贮箱液固耦合振动分析的数值研究

 <正> 线性液固耦合系统有限元分析的理论研究比较充分。但有关理论结果的数值研究仍需深入,以便能生成工程中实用的有限元液固耦合分析系统。位移法(或拟弹性法)因其零能模式的分离问题,带来了实用上的困难。压力-位移模式需要对有限元矩阵对称化。lrons曾提出一种对称化方法,但在数值实施中往往无法应用。文献[2]、文献[6]曾给出了另外三种对称化途径,但还没有进行数值上的探讨。本文目的在于探讨数值上可行的对称化方法,生成有关程序块.以便发展成为压力-位移模式的工程应用软件。作为算例,研究了贮箱的耦合振动问题,重点考虑了自由面波的影响。     

直喷式柴油机缸内气体运动和燃油喷雾的二维数值分析

本文应用任意拉格朗日-欧拉法(ALE)对直喷式柴油机缸内气体运动及燃油与空气的混合过程进行数值模拟。采用二维轴对称坐标系和按规定速度运动的任意四边形网格单元,燃烧室可具有较复杂的几何形状。燃油喷雾用气体射流模拟。湍流模型采用简化的亚网格尺度湍流粘性公式。对两台具有伞喷系统的柴油机做了模拟计算,其结果与实验相吻合。     

发动机进气流动三维瞬态数值模拟研究

采用任意拉格朗日-欧拉法(ALE法)和所提出的动态网格生成新方法,实现了车用发动机进气流动过程的三维瞬态可压缩湍流数值模拟,湍流模型采用经压缩修正的κ-ε双方程模型.计算结果揭示了发动机进气过程的三维瞬态流动特性,为发动机进气系统的优化设计提供了理论依据.     

变截面管道中激波诱导的两相流动

本文研究扩张型与收缩型变截面管道中激波诱导的非定常两相流动。对于稀相气固悬浮体采用了双连续介质模型,对于两相流动按照准一维近似处理。控制方程则是利用算子分裂技术和二阶GRP方法数值求解。文中给出了波后气固两相的流动结构,并讨论了粒子对两相流场的影响。     

管道轴向流固耦合振动的行波方法研究

基于梁模型,考虑泊松耦合与连接件耦合的影响,研究了输流管道轴向振动的波传播方程及节点散射模型,在此基础上提出了行波法分析管道流固耦合振动。以轴向位移为基本变量,推导了输流管道轴向振动的波导方程;通过节点散射模型,组集了管道流固耦合的动力学模型,在此基础上,研究了管道在几种不同边界条件约束下,泊松耦合、连接耦合对管道振动的影响。文中算例表明行波法具有建模简单且数值精度高的特点,可以应用到复杂管道的建模与控制中。     

过冷水滴撞击结冰表面的数值模拟

为了计算过冷水滴撞击结冰表面,本文应用雷诺平均Navier-Stokes方程和k-ε两方程紊流模型计算结冰表面外的空气流场。用欧拉法建立了空气中过冷水滴的运动方程,并采用有限控制容积法对方程进行了数值计算。为了提高计算精度,方程中的对流—扩散项采用MUSCL格式进行了离散。计算结果表明过冷水滴的大小和机翼攻角的变化对结冰区的大小和水收集系数的影响很大。      

细长管道耦合振动频率特性及结构可靠性分析

本文针对细长流固耦合作用系统,采用弹性-声学梁模型,用“质量流”作流体变量,位移体结构变量,得出了对称的有限元耦合方程,并据此进行了实例分析。再以渗漏作为管道失效的标准,根据概率断裂力学模型,考虑循环振动应力的影响,用蒙特-卡罗法对管道失效现象进行了数字模拟,给出了不同循环数和循环应力下的失效概率。     

近自由面通气空泡诱导的飞溅水层闭合行为数值模拟

当空泡与自由面距离较远时,两者不会发生界面的直接相互作用,表现为以界面间液态水为间接媒介的弱耦合作用。当空泡靠近自由面时,两者界面发生直接相互作用,表现为空泡通气、自由面飞溅以及水层闭合行为的强耦合作用。本文通过数值模拟分析了强耦合作用下飞溅水层闭合行为。基于开源的OpenFOAM平台的多相可压缩求解器,采用有限体积法直接求解Navier-Stokes方程,并使用流体体积法来捕捉气液界面。结果表明,外部气体进入空泡的时间随着无量纲距离γ和环境压力的增加而减少,飞溅水层闭合高度随无量纲距离γ的增加而增加,随着环境压力的增加而减少。通过对飞溅水层受力分析,获得了近自由面空泡诱导的飞溅水层闭合机制,主要是由水层两侧的压差力驱动,而且,水层闭合时间与环境压力满足-0.92幂次律关系。     

转动壳体行波振动的有限元分析方法

转动壳体由于离心力与哥氏力的影响 ,其振动频率随转速变化 ,并且同一振型对应两个不同频率的前、后行波。本文给出了用有限元法计算转动壳体的有限元公式 ,用 MSC/ NASTRAN的 DMAP语言编制了形成哥氏力矩阵与离心刚度矩阵的程序 ,并将计算结果与实验进行了对比     

固体火箭发动机两相内流场的连续介质-离散颗粒耦合混合模型数值模拟

为解决含Al推进剂固体火箭发动机内流场两相流动的数值模拟问题,采用将颗粒相视为连续介质和离散颗粒相结合的综合方法,建立起气相与颗粒相的双向耦合混合模型。针对颗粒类型与粒径尺寸的不同,采用拉格朗日法描述大粒径颗粒,平衡欧拉法描述小粒径颗粒,克服了现有模型难以全面考虑颗粒尺寸效应而使模拟精度下降的困难,通过算例验证了该混合模型的有效性和准确性。针对含Al推进剂固体火箭发动机内流场湍流气粒两相流动进行了数值模拟,分析了不同粒径尺寸颗粒的分布及其对发动机内流场和结构性能的影响情况。结果表明,大颗粒粒径在跨喷管段变化明显,平均减小30%。粒径40μm以上的颗粒易破碎,且燃烧效率进入平台区,较10μm颗粒下降50%以上,其Al含量均大于60%。     

粘弹性泊松比与动态复数泊松比的研究

论述了静态粘弹性泊松比与动态复数泊松比的各种精确与近似表达式及其测试方法，通过实验计算出一种复合固体推进剂的粘弹性泊松比。本文对获得固体推进剂的精确粘弹性泊松比值具有重要实用意义。     

关于涡量的动力学边界条件

本文讨论了以涡量为变量的流体动力学描述方法中涡量的边界条件问题，并且用有关的数值计算结果对应用各种边界条件的结果进行了验证。     

Statistical Analysis of Velocity Measuring Systems Employing the Photon Correlation Technique

Velocities of fluid flows and solid objects can be measured by performing photon count correlations on laser light scattered from the measuring region, the most common optical configuration being the laser Doppler system. A statistical analysis for the counting process is presented for both the constant velocity case and for turbulent fluid flows with formulations for specific laser Doppler configurations. For turbulent flow, relationships are derived for the shape of the count correlation in terms of the mean velocity and rms turbulent intensity, taking into account the shape of the turbulence correlation curve. Experimental results recorded for both a constant velocity solid object and for an unseeded turbulent air flow in a wind tunnel are presented, and, in the latter case, comparisons are made with hot-wire measurements.     

太阳帆航天器动力学建模与求解

 太阳帆航天器动力学建模与求解是姿态控制与结构振动抑制的基础,具有重要的理论与工程意义。针对带有控制杆和控制叶片的太阳帆航天器,进行结构的合理简化。应用矢量力学基本原理,推导出考虑弹性振动的太阳帆航天器姿态动力学方程,再对其进行简化,分别得到基于控制叶片和控制杆的两类太阳帆航天器的姿态动力学方程,联立太阳帆支撑杆振动方程,结合非约束模态的定义对运行于超地球同步转移轨道的太阳帆航天器动力学方程进行了求解及分析,结果表明所建立的太阳帆动力学模型可准确地描述柔性太阳帆航天器的动力学特性。     

固体火箭发动机的三维仿真研究动态

固体火箭发动机的燃烧过程存在强烈的耦合和非线性现象,目前国内外对其仿真大多采用简单的一维仿真,而美国的高级火箭仿真中心(CSAR)正在开发三维的、完全耦合的固体火箭发动机仿真软件.详细介绍了它的第二代仿真软件GEN2的程序结构、算法及其测试结果,它采用任意拉格朗日/欧拉(ALE)形式的流体和固相控制方程分别求解流场和结构的变形和移动;采用显式的或隐式的时间步迭代法来实现流体/结构间的耦合;应用粘性/体积有限元(CVFE)方案模拟界面间裂纹的动态扩展.测试结果表明:GEN2具有很好的并行可量测性.     

流固耦合振动分析的位移协调型模态综合法

基于无粘可压流体在无旋罚系数下同固体耦合振动分析的位能型泛函,推导了流固耦合振动分析的位移元及位移协调子结构-子区域模型的方程。应用所编程序FSIAP,计算了坝水耦合地震响应的算例,验证了方法及程序。     

电流变液夹层板结构动态特性及振动控制的实验研究

 采用表板为玻璃纤维板的电流变液夹层板进行动态特性试验,分析和研究了含电流变液结构在外加不同电场时电流变液对结构特性的影响以及结构动态反应的变化。试验表明：在电场强度增加的情况下,电流变液夹层板能有效增大结构阻尼,增加固有频率,并较好地抑制结构共振峰,控制结构的动力响应幅值。     

涡轮机械转子/密封稳定性研究综述

介绍了流体密封对转子稳定性的影响。阐述了基于体积流模型和流场计算的稳定性分析方法，及利用密封结构设计对转子动态特性进行主动控制的方法，指出了转子／密封稳定性研究的发展趋势：一是发展适应性强的流体流动和转子动力特性分析的数值计算技术，在转子设计阶段进行流体诱导稳定性分析；二是利用密封刚度阻尼特性。改善转子动态特性。     

Review of research into the concept of the microblowing technique for turbulent skin friction reduction

A new technology for reducing turbulent skin friction, called the Microblowing Technique (MBT), is presented. Results from proof-of-concept experiments show that this technology could potentially reduce turbulent skin friction by more than 50% of the skin friction of a solid flat plate for subsonic and supersonic flow conditions. The primary purpose of this review paper is to provide readers with information on the turbulent skin friction reduction obtained from many experiments using the MBT. Although the MBT has a penalty for obtaining the microblowing air associated with it, some combinations of the MBT with suction boundary layer control methods are an attractive alternative for a real application. Several computational simulations to understand the flow physics of the MBT are also included. More experiments and computational fluid dynamic (CFD) computations are needed for the understanding of the unsteady flow nature of the MBT and the optimization of this new technology.     

关于复合固体推进剂批次间性能差异的研究(报告之二:药浆的粘度分析)

复合固体推进剂药浆是固体粒子含量很高的粘性流体。影响其粘度的除了粘结剂的度粘外,主要还有固体粒子的容积百分比和尺寸匹配。文中介绍了计算药浆粘度公式,还就粒子形状、尺寸、表面性质对有粒子悬浮的浆液粘性影响作简要回顾。文中还指出,由于药浆的固体粒子含量高,用不同测试方法测得的药浆粘度可能会差距甚大以及粒子容积含量的少量不均匀性可能会导致粘度值差很多。