑制效果最好.施加Bz=0.15 T～0.2 T之间某一强度的z方向磁场能够产生足够强的抑制作用,当磁场强度大于0.2 T时流场会发生数值上的不稳定.     

微重力下容器圆形倒角处的毛细驱动流

空间探索计划的需求对空间流体管理技术提出了新的挑战.流体管理设备的内角是主要的流体传输"管道",因此研究微重力下容器内角处的毛细驱动流具有重要的意义.由于设计和制造等原因,完美的尖角并不常见,而是带有一定圆角过渡的内角.笔者设计不同的带有圆形过渡内角的容器,选用10cSt硅油为实验流体介质,通过一系列的落塔实验,研究了容器内角处不同的圆角半径对毛细驱动流的影响,并分析得到了有价值的实验规律.     

应用PIVT技术测量单液滴热毛细迁移时的速度场和温度场

在地面实验中,使用粒子图像测速测温(Particle Image Velocimetry and Thermometry, PIVT)技术测量了单滴热毛细迁移时液滴周围同时刻的速度场和温度场.选用密度相近的豆油和硅油作为实验系统的母液和液滴.实验结果表明单滴周围的温度场扰动不同于线性理论预测的随到液滴距离的平方成反比,而是距离一次方成反比,这是由于重力引起的浮力效应造成的,地面实验中重力作用不能忽略.     

高超声速对流环境下冷点效应对圆箔式热流传感器测热特性的影响研究

在高超声速对流环境测量气动加热时,圆箔式热流传感器表面温度往往低于被测物体表面温度,这种表面温度的不连续会影响边界层流动,使热流测量结果产生偏差。针对高超声速对流条件下的钝头-平板模型,采用数值模拟方法研究了传感器表面局部低温引起的"冷点效应"形成机理以及对表面热流的影响。结果表明:被测物体表面壁焓H_w与恢复焓H_re的比值H_w/H_re越高,"冷点效应"越明显;传感器表面温度T_w2与被测物体表面温度T_w1的比值T_w2/T_w1越小,"冷点效应"越明显;来流雷诺数Re对"冷点效应"影响较小。在马赫数Ma=18的来流条件下,研究分析了冷点效应对传感器测量结果的影响,结果表明:冷点效应使测量结果偏高1.25倍,复现了热流预示结果与试验结果的差异。     

热环境下复杂边界环形板振动特性建模及分析（英文）

提出一种统一的方法来预测环形板在稳态热环境下的自由振动行为。基于谱几何法（Spectral geometry method, SGM）,采用改进的傅里叶级数展开环形板的位移。基于一阶剪切变形理论（First-order shear deformation theory, FSDT）得到了环形板的势能和最大动能。采用三组线性弹簧和一组旋转弹簧模拟环形板的任意边界,使用周向耦合弹簧以保证回转角为360°的圆环板周向边界的连续性,结合瑞利-里兹法构建环形板的理论模型,求解环形板的振动特性,通过与有限元（Finite element method, FEM）计算结果的对比,验证了该方法的准确性。本文采用无网格法,与目前主流的方法（如有限元法）相比,其计算效率更高。本文还研究了环形板的模态数值解和边界条件、内外半径比之间的关系。本文为环形板在工程实践中的应用提供了参考。     

1200℃高温热环境下全场变形的非接触光学测量方法研究

将数字图像相关方法这一基于图像的非接触全场光学测量方法与瞬态气动热试验模拟系统相结合发展了一种用于1200℃高温环境下全场高温变形测量的新技术,为减小高温物体热辐射对数字摄像机所采集图像亮度增强的影响,采用了带通光学滤波成像技术,该技术可使图像采集系统在物体表面温度高达1200℃时仍可获得高质量的数字图像,这些图像可被...     

催化效应对气动热环境影响的流动-传热耦合数值分析

鉴于高超声速飞行中高温气体效应带来的壁面催化反应可显著增加气动热载荷,在气动热环境与结构热响应的分析与预报中需充分考虑催化反应带来的影响。将简化原子复合催化模型和有限速率催化反应模型嵌入超高速流动-传热耦合分析模型中,建立超高速流动/催化反应/传热多场耦合分析模型。其中,通过高频等离子风洞的催化特性测试获得ZrB₂-SiC超高温陶瓷材料表面催化系数与温度的函数关系,对比分析耦合计算和非耦合计算、简化原子复合催化模型和有限速率催化反应模型对气动热环境的影响和适应性,结果表明材料表面催化特性对壁面总热流有重大影响。对于具有较高热导率材料的热响应,耦合传热分析能够有效避免非耦合计算带来的过度高估的结果,而有限速率催化反应模型可有效提高计算精度。在此基础之上,通过耦合传热分析,揭示了催化反应与壁面传热的内在关系,证明了在传热分析中考虑表面催化效应可提升结构热响应精度和防热系统精细化设计的能力。     

球锥贮箱微重力试验研究

用落塔试验和相似准则，在较宽邦德数（Ｂ０＝１３－１００）范围内给出球锥贮箱准静态试验结果；得同重力环境下的挤出效率；对上述贮箱，还取得了较标准的敢界面产筝形状及液体完成重要位全过程的图象和时间数据。可供自旋稳定卫星在微重力环境下，管理液体推进剂参考使用。     

融化过程自然对流影响作用的实验研究

采用实验的方法对相变材料融化过程中自然对流的影响进行了研究,获得了自然对流作用下的融化速率与平均Nusselt数的准则关系式.结果表明,与纯导热模型相比,自然对流作用加速了融化的进行,建立导热-对流耦合传热模型对于准确预测融化过程具有一定的必要性.     

聚氨酯/聚乙烯水袋无伞空投跌落仿真

基于Abaqus软件中的拉格朗日-欧拉耦合算法,对一种双层聚氨酯/聚乙烯水袋50 m高空无伞空投跌落冲击过程进行数值仿真,并对聚乙烯材料的厚度进行参数化研究.重点分析水袋以水平、垂直和45°倾斜姿态冲击地面时袋体的瞬态应力、位移变化以及破损情况.通过与已有实验数据的对比验证了该数值方法的有效性.仿真结果表明,2 mm聚...     

细长体出水动力学的实验研究及数值模拟

航行体出水过程涉及到气液两相交界,流场是非定常且高度非线性的,是一个非常复杂的过程。为了深入研究该问题,采用实验和数值模拟相结合的方法研究了细长体垂直出水过程的水动力特性。实验在二维水箱中进行,采用高速摄影仪拍摄了不同速度下细长体垂直出水流场。数值模拟采用 VOF 模型,结合动网格和 UDF 技术对相应的实验工况进行了模拟。研究了细长体水下运动过程中空泡的生长和溃灭机理,以及细长体出水时对自由液面的干扰规律。实验研究表明:(1)细长体在完全出水时刻出水速度发生突增;(2)随着细长体速度的增大,空泡产生的部位是从尾部开始,然后再在头部出现;(3)当细长体头部没有局部空泡产生的时候,细长体出水时会造成明显液面隆起现象,当细长体头部产生局部空泡后,细长体出水时,没有明显液面隆起现象,但是会产生“喷溅”现象。数值计算表明:在不产生空泡的情况下,细长体头部接近水面到完全出水的过程中,自由液面都会隆起,尾部出水时液面隆起的程度比头部出水时大。通过比较数值计算结果与实验结果,两者吻合较好。     

关于复杂自由曲面类构件铺放成形对刀策略

针对基于复杂自由曲面类构件的复合材料铺放成形技术领域中的对刀问题展开研究工作,对刀的策略和精度是判断构件模具制造精度和决定复合材料铺放成形质量的关键因素。借助设置在铺放头压辊处的激光测距探头,通过对位于模具上不同位置对刀点或校验点的探测,进行模具制造精度校核和对刀精准性判断。基于激光测距探头所探测数据,提出了针对一次性低成本模具和高精度可复用模具对刀点的设置方法以及对刀策略,利用该对刀策略进行翼身融合体的铺放成形实验进行验证,实验表明该对刀策略可有效解决复杂自由曲面类构件的复合材料铺放成形的对刀问题。     

低Re数管内强化对流传热实验研究

分别应用螺旋线圈和扭带作为插入物，在Ｒｅ≤２．０×１０３下，研究管内水与管壁的传热强化，与光管传热作了比较分析。并归纳出强化传热Ｎｕ数及流动阻力系数ζ随Ｒｅ的变化规律，反映出螺旋线圈和扭带在低Ｒｅ下有不同程度的强化传热效果，但也相应地增加了流动阻力。文中对两种强化传热元件也作了相应的比较。     

面内强磁场下铁磁板壳的自由振动

本文研究了面内强磁场环境下铁磁板壳的自由振动问题。基于Eringen-Maugin的关于磁弹性作用的理性力学模型,从理论上推导了一般壳体在磁场中的运动方程,进而求解了面内强磁场作用下的小磁化率悬臂铁磁薄板自由振动频率。数值计算结果表明,本文模型和已有的实验结果吻合很好。