冷却介质在层板内流动特性研究(第一部分 利用粒子图像测速技术再现复杂流场)

探讨利用粒子图像测速(PIV)技术,实验研究冷却介质在层板内部流动特性的可行性.实验在满足相似性原理的前提下,用放大的有机玻璃模型,分区域再现了复杂结构内几个重要截面的二维流场.实验在雷诺数4.1×104下进行,从测量所得流体速度矢量图、等高线图及涡量图来看,虽然现有的PIV技术在测量精度上仍有欠缺,但是几个典型截面上所得到的实验结果是合理的,基本与本文第二部分展示的数值模拟结果相符合.因此利用PIV测速技术,验证层板内流数学模型和数值方法是有意义的.     

分流板对圆柱绕流湍流结构演化影响的实验研究

采用粒子图像测速（Particle Image Velocimetry, PIV）技术实验研究了带分流板的圆柱绕流流动特性,分析了分流板对圆柱绕流湍流结构演化特性的影响。雷诺数为3.9 × 10³,分流板长度L与圆柱直径D之比L/D为0～2.50。实验结果表明,随着L/D从0增大至1.00,圆柱后方回流区长度和回流区面积显著增大;当L/D ＞ 1.00时,L/D对圆柱后方回流特性的影响较小。分流板影响圆柱绕流湍流结构的演化特性：当L/D ＜ 1.00时,分流板抑制尾涡脱落,斯特劳哈尔数Sr减小,L/D从0增大至1.00,Sr减小了26.34%。此外,圆柱尾涡在分流板后缘诱导形成旋转方向相反的二次涡,二次涡沿分流板向上游运动。1.00 ≤ L/D ＜ 2.00时,分流板作用于圆柱尾涡,尾涡发生破碎,形成一些小尺度尾涡。L/D ≥ 2.00时,尾涡附着于分流板上,二次涡主要分布于圆柱后方。随着L/D增大,分流板减小了圆柱后方的湍流脉动强度。

     

400 km/h高速列车车下带格栅裙板区域气动噪声机理及影响因素分析

位于高速列车车体下部区域的通风口格栅与设备舱壁面构成格栅–空腔结构,列车高速运行时,该结构的流声耦合问题较为突出,有必要深入分析其流声耦合机理。将位于车体下部区域的带格栅裙板简化为带格栅的二维空腔模型（格栅–空腔结构）,采用延迟分离涡数值模型（Delayed Detached Eddy Simulation, DDES）研究其气动噪声产生机理、流场和声场特性等。研究结果表明：当列车以400 km/h速度运行时,格栅–空腔结构开口处的剪切振荡较为剧烈,特别是空腔冲击边缘附近区域;基于总声压级的空间、频域分布和湍流压力波数–频率谱,发现⊓形格栅–空腔结构的流场始终处于自激振荡的过渡状态,且各位置的总声压级和波数域上的振荡幅值始终低于V形格栅–空腔结构和半圆环形格栅–空腔结构;对目前常用的半圆环形带格栅裙板考虑通风口的出风作用后,观察到空腔内部的涡团演化明显减缓,直接导致格栅附近的总声压级大幅下降约15 dB,表明出风作用能够显著降低带裙板格栅的近场噪声。

     

封闭空间中不同压力下火焰过孔板加速机理研究

爆震或超级爆震发生时总会伴随着湍流火焰-冲击波相互作用,对其开展研究是揭示爆震或超级爆震机理的关键,研究火焰加速产生压力波的过程是火焰-压力波相互作用研究的基础性前提。基于自主设计的定容燃烧弹和Converge三维数值模拟方法,对封闭空间中火焰过孔板加速机理及影响因素开展了研究,讨论了初始压力对火焰过孔板加速的影响。依据火焰传播形态与速度,将火焰过孔板加速过程分为3个阶段：层流火焰阶段、射流火焰阶段和湍流火焰阶段。通过分析火焰过孔板过程中的流场情况,发现在火焰未到达孔板前,孔板附近存在强射流,火焰受强射流的驱动而急剧加速;但当火焰穿过孔板之后,火焰锋面前的流场速度沿着远离火焰的方向而逐渐下降,说明开始由火焰驱动未燃气体运动。比较不同压力下的火焰过孔板过程,发现湍流火焰传播速度和缸压振荡均随着初始压力的提高而升高。

     

负泊松比手性结构圆薄板的参数设计

薄膜张紧在曲线边界上必然产生反枕效应,这会降低网状可展开天线的型面精度。为了减少影响,通常采用增加径向肋或者网面牵引索等措施,但这些方法会增加可展开天线的复杂程度。王一鸣、黄鹏飞提出了一种弱刚度复合膜,通过调整厚度使其具有一定的弯曲刚度降低反枕效应的影响,但厚度的增加会增加天线的质量。根据薄板的弯曲刚度方程可知,为了在不改变材料厚度的情况下改变弯曲刚度,通过调节材料的泊松比可以达到这个目的。文章利用等效法计算了伞天线反射面形成时两肋间材料需要施加的位移;将天线反射面等效为薄板,计算了在此位移下为消除反枕效应圆薄板所需的弯曲刚度;选取了合适的负泊松比结构,即手性结构,计算了为实现这一弯曲刚度所需的手性结构胞元的几何参数;最后,利用有限元对胞元进行强度校核,以保证设计的手性结构能满足后续实验加载需求。     

气动减阻表面对平板边界层影响

基于微纳米材料的气动减阻与疏水防冰混合涂层技术,旨在通过先进表面材料的参数化设计,以减缓大型风力机叶片等的气动载荷,提升气动性能。文中通过构建边界层精确测量技术和边界层特征参数辨识方法,结合近壁流动频谱特征,研究分析了一种减阻涂层对有限长平板边界层流动的影响。研究结果表明,减阻表面的微米级结构促使边界层粘性底层形成低雷诺数分离泡和脱体微旋涡。相较于金属固壁表面,气动减阻表面层流边界层在0.1 mm尺度内的微分离泡和微旋涡,对底部流动阻滞起到疏导作用,增强了层流稳定性,从而推迟边界层转捩。通过降低固壁摩擦阻力,进一步降低边界层导致的型阻,使得气动减阻表面流动的总阻力得以减少。     

挠性板弯折的数值分析方法

基于材料力学中梁弯曲的挠曲线方程,利用数值积分方法计算特定弯矩和剪力时挠性板的弯折曲线,同时利用曲线积分计算挠性板的长度,最终确定在给定长度和跨度情况下挠性板的弯折曲线以及对应的弯矩和剪力。利用有限元软件对相同模型在同一条件下进行模拟分析。将数值计算与有限元分析结果对比,发现两者变形曲线非常吻合,弯矩和剪力数值精度满足实际工程需求。基于上述数值计算方法,可以对挠性板弯折的各种参数进行分析和预估,对实际工程应用具有重要的指导意义。     

弹性半空间地基上四边自由中厚矩形板的动力响应

基于Reissner-Mindlin一阶剪切变形板理论,研究矩形板在动荷载和预加面内机械荷载及温度场作用下的动力特性。把地基看作三维弹性半空间体,考虑地基变形衰减,用一组数学上完备的二元多项式作为位形函数,采用bp-2 Rayleigh-Rizt法求得四边自由中厚矩形板的动力响应,并讨论了初应力对板的动挠度和动弯矩的影响。     

外涵调节对中介机匣性能影响的试验研究

以涡扇发动机中介机匣为研究对象,采用插入式堵塞调节环作为外涵调节装置,开展了不同外涵堵塞比下中介机匣性能的试验研究,分析了外涵调节对中介机匣进出口总压恢复系数、支板尾迹和涵道比的影响。结果表明:随着外涵流量的降低,外涵气体流动损失与附面层效应所占压力损失比重逐渐减小,而调节环对外涵流场的扰动造成的压力损失所占比重逐渐增加;堵塞调节环对内涵压力分布与压力损失基本无影响;堵塞调节环实现外涵流量与涵道比调节的同时,也改变了外涵压力的径向分布;由于堵塞调节环的影响,支板尾迹无法单纯地反映支板后径向压力的分布;几何涵道比大于0.388时,进口马赫数增大,外涵流量比重减小;几何涵道比小于0.243时,进口马赫数增大,外涵流量比重增大。     

厚板射流冲击下淬火冷却的换热系数建模计算

建立一种多喷嘴同时喷射淬火冷却的数学模型,通过实测冷却曲线分析计算厚板驻点区与紊流区换热系数分布规律,基于ABAQUS模拟软件模拟验证模型。结果表明:驻点与紊流点处的换热系数随时间分布是不均匀的,在10～20 s内出现峰值,随后呈上下波动变化的规律;实测(或计算)试样心部与表面的冷却曲线与模拟的吻合较好,验证了多喷嘴同时喷射下的换热系数分布模型。