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。     

高温结构可靠性分析的时变响应面法

高温条件下结构的本构方程和承载能力都随时间变化,传统的结构可靠性模型在分析这种时变结构可靠性问题时效率较低.提出一种可用于高温结构可靠性分析的热响应与响应量阈值均随时间变化的时变响应面法.首先,通过引入结构各基本变量与时间的交叉二次函数并结合Box-Behnken试验设计建立结构热响应量的时变模型;进而,以温度为中间变量,建立结构响应量阈值与时间的函数关系,据此得到用随机过程表示的时变极限状态函数.具体给出了基本变量服从正态分布情形下的结构时变可靠度计算方法.算例分析表明该方法切实可行,能够在保证计算精度的基础上大幅提高计算效率.      

金属材料表面形貌对微观力学行为的影响

利用原子力显微镜对不同金属试件表面的三维形貌进行了定量表征和分析,并通过建立有限元模型研究了表面微观应力集中的分布及变化.结果表明:不同的表面处理方式、不同的材料性质对表面微观形貌的影响非常明显,而且在金属表面,微观应力的分布与其微观形貌紧密相关,当表面处理方式改变时,表征参数的全面改变是导致微应力集中变化的主要原因,在评价表面状态对疲劳性能的影响时,不能仅考虑表面粗糙度的改变,应当综合分析各表征参数的变化.     

随机响应面法在结构随机响应计算中的应用

传统的响应面方法以一般多项式逼近结构的随机响应,但这种方式并不能保证收敛性.以随机多项式为基础的随机响应面方法,可以弥补这一不足.两个数值例子和一个发动机轮盘实例来验证这一方法的有效性.结果表明:随着随机多项式次数的增加,随机响应面所得到的响应概率密度曲线愈加趋近于由蒙特卡罗方法所得到的概率密度曲线.      

基于模拟退火算法与响应面模型的三维气动优化设计方法

提出了一套适用于高耗时三维气动设计问题的优化设计体系.其主要思想是采用改进拉丁超立方体试验设计选取样本点,应用自行开发的三维粘性流场求解程序进行流场计算建立数据库,采用二次响应面方法建立近似模型,再应用高效模拟退火算法进行全局寻优.以NASA rotor57为对象,在详细进行流场计算基础上采用所提出的优化体系对其进行了三维积叠优化设计.在对流量、效率加以严格约束的条件下,总压比可提高1.8%,对流场结构进行了分析.优化结果表明本优化方法省时,适于三维气动设计的特点.     

水下运载体导航技术

本文第一部分综合了国外近几十年根据不同需求形成的多种水下导航技术,论述了面上导航信息利用水声技术向水下转化的多种形式以及利用不同地球物理参数与地理位置相关性导航的各自特点与问题,论述了在测绘海底地形、重力与其它地球物理特性及其变化时在传感器层面和任务层面融而为一所形成的独具水下特色的同步定位与建图(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)导航技术,论述了NavLab作为一个通用工具软件在水下导航系统研发、精度分析以及作业前导航功能规划和导航信息事后处理方面的独特作用。本文第二部分以极具代表性的挪威HUGIN AUV系列产品军民两用为实例,根据任务和导航功能需求,从其“导航工具箱”(ToolBox)选择适用手段,给出典型任务对应的导航方式和传感器。文章结束部分给出了基于先进人工智能技术的未来展望。     

The effect of small vibrations on Marangoni convection and the free surface of a liquid bridge

The effects of small vibrations on Marangoni convection were investigated experimentally using a liquid bridge of 5 cSt silicone oil with a disk diameter of 7.0 mm, and an aspect ratio close to 0.5. Experiments were performed to determine the critical temperature difference data for no vibration case and with small vibrations applied. The experimental results have shown that the effect of small vibrations on the onset of oscillatory flow is small since the critical temperature difference data for different aspect ratios were not affected by the vibrations. To clarify the surface oscillation phenomena induced by external vibrations, a 3-D numerical simulation model was also developed using a level set algorithm to predict the surface oscillations of isothermal silicone oil bridges. By subjecting the liquid bridge to small vibrations, the surface oscillation characteristics were predicted numerically, and the numerical results compared well with the predictions of an analytical model proposed previously. Furthermore, the effect of small vibrations on the surface vibration amplitude of the liquid bridge is also discussed.     

Effect of non-uniform basic temperature gradient on the onset of Marangoni convection in a fluid with suspended particles

The effect of a non-uniform basic temperature gradient on the onset of convection driven by surface tension in a horizontal layer of a Boussinesq fluid with suspended particles confined between an upper free, constant heat flux boundary and a lower rigid isothermal boundary is considered. The microrotation is assumed to vanish at the boundaries. A linear stability analysis is performed. The Rayleigh–Ritz technique is used to obtain the eigenvalues. The influence of various parameters on the onset of convection has been analyzed. Six different non-uniform basic state temperature profiles are considered and their comparative influence on onset is discussed. It is observed that the fluid layer with suspended particles heated from below is more stable compared to the classical fluid layer without suspended particles. The problem has possible applications in microgravity situations.     

带副翼三维机翼绕流的N-S方程解

提出了一种求解带副翼偏转三维机翼绕流的N-S方程计算方法。采用对接分区网格与分区求解算法的结合,有效地求解绕此外形的复杂流动。提出了一种满足通量守恒的内边界耦合条件。数值方法中选用vanLeer分裂格式离散无粘通量项,并构造了一种Limiter函数以保证TVD性质,采用中心差分格式来离散粘性通量项。数值算例表明该方法是求解带操纵面偏转的机翼绕流的有效方法。     

表面涂层技术在航空发动机上的应用

介绍了保护、封严、密封、热障等涂层产品及其在航空发动机上的应用。这些涂层的应用提高了发动机可靠性 ,延长了发动机使用寿命