V型缺口根部裂纹应力强度因子的有限元分析

各种宏微观缺口会导致局部的应力/应变集中,疲劳裂纹往往萌生于缺口根部,缺口根部与裂纹前沿的三维应力场相互作用使得缺口根部裂纹前沿的应力场非常复杂,很难得到精确的解析解.文中利用三维有限元方法系统研究了V型缺口根部裂纹前沿的三维应力场,分析了缺口约束对裂纹前沿应力状态的影响,建立了考虑缺口约束影响的应力强度因子经验解,对实际应用具有指导意义.     

展向不同间距壁面粗糙元对近壁湍流拟序结构的影响

采用氢气泡流动显示技术,研究了壁面不同展向间距粗糙元对近壁湍流拟序结构的影响.实验中粗糙元布置在氢泡丝前,其间距按如下两种排列设置:粗糙元直径的0、1和3倍,等间距1、2和4cm;每种情况粗糙元直径均为2.3、4和6mm.基于平均流速和水力直径的流动雷诺数从14000到48000变化.实验观测了光滑壁面和粗糙元壁面的近壁湍流拟序结构条带特征.发现:对于两种不同排列,相同雷诺数和相同粗糙元间距条件下条带有量纲间距均随着粗糙元直径增大而减小,条带有量纲高度均随粗糙元直径的增大而增大;相同雷诺数和相同直径粗糙元条件下条带有量纲间距均随着展向间距增大而增大,条带有量纲高度均随展向间距的增大而减小.粗糙元壁面湍流条带有量纲间距均比光滑壁面小,条带有量纲高度均比光滑壁面大.研究结果对近壁湍流的流动控制具有重要指导意义.     

低(变)湍流度风洞设计再探讨

在资料调研与总结国内约20年来成功研制低(变)湍流度风洞的基础上,介绍了这类风洞设计思想中几点有新意的方法,供设计者参考.对减湍起决定作用的稳定段布局设计给出了一组综合性图线;对减湍起重要作用的收缩段设计提出了通用便捷的方法;对全系统起优化作用的风扇动力段及拐角导流片设计研制等有一定的新见解.     

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.     

微型燃气轮机喷嘴射流和雾化特性研究

为在微型燃气轮机内营造低氧贫燃氛围以实现液体燃料的节能减排,利用可适性多普勒激光测速仪APV/LDV对改造喷嘴附近截面进行了测量和分析,用以考查近喷嘴处的气液混合夹带情况以及雾滴尺寸及分布.结果发现:增加外部涡旋气流后,喷孔附近雾滴的动量增大,雾锥内出现一小回流区,对应湍流度较大区域附近;燃烧时较大切向动量及湍流度利于空气与周围高温烟气迅速混合形成低氧环境,并和雾滴掺混进行热量和动量的传递;喷孔出口雾化角增大,使得雾滴更加分散,利于雾化、气液混合和传热传质;所有实验工况雾滴平均直径低于50μm,且为偏高斯分布.该研究为液体燃料喷嘴的设计提供了参考,可作为微型燃气轮机燃烧室热态反应物流场的参考依据.     

II型裂纹扩展与绝热剪切带传播的数值对比

通过数值计算的方法,对比绝热剪切带内裂纹扩展和预制II型疲劳裂纹扩展的动态性能参数。分析热塑失稳现象中裂纹的传播与绝热剪切带传播的关系。采用ABAQUS/CAE进行二维模型建立,预制疲劳裂纹和绝热剪切带,分析计算了材料在2种情况的应力应变时间曲线、II型动态应力强度时间历程以及裂纹扩展速度。计算结果表明,预制绝热剪切带与预制疲劳裂纹对于材料的破坏方式影响一致,即裂纹跟随绝热剪切带传播最终导致材料失效。     

基于主被动量子关联成像的超分辨抗干扰探测系统研制

针对大气湍流以及不同光照条件下难以成像的问题,提出了基于空间光场调制的主被动量子关联成像方案。研制了超分辨抗干扰的主被动量子关联成像原理样机,并完成了超分辨、抗大气湍流以及不同光照条件下的外场实验,验证了主被动量子关联成像原理样机的全天时抗干扰成像能力,实现了超分辨的远距离成像探测。本方案为远距离遥感、极弱背景探测提供了一种有效的成像技术手段。     

不可压壁湍流中基本相干结构

条带和流向涡作为壁湍流中的两类基本相干结构,对于理解壁湍流的生成演化具有重要意义。本文首先回顾了充分发展不可压壁湍流中,这两类基本相干结构从近壁区到远壁区、从低雷诺数到高雷诺数的发现、发展历程,并着重点论述其自相似和自维持的两个核心特征。然后,进一步讨论基于湍流自维持过程发现的一系列精确相干态,从N-S方程不变解的角度精确地描述了条带和流向涡构成的自维持单元。精确相干态同时具有自维持和自相似特征,且维度更低,构成了充分发展壁湍流的骨架,为采用动力系统理论研究壁湍流奠定了基础。近些年,精确相干态在解释亚临界转捩方面也获得了较大成功,为转捩的研究提供了新的视角,有望从动力系统角度关联湍流与转捩两个经典问题。     

微吹气对湍流平板边界层流动特性的影响及其减阻机理

微吹气技术能够改变平板湍流流场结构,减小平板表面的摩擦阻力。采用直接数值模拟方法,计算了来流马赫数0.7条件下,流场流过光滑平板和NASA-PN2多孔平板表面两种情况,通过对比这两个算例的相关流场特征,验证了微吹气控制减阻的有效性,局部最大减阻率达到了45%,并且由于微吹气控制的"记忆"功能,减阻效果在微吹气流域下游仍会持续一段距离,增加了减阻区域的流向面积。壁湍流摩擦减阻的原因在于近壁区域出现了一个低速的"湍流斑",黏性底层厚度增加,速度型曲线被抬升。但与此同时,边界层内湍流速度脉动也得到了增强。进一步对流向脉动涡演化规律分析,发现微吹气对流向脉动涡发挥着多重作用。在增加流向脉动涡强度的同时,还使得流向涡团向远离壁面抬升,这样减小了流向涡与壁面之间直接作用。此外,微吹射流产生的冲击作用会在流向涡表面留下凹痕,使得流向涡分散成相对小的涡团结构。     

气密机身纵向裂纹非线性鼓胀因子数值研究

为了研究不同几何参数包括壳半径、壳壁厚度和裂纹长度对鼓胀因子的影响,应用有限元软件ABAQUS,通过几何非线性有限元分析,计算含纵向裂纹无加强柱形壳鼓胀因子的数值,并与现有的经验公式进行对比,同时讨论双轴载荷比对鼓胀因子的影响。结果表明:大部分几何参数对鼓胀因子的数值有显著影响;现有经验公式存在局限性;当双轴载荷比从0.5增长到1.0时,鼓胀影响降低了约20%;当双轴载荷比从0.5降低到0时,鼓胀影响增加了约28%。