基于MEMS传感器的高速风洞壁面剪切应力直接测量技术

提出了一种新的壁面剪切应力测量方法,使用锯齿状排布的MEMS传感器作为敏感元件,在高速风洞中对研制的剪切应力测量设备进行了原理验证实验.实验结果显示湍流中的局部壁面剪切应力大小是层流中的两倍以上,监测局部剪切应力可以作为一种有效的边界层转捩的实验判定方法.利用这一方法测得的转捩区与使用脉动压力测试技术测得结果一致,验证了通过MEMS元件监测局部剪切应力作为边界层转捩测量手段的可行性和可靠性.     

局部粗糙边界层流中二维T-S波的非线性演化

采用局部喷、吸、喷与吸组合的结构来模拟局部粗糙壁面,通过数值计算获得了稳定的三维边界层基本流的数值解.在此基础上,研究了最不稳定的和稳定的二维扰动T-S波在时、空间演化过程中非线性问题;探讨了局部粗糙的形式、强度大小及分布结构对二维T-S波的非线性演化的影响及其对增长速率贡献的大小.数值结果表明,三维局部粗糙壁面诱导产生的基本流是扰动波得以增长的关键因素;最不稳定的二维扰动T-S波在非线性演化过程中,由于非线性相互作用的不断增强,逐渐诱导激发出三维扰动波及高次谐波,其三维扰动波的流向波数和频率与二维扰动波的流向波数和频率大致相同.此外,展向速度的大小激励着二维扰动波的快速增长,随后发生初次失稳、流向涡形成、正负相间剪切层逐渐增强、诱导产生三维不稳定扰动波及高阶失稳等机制.上述结论与实验结果相吻合.     

从约束试验提取阻尼自由结构主模态

对于大型自由结构,如大型运载器,要实现自由状态下的模态试验是愈来愈困难了。为此,人们被迫只好对这类结构进行约束状态下的模态试验。这样就要求从约束状态试验所测得的数据中提取到原自由状态下的试验模态参数。本文针对这个问题提出了一种“提取方法”。数值模拟结果表明,该方法的精度相当满意,不论是无阻尼,还是考虑有阻尼的情况,都可以获得工程上满意的结果。     

两相圆湍射流喷口小突片对强化射流混合作用影响的流动显示

通过流动显示研究了Re=2350,粒子平均直径分别为150μm和350μm的两相圆湍射流中喷12加装小突片对射流混合的作用。探讨了不同粒径颗粒的存在对喷口小突片的射流混合作用的影响。通过PDA测量验证了流动显示结果。表明在150μm和350μm颗粒存在的情况下,小突片使射流核心区缩短的作用更加明显,而对射流的扩散作用却有所抑制。     

三维旋转效应对叶片非定常气动特性的影响

在旋转的作用下，流动分离向下游延迟，结果大大改变了风力机叶片的气动特性，这种由旋转所带来的影响被称为三维旋转效应。本文以叶片表面边界层理论分析的结果为基础，给出了三维旋转效应对气流分离影响的解析关系，使得这一复杂问题可以方便地解决，为准确计算旋转叶片的气动栽荷提供基础。通过算例表明，当这一三维旋转效应应用于叶片非定常气动特性计算时，能大大改善计算结果。     

燃烧室冷态流场的数值研究

在任意曲线坐标系下对环形燃烧室三维冷态流场进行数值模拟。采用偏微分方程法和区域法生成三维贴体网格,紊流模型采用标准k-ε模型和重整化群k-(εRNGk-ε)模型,在非交错网格坐标系中采用SIMPLE算法求解。数值分析两种紊流模型对火焰筒内气流流动的影响,并与实验结果相比较。结果表明,与标准k-ε模型相比,RNGk-ε模型更适用于模拟紊流流动。     

液体火箭发动机管路热防护研究与瞬态仿真分析

为了保证发动机正常工作,需要对管路进行保温设计。对管路热环境进行了仿真,利用ANSYS软件编写APDL程序,对一定厚度发泡层的空间管路进行了热分析,得到了管路的瞬态温度场。为了减小管路发泡层的厚度,采取在管路外侧利用电流加热;该改进方案在减少了管路重量的同时,也增加了管路的安装空间。该仿真分析为发动机管路的保温设计奠定了基础。     

卫星过渡支架附加约束阻尼层减振效果验证

某型号卫星过渡支架、卫星支架及卫星在进行轴向方向振动试验时,在一阶共振频率33.67Hz时,经过卫星过渡支架加速度响应放大4.24倍,从而导致提供给卫星的界面振动条件过高。为了降低星箭界面振动量级,对卫星过渡支架采用增加约束阻尼层的方法进行减振。通过试验的方法对附加约束阻尼层减振效果进行了验证,试验结果表明随着振动量级增加约束阻尼层减振效果越明显,在0.15g输入条件下,星箭界面加速度响应减少15.1%~16.1%。对于过渡支架本身,应变响应减振效果比加速度响应减振效果更加明显。     

功能电极烧蚀加工典型难加工材料实验研究

为研究功能电极电火花诱导烧蚀加工对难加工材料的适用性和影响因素,选取镍基高温合金GH4169、淬火模具钢Cr12、钛合金TC4、钛铝合金TAC-2四种典型难加工材料进行常规电火花加工(Electric discharge machining,EDM)和功能电极烧蚀加工对比实验。结果表明:烧蚀加工对难加工材料有广泛的适用性,其加工效率分别为相同条件下常规电火花加工的37.3倍、13.5倍、58.7倍和13.7倍。研究发现:随着金属活泼性的提高,燃烧消耗和燃烧热的熔化作用增强,烧蚀作用增大;烧蚀加工表面的氧化层特性对烧蚀加工效率的提高有决定性作用;内喷液加工反镀现象的减小、烧蚀加工效率的提高量、氧化层的特性等因素决定着电极的相对损耗。     

复杂固体边界流场的三维 PIV 测试技术：任意三维边界识别算法

针对复杂固体边界三维流场的 PIV 测试应用,以及流固耦合实验研究中流场和固体结构特征的瞬态同步测试需求,发展了一种基于双相机布置形式的任意三维边界识别算法以精确获取三维表面几何信息;并以基于MLOS-SMART 三维粒子场重构的 Tomo-PIV 算法计算三维速度矢量场,可同步获取三维表面结构运动／变形信息和三维瞬态速度场。这一边界识别算法基于 SURF（加速稳健特征）模式识别算法进行三维曲面重构,可以确定流场中三维物体结构的边界特征。论文采用双相机布置方式获取了三种不同曲率的圆柱曲面图像,验证了所发展的三维边界识别算法的准确性。最后以圆柱绕流 Tomo-PIV 数字合成粒子图像序列为验证对象,采用所发展的边界识别算法和 Tomo-PIV 算法分别高质量地计算出圆柱曲面信息和三维速度场。