带自由表面水流的分离涡模拟

目前水动力学问题的数值求解仍然广泛采用RANS模型,特别对于大尺度的地表水流的数值模拟,该类模型计算效率较高,但其难以给出湍流场的小尺度涡结构.深入研究复杂地形条件下的水流运动,需要发展诸如LES等的高级数值模型.天然地表水流,地形、边界复杂,雷诺数通常较高,高级数值模拟受限于计算能力的限制,还难以工程应用.RANS和LES混合模型是目前具有工程应用的一种混合数值模型,其已经在CFD领域获得了长足发展.然而对于地表水流运动的数值模拟,相关工作还较少.本文将分离涡模型(DES),即一种RANS和LES的混合模型,应用于带自由表面的地表水流运动,建立了一套数值仿真模型.模型基于有限体积法,水平面内采用非结构计算网格,垂向为结构化网格,对流项离散格式采用二阶TVD格式,并行基于OpenMP语言库.算例表明DES模型有助于揭示复杂地形条件下带自由表面水流的大涡拟序结构.     

基于格子Boltzmann方法表面形貌对微通道对流换热的影响

为推动微通道冷却技术在航空发动机中的应用,进一步提高航空发动机性能,本文通过扫描电子显微镜、粗糙度扫描仪等多方式扫描得到实际加工物体表面形貌,结合分形理论进行处理,得到真实、光滑、分形插值、康托尔集四类圆形截面管模型,管径100μm~400μm;采用格子Boltzmann方法进行数值模拟,首先通过与文献中实验结果的对比,验证了此方法的正确性,然后对空气在这四类圆形截面微通道中的对流换热特性进行了数值模拟,计算雷诺数Re范围80~640;结果发现：表面形貌是微通道中对流换热不可忽略的因素,相对粗糙度越大越有利于换热,真实扫描管的换热性能要比相同条件下光滑管高2.22%;分形理论可用于微通道表面形貌的构建,在相同迭代次数下,分形插值模型与真实扫描形貌换热性能相差0.03%,而康托尔集模型与真实扫描形貌换热性能相差1.88%,分形插值模型较康托尔集模型更能真实地反映实际形貌;微通道中,随着雷诺数的增加Nu将不再是常数,而是有增加的趋势。     

铣削参数对GH4169高温合金表面完整性的影响

通过球头铣刀铣削工艺试验和表面状态测试,采用响应曲面法研究了铣削参数对GH4169高温合金表面完整性的影响,建立了表面粗糙度和表面残余应力预测模型,获得了铣削后GH4169高温合金表层微观力学和微观组织分布。结果表明：表面粗糙度与每齿进给量和铣削深度呈正相关,表面残余压应力与铣削深度呈正相关,与进给量呈负相关,随着铣削参数水平的增大,铣削表层趋向于残余拉应力状态;表层出现加工硬化现象,铣削参数水平的增大使得硬化层加深,最大硬化层深度约为65 m;近表层晶粒被切断破坏,发生了塑性流动,塑性变形层深度在10～25 m范围。     

低温等离子处理对PTFE表面性能的影响

采用He,O2为处理介质,对PTFE(聚四氟乙烯)薄膜进行了低温等离子体表面改性.分析了表面元素,测试了接触角和表面能,用原子力显微镜观察了PTFE表面形貌.研究表明:经等离子体表面处理后,PTFE接触角降低,表面能提高;经He处理后,水接触角由108°最低下降至82.4°,表面能由24.0mJ/m2到34.4mJ/m2;经O2处理,水接触角由108°下降到了80.6°,表面能为35.8mJ·m2.形貌观察表明,处理后的PTFE表面粗糙度明显增加,引入了含氧官能团.另外,得到较佳的处理参数:O2为处理介质、功率300 W.     

基于两级直角网格结构的三维DSMC算法研究

结合直角网格计算的高效率以及表面非结构网格对飞行器几何外形的精细描述,本文建立了基于两级直角坐标网格结构的DSMC数值模拟算法。一级网格为计算区域离散后的背景网格,二级网格为独立的碰撞网格和取样网格,是在背景网格的基础上根据流场性质的变化经过自适应后获得的亚网格,碰撞分子对在亚网格内选取,以保证选取的分子是"最相邻的"。计算的Orion飞船外形从自由分子流到稀薄过渡流的气动力系数,与DS3V和DAC软件计算结果的一致性非常好,验证了本文算法的可靠性和有效性。同时对过渡区的流动特征和表面气动参数的分布规律进行了分析。     

热控涂层电子辐照效应

研究防静电Kapton二次表面镜(ITO/Kapton/Al)、S781白漆两种典型热控涂层,在不同能量电子辐照后太阳吸收比退化情况,并利用X射线光电子能谱和扫描电子显微镜对样品表面的成分和形貌进行了分析。结果表明:相同电子注量下,不同能量电子对样品的太阳吸收比退化作用程度是有区别的。而样品光谱反射率、表面形貌、表面成分的损伤效应类似,说明不同能量电子辐照下,样品的退化机理是一致的。     

TC17钛合金高速铣削表面粗糙度及参数灵敏度研究

采用单因素试验法,对硬质合金刀具高速铣削TC17钛合金时,切削参数对表面粗糙度的影响规律进行了研究,为钛合金整体叶盘叶片类零件精加工的高速切削工艺参数优化提供了试验依据.对切削参数的灵敏度进行了分析,可以看出,每齿进给量对表面粗糙度的影响最为敏感,其次是切削速度和铣削深度.     

飞机地面除冰设备能发展现状与未来

飞机地面除冰设备是一种通过喷洒液体溶解、清除飞机表面冰雪覆盖物的地面保障设备。本文在介绍飞机地面除冰设备的构成、分类和使用除冰／防冰液除冰作业工艺的基础上,论述了飞机地面除冰设备在扩展作业空间、改善操作环境、节约使用除冰／防冰液．优化加热系统方面的发展与进步。     

机翼电加热防冰表面内外传热的耦合计算

分析了机翼防冰表面的传热传质现象,对电加热防冰表面内外传热耦合计算进行了研究.采用附面层积分法对机翼表面传热系数进行计算.根据传热传质比拟得到了防冰表面蒸发量.建立表面微元的能量与质量守恒差分方程组,利用高斯-赛德尔迭代法求解,将外部防冰载荷、蒙皮弦向导热和内部加热热流三者耦合,采用亚松弛系数稳定迭代过程,最后得到平衡表面温度、溢流水和溢流结冰的范围.计算结果和文献中试验以及其他数值仿真结果比较,吻合较好,表明了模型及计算方法的正确性.      

Jerusalem十字架型FSS的仿真设计

在飞行器隐身技术的研究中发现,雷达天线系统通常在飞行器鼻锥方向产生很强的RCS贡献[1]。因此,如何减少雷达天线带外的RCS而又保证自身雷达正常工作已成为目标隐身技术中的一个关键课题。文中介绍了由Jerusalem十字架型振子单元构成的带阻式频率选择表面来有效的控制电磁波的传输和反射,利用单个单元和周期性边界条件的性质,采用理想匹配层(PML)吸收边界、周期边界相结合的方法对无限大频率选择表面进行仿真。借助于有限元软件Ansoft HFSS对Jerusalem十字架型FSS进行了软件建模,并对Jerusalem十字架外形及平面波入射角对频率特性的影响分别进行了仿真,给出了表面波频率选择特性随Jerusalem十字架几何参数和平面波入射角的变化而变化的趋势。