Scientific visualization to study Flux Transfer Events at the Community Coordinated Modeling Center

In this paper we present recent additions to the visualization toolset offered by the Community Coordinated Modeling Center (CCMC). Two suites of visualization tools are available that can address different needs during the analysis of model simulations of the magnetosphere that are provided by the CCMC. The online, server-side visualization allows the user to quickly browse through simulation runs and now can create maps of magnetic field line topology in the magnetosphere. The second tool, SWX, can be used on the client computer after data have been downloaded. With this second tool the user can interact directly with the three-dimensional objects that are being rendered. We present results from a simulation of a Flux Transfer Event that was performed at the CCMC using a magnetohydrodynamic model of the Earth’s magnetosphere with a high resolution grid focused on the dayside magnetosheath and dayside magnetopause. The simulation shows that the FTE that results from localized magnetic reconnection is a complicated three-dimensional structure that requires modern visualization techniques. Visualization techniques that are presented here allow the researcher to fully appreciate the complexity contained in magnetospheric simulation results.     

小口径武器膛口流场可视化实验

开展发射条件明确的高分辨率膛口流场可视化实验,对深入揭示膛口流场的发展机理、改善武器性能、验证数值方法的可行性等方面具有重要的现实意义.分别在光膛口及安装不同膛口装置条件下,采用直接阴影法对小口径武器膛口流场进行了可视化实验,获得了大量清晰地高分辨率时序阴影照片.这些照片清楚地再现了各条件下的冲击波/激波、弱压缩波、接触间断、射流边界等在内的典型膛口流场特征.据此,详细讨论了不同条件下的流场结构及动力学发展过程.这些可为数值计算及相关武器研究提供直接的实验对照和参考.     

飞机尾涡系Rayleigh-Ludwieg不稳定性实验研究

以飞机起降过程中主翼和尾翼产生反向涡系存在相互作用的事实为背景,设计了一套反向双漩涡发生装置。通过改变两涡的位置关系与初始涡强度比值,采用流动显示与粒子成像测速(PIV)技术,对涡系相交不稳定性的作用特性进行了研究。结果表明:小涡的引入改变了主涡原有运动轨迹,合理地引入小涡的位置与小涡的强度,对主涡能量的衰减有明显的促进作用,但它们之间不呈现明显的线性关系;涡空间运动轨迹的分析,对未来完善机场起降控制模型有一定借鉴意义;实验结果也为飞机整体设计提供了一定参考依据,在满足飞行力学的设计基础上,优化整体气动布局对降低飞机尾流强度有显著的影响。     

基于VB的强度/试飞试验数据处理方法与可视化软件实现

针对飞机强度/试飞试验中庞大的数据量和繁杂的数据处理工作,基于Visual Basic语言开发数据处理与可视化软件,以试验数据文件作为输入源,实现试验数据的自动化处理,并通过界面的可视化功能以曲线形式显示试验点的数据变化情况,便于试验人员观察与评估,大大提高了试验效率。     

扩压叶栅端壁区旋涡流动显示研究

通过氢气泡流动显示,获取不同攻角、不同径向间隙下扩压叶栅端壁区内各种旋涡的发生、发展、涡-涡、涡-附面层干涉的流动图画。      

航空发动机零件加工装夹过程可视化文件生成

目前在航空发动机制造企业中,加工人员通常根据工艺规程完成零件的加工装夹,缺乏专门的加工装夹过程指导性文件,易导致装夹信息表达不直观,产生工件和夹具错装、漏装的现象,针对此类问题,提出一种基于Tecnomatix和3D PDF技术的零件加工装夹过程可视化文件生成方法。该方法首先基于3D PDF开发了加工装夹过程可视化文件模板,并基于Tecnomatix开发了零件加工工艺信息生成模块,然后将加工工艺信息生成模块产生的XML文档和Tecnomatix生成的装夹过程动画导入到可视化模板中,最终生成零件加工装夹过程可视化文件,可实现二维信息与三维装夹动画的实时交互响应,提高零件加工装夹的效率和准确性。     

熔盐泵盐析两相流冷态模型试验和数值研究

为了揭示熔盐泵内盐析两相流动的规律,采用白金汉定理,建立了熔盐泵输送固液两相流的相似准则,根据所设计的熔盐泵模型试验方案,对熔盐泵内部流动进行了数值模拟,采用高速摄像技术捕捉了泵内的盐析两相流动,阐述了试验结果与模拟结果之间的差别。研究了颗粒直径和密度对熔盐泵外特性和内部流动的影响。结果表明:数值模拟结果和试验结果之间的误差小于10%。叶轮流道出口处颗粒的绝对速度从叶片的压力面到吸力面逐渐减小。分析得到了叶轮内固相和液相的速度三角形之间的关系,当颗粒的密度大于液相的密度时,颗粒绝对速度沿圆周方向的分量小于液相。进一步分析得到了叶轮出口处密度分别为2000、2250、2500、2750、3000kg/m3的颗粒的运动速度三角形之间的关系,颗粒密度越大,叶轮出口绝对速度沿圆周方向的分量越小,泵的扬程越小。      

小间距单孔冲击凸面靶板流场结构实验

利用烟线法研究了小间距、单孔冲击凸面靶板的流场结构.实验中,改变冲击雷诺数Re、冲击间距和冲击孔直径之比H/d以及冲击靶面相对曲率d/D等参数,通过拍摄流场形态,分析气流分离角度和涡旋结构随上述参数的变化规律.研究结果表明当Re,H/d较大时,在凸面靶板周向两侧形成了稳定的旋流结构.随着Re,H/d的增加,冲击射流与靶面分离处对应的圆心角增大,分离推迟.实验中还发现当d/D减小,流体与靶面的分离提前,其相对应的圆心角呈现减小的趋势.      

三维计算流体力学流场的流线构造

流线的计算与显示是流场可视化中的一项基本技术.通过将CFD(Computational Fluid Dynam ics)的计算网格剖分为四面体单元并设置相邻四面体之间的拓扑关系,运用基于四面体侧面 法矢的"指南针"法进行快速点定位,采用自适应步长的数值积分方法直接在物理空间中进 行流线的追踪,避免了物理空间和计算空间之间的转换以及由此所带来的误差,提高了流线 追踪的精度和效率.      

飞行器动态下俯过程中的负阻力现象

利用水洞中动态测力/流动显示一体化实验系统,研究飞行器简易模型等速俯仰过程动态气动特性.测力天平为三分量内式尾支形式;利用氢气泡方法观测机翼上表面流动,测力和流动显示结果同时记录.当下俯无量纲角速度k≥0.11时,观测到正攻角时的负阻力现象.分析测力和流动显示结果,表明负阻力是下俯过程中上翼面流动由分离向附着恢复过程中的迟滞效应引起的,负阻力的大小与下俯无量纲角速度和下俯起始攻角有直接关系.