水滴撞击冻结过程的数值模拟研究（英文）

利用发展起来的数值算法模拟了微尺度水滴在冷表面上的撞击冻结过程,采用格子玻尔兹曼通量求解器计算流场,应用相场方法追踪水气界面,基于焓模型确定冰水界面。通过与实验对比水滴在表面上撞击冻结过程中的外形,验证了数值方法的准确性与可靠性。本文研究水滴动态冻结过程时考虑了水滴尺度、撞击速度及冷板温度3个因素的影响。结果表明,水滴底部冻结限制了水滴在表面上铺展后的弹跳过程,可能形成帽子状的形态。水滴撞击速度增加,冰层在水滴径向上发展更快,水滴与表面间的传热增强。另外,温度控制着水滴中心的动力学过程,当表面温度更低,水滴可能会在中心出形成凹坑。通过对水滴内部温度分布情况分析可知,热流密度随着离冷表面距离的增加而降低。随着结冰增长,水滴轴线上逐渐降低的温度与冷表面温度呈非线性关系,表面温度越低,由于温差增加,冰层内部的无量纲温度变得越低。     

霜状结冰及其对机翼气动特性影响的数值模拟

在霜状冰结冰过程及结冰对机翼气动特性影响的数值模拟中,基于壁面函数法引入了粗糙度影响,结合欧拉坐标系下空气-过冷水滴两相流动控制方程的计算,文中以NACA0012为对象进行了霜状冰结冰过程的数值模拟,并把计算得到的冰形与试验数据及国外的结冰预测软件的结果进行了对比.本文同时考察了结冰对机翼气动特性的影响,结果表明结冰后最大升力系数降低了26%,失速攻角降低了3°,并且阻力系数也有了增加.     

大气冰非等径孔隙细观结构随机建模方法（英文）

大气冰内部孔隙细观结构是影响其宏观力学性能的关键因素,然而传统方法在精细化模拟孔隙结构中存在局限性。为了更准确地模拟大气冰孔隙细观结构,提出了一种基于统计原理的建模新方法。首先,通过图像识别获得大气冰孔径的统计信息。然后,通过拟合优度检验筛选确定与孔径真实分布相匹配的最优分布函数。其次,给出大气冰模型边界几何尺寸计算公式,并考虑孔隙相交情况,生成大气冰非等径孔隙细观结构随机模型。仿真结果表明,所生成大气冰模型中的孔隙定量信息与实验结果吻合较好,验证了建模方法的准确性和可行性。此外,系统讨论了二维、三维情况下模型参数对孔隙率精度与计算效率的影响。当模型中的孔隙数量达到50时,能够较好地实现孔隙率精度和建模成本之间的平衡,为后续力学性能精细化仿真提供支撑。     

飞机结冰中水滴撞击特性欧拉法的网格影响分析（英文）

过冷水滴撞击特性计算研究是飞机结冰预测与防除冰系统性能分析的基础,欧拉法是过冷水滴运动及撞击特性计算的常用方法之一,分析欧拉法在计算复杂表面水滴运动撞击时的准确性具有重要意义。以NACA0012翼型、冰风洞风道、S形进气道及三段翼为研究对象,利用欧拉法采用不同网格计算获得了水滴运动及局部水收集系数,结果表明：当水滴运动没有受到上游部件的导流或者遮挡时,欧拉法计算结果具有网格无关性;当水滴运动受到上游部件影响发生轨迹偏转时,欧拉法计算结果具有网格相关性,不同网格计算得到的液态水含量及局部水收集系数不一致,需要进一步考虑水滴运动受到上游效应影响时网格对欧拉法计算结果的影响。     

考虑水滴动力学效应的结冰试验相似准则

为了突破结冰风洞进行模型缩比试验时可能遇到的试验段尺寸和风洞模拟能力2方面的限制,本文从保证绕流流场相似、水滴运动和撞击特性相似以及结冰过程的热力学特性相似等角度出发,对影响飞机结冰过程的相似参数进行提炼,提出水滴运动及撞击过程中的水滴变形/分裂相似要求为韦伯数相似和水滴飞溅相似要求为撞击参数K相似这2个约束条件,综合已有常规结冰相似准则的研究,建立了一套考虑水滴动力学效应的结冰试验相似准则。并采用数值模拟的方法,对所提出的相似准则进行了验证,结果表明,该准则有效,可以应用于冰风洞试验,作为试验的理论指导和参数选取依据。     

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。     

分离涡模拟类方法发展及在叶轮机械内流场的应用

分离涡模拟(Detached eddy simulation,DES)方法是目前支撑叶轮机械精细化设计的高精度且工程可实现的数值模拟方法之一。本文简要回顾了DES类方法的发展历程、存在问题和解决方法,并以基于一方程的DES类方法为例阐明其构造思路。在准确性验证方面,针对叶轮机械中普遍存在的分离和转捩现象,结合当前DES类方法对经典物理模型的模拟结果,分析了DES类方法对该现象的预测能力。在此基础上,对DES类方法在直叶栅、亚声速和跨声速叶轮机械内流场的预测精度及应用现状进行了简要评述,并着重分析了当前DES类方法在叶轮机械应用中需要兼顾的问题,为下一步DES方法在高性能压气机设计中的应用提供参考。     

H-S管激励振荡流动的数值模拟及实验研究

Hartmann-Sprenger(H-S)管在一定条件下,可以使射流气体产生按一定频率激励的强烈振荡.对H-S管的振荡流动进行了数值模拟和实验研究.数值模拟结果显示出H-S管在吞吐模式下流场的周期变化,在对应的试验瞬态纹影图上,则观察到相应的吞吐射流气体,揭示了H-S管激励的工作机理.通过大量的实验研究,对小管径共振管的频率估算公式进行了修正,提高了振荡频率估算的准确度,为以后设计给定激励频率的射流喷嘴奠定了基础.     

旋射流气波制冷机实验研究及数值模拟

针对目前气波制冷机的接受管开口端存在较多熵增因素从而制约制冷效率进一步提高的缺点,借鉴了透平膨胀机制冷机理,将现有气体分配器改型,融入旋射流作功机理,加大出流偏角,使射向接受管气体射流反冲膨胀作功,减少熵增、降低入射气体的射流速度,从而有效改善接受管入口端射流气体的流动状况,达到降低工质速度、减小总焓及提高等熵效率的目的.利用Godunov格式建立了管内非定常流动与管壁传热数学模型,对接受管内激波的流动进行了数值模拟,计算结果与实验测量值趋势相同,可为气波制冷机的改造、设计及优化提供参考.     

华北地区一次雷雨过程的分析和数值模拟

本文利用多种资料对华北地区一次雷雨天气过程进行了分析,并采用WRF中尺度数值模式对本次过程进行了模拟,同时对不同的起报时间、不同的嵌套方式等进行了敏感性试验。结果表明:(1)WRF模式较好地模拟出了雷雨发生的形势场、水汽条件和能量条件;(2)起报时间和嵌套方式对形势场预报影响不大;(3)三层双向嵌套和两层双向嵌套相比,对于降水偏大的情况有明显的改善。     

SMB色谱分离过程简化模型辨识

在线性等温线条件下针对葡萄糖和果糖两组分SMB色谱分离过程,依据机理模型设计了恰当的仿真实验,基于MIMO-ARX模型类对其进行了简化模型辨识。根据模型验证结果,分析了不同样本数据和模型结构参数对模型精度的影响。获得的简化模型对机理模型的动态行为具有较好的逼近能力．对基于模型的控制器设计具有一定的指导意义。     

单板式相变换热器内冰在热空气中融化过程的数值模拟

为了提高相变换热器的换热性能,探索相变材料相变过程对换热性能的影响,对二维单板式相变换热器的传热过程进行了数值模拟.采用温度为315 K的热空气作为换热流体,265 K的冰作为相变材料,研究了不同时刻冰的熔化特点.通过改变单板式相变换热器的入口温度和入口流速,研究在不同入口边界条件下换热器模型中换热流体和相变材料之间的...     

旋转脱冰试验与数值模拟研究

航空发动机旋转件的冰脱落会对进气系统造成不能接受的机械损伤,因此需要对旋转脱冰现象进行研究。脱冰研究主要分为两部分：冰风洞实验室的旋转脱冰试验和基于有限元软件的仿真计算。通过试验得到了不同工况下冰脱落时的冰型、结冰质量和密度等相关数据。通过仿真计算得到附着在固体表面冰的应力分布情况。试验结果显示,在较低温度下形成的霜冰相比于较高温度下形成的明冰更难发生冰脱落现象。仿真结果显示,霜冰内聚力呈现小于剪切黏附力的特性,明冰的内聚力呈现大于剪切黏附力的特性。     

97．5．8华南地区暴雨过程的数值模拟

用非静力平衡的中尺度数值模式MM5V3版，模拟研究了1997年5月8日OOUTC至5月9日OOUTC，发生在华南沿海地区的暴雨过程。结果表明：该模式比较成功地模拟预报了产生该次暴雨的环流形势、急流位置及其强度、暴雨的范围、雨量中心；通过分析数值试验的结果表明：凝结潜热释放的加热作用对暴雨产生和华南低空急流的维持是十分重要的。     

双锥流量计流出系数特性的数值模拟与试验研究

提出了一种新型的差压式流量计——双锥流量计,利用Fluent仿真软件与实流实验相结合的方法,探索雷诺数、双锥直径比β对双锥流量计流出系数的影响规律.针对50mm管径,共加工了6个不同β值的双锥流量计.经过模拟计算,得到其流出系数与雷诺数有关,但在一定范围内趋于一个定值.此外,不同β值对流出系数的影响很小,在一定误差允许条件下可近似认为双锥流量计流出系数与β无关.进一步用实流实验验证了模拟结果的正确性,得到模拟计算的预测误差小于3%.     

树脂基复合材料固化过程中温度场的数值模拟

树脂基复合材料的热固化成型是一个力、热与化学反应相互耦合的过程。文中就其热固化过程中温度场分布的数学模型进行了研究,在此基础上利用有限元方法并结合OOP(Objectoriented program m ing)技术实现了对复合材料固化过程中温度场的数值模拟,讨论了板厚、升温率等因素对温度分布的影响。计算结果表明,固化过程的升温速率应根据复合材料层板的厚度加以合理地选择,以保证温度的均匀分布     

火烧炉内气相燃烧过程的三维数值模拟

本文对某工业火烧炉内的三维湍流气相燃烧场特性进行了数值模拟,湍流模型采用可实现k-ε双方程模型,湍流燃烧采用有限速率/涡耗散模型,辐射换热采用P1模型,数值方法采用SIMPLE算法,实现了炉内火烧试验的数值再现,特别考察了入口压力、燃料/空气比、多烧嘴不同组合工况等因素对炉内温度场和流场的影响,并对该火烧炉的运行提出了一些合理化建议,为其实际运行提供了有益的参考。     

电渣熔铸过程渣池深度对金属熔池影响的数值模拟研究

电渣熔铸过程中,金属熔池深度直接影响熔铸件的结晶,从而影响钢锭的质量。本文借助大型通用有限元软件ANSYS．对不同渣池深度的金属熔池进行了模拟研究,得出金属熔池深度与渣池深度之间存在非线性函数关系。模拟结果与实验值吻合较好。运用此模型可预报金属熔池状况。指导实际生产。     

非定常同向激波边界层干扰的实验和数值模拟

运动激波在波前同向气流中传播时与壁面附近边界层发生的相互作用,既不同于定常的激波边界层干扰,也与普通激波管中端壁反射激波与边界层的作用有很大差异。通过实验和数值模拟对这一问题进行研究表明,激波与边界层作用后,波面在壁面附近发生了明显弯曲,且触及壁面;弯曲的激波与壁面进一步作用后发生反射,由于波前气流速度不同,这种反射存在规则反射和马赫反射两种类型;由于激波反射,波后壁面附近形成了一个高压区;激波与边界层作用后,波后边界层内出现了一系列高低压区相间的流场结构。     

尖头细长体中小迎角流动结构的数值模拟和实验研究

利用可压缩层流Navier-Stokes方程模拟了尖头细长体中小迎角的流动结构。给出了4个迎角状态的物面流谱,分析了极限流线随迎角的发展过程;给出了25°迎角的横截面流谱,分析了它们的拓扑特征。展示了由主涡涡对、二次涡对和Tertiary涡对等三重涡组成的完整的涡系结构,强调了Tertiary涡在涡系演化中的意义,及其沿轴向发展过程中迹线的合并与分叉现象。计算与实验结果定性一致。