圆形截面管路内PIV流场测量的直接校正方法

为修正圆形截面管路内PIV(粒子图像测速)流场测量中的图像畸变,建立了一种基于光学原理的直接数值校正方法.该方法不受流体饱和温度限制,可对坐标和速度矢量进行同步校正,壁面附近的光学畸变也能够进行较好还原,同时不需要额外的辅助设备.采用Fortran语言编制了通用的计算机代码,只需改变程序相关输入参数,即可应用于其他条件下的图像校正.使用方形规则化网格对其进行了验证,误差不超过3%.对于双层圆形管壁内低温气液两相流动的PIV流场测量实验,该方法能够给出满意的校正结果.

基于数值风洞技术的民用飞机系留气动载荷计算研究

基于数值风洞技术,针对在低速风洞进行的民用运输飞机的地面系留载荷风洞试验进行了模拟研究。使用CFD软件建立了风洞试验段和飞机风洞模型的数值模型。根据风洞试验条件设置数值计算条件,计算了侧滑角在0°^-180°范围内的飞机模型气动力。由于数值模型包括了洞壁、地板,计算结果和试验结果吻合良好。结果分析表明:当-120°≤β≤-90°时,前起落架系留装置将承受较大的载荷,该载荷主要源于大偏航角时平尾部件产生的抬头力矩引起的纵向载荷,以及偏航力矩引起的横向载荷;Cl比Cm小两个数量级,对系留载荷的影响不占主导地位;将平尾、升降舵或方向舵预偏可降低系留载荷。为民用飞机低速风洞试验数值建模提供了参考。

雷诺数对增升装置流动特性影响的计算研究Ⅱ——缝道流动特性

在1×106~30×106的雷诺数范围内,马赫数为0.197的情况下,计算并分析了NHLP-2D多段翼型的缝道流动规律,提出了依据缝道出口速度分布定义名义边界层厚度δ/c的方法。研究发现,δ/c随雷诺数的增大而单调减小,且减小速度随雷诺数的增大而明显减缓,符合雷诺数对边界层的影响规律,说明本文定义的δ/c可用于多段翼型边界层厚度的定量研究。对于缝翼缝道,主翼壁面处的δ/c高于缝翼尾缘处的,且二者随迎角的变化规律相反。襟翼缝道处于主翼的强下洗流场中,襟翼上的δ/c随迎角几乎不变。当1×106≤Re≤2×106时,缝道边界层总厚度δT/c随雷诺数有明显的变化,当Re≥3×106时,δT/c随雷诺数的变化率减小。本文研究范围内,δT/c都没有严格地进入雷诺数自准区。当Re≥15×106时,δT/c随雷诺数接近线性变化趋势,为雷诺数规律的外推提供了参考。

低温管路中Taylor气泡形成位置预测公式

使用粒子图像测速技术(PIV)和高速摄像技术对低温管路中由漏热产生的Taylor气泡形成过程进行了实验研究.将传统的流型转变理论和实验获得的流场结构相结合,建立了低温管路中Taylor气泡形成位置的预测公式,考虑了湍流强度、漏热、气泡上升速度和管路倾角等众多因素的影响.公式适用范围较广,其计算值与文中实验结果最大误差不超过±7.9%,与文献结果的最大误差也在±20%以内.

雷诺数对增升装置流动特性影响的计算研究Ⅰ——气动力特性和汇流边界层

在1×10~630×10~6的雷诺数范围内,马赫数为0.197的情况下,使用数值计算方法研究了雷诺数对NHLP-2D翼型的气动力特性和流动特性的影响。建立的数值模型考虑了汇流边界层的网格处理,与已有试验和计算结果对比分析表明本数值模型可信。计算结果表明,当雷诺数大于1.5×10~7时,雷诺数对气动力系数的影响明显减小,且小迎角下气动力随雷诺数呈线性变化趋势。汇流边界层高度随雷诺数增大而降低,缝翼和主翼产生的尾迹强度随雷诺数的增大而减弱,同时尾迹宽度逐渐减小。在高雷诺数下,襟翼尾缘处仍存在较强的缝翼尾迹,说明尾迹/边界层的相互融合作用随雷诺数增大而减小。本文为后续雷诺数对缝道流动特性的影响研究提供了基础。

燃气轮机罩壳内的流动阻力和传热特性计算

为了建立具有异型结构和复杂流动过程的燃气轮机罩壳系统内部阻力和传热特性的工程计算模型,采用Fluent软件结合UDF函数对罩壳内三维流场和传热特性进行了数值模拟,并用燃机电厂实测数据进行了验证。采用数值模拟结果对异型结构通道的阻力工程计算公式和燃机本体保温层外的对流传热系数分别进行了修正。修正后的工程算法结果表明保温层外表面的温度与实测值误差在10%以内。本文建立的工程算法为燃气轮机罩壳系统和保温材料的国产化设计提供了参考依据。

倾斜管中低温气液两相流弹状气泡生成位置的实验研究

为研究倾斜管内低温气液两相流中弹状气泡初始生成位置的分布规律,采用高速相机对以液氮为工质的6种竖直倾角和4种内径下的管内弹状流进行了可视化实验,并对管路漏热进行了详细考察.实验结果表明,弹状气泡平均初始生成位置随管径的增大而增大,随倾角的增大先增大后减小;弹状气泡初始生成位置分布的离散程度随倾角增大而增大,在倾角为20°~45°时达到最大值,之后,其分布变为集中;竖直管路内弹状气泡初始生成位置离散程度随管径增加而减小.

数字样机技术在电磁阀设计开发中的应用

为了有效减少电磁阀结构设计开发中的简单重复劳动以提高设计效率、降低成本,通过参数化仿真手段,建立了基于Visual C++的电磁阀数字样机。该数字样机可以对电磁阀设计开发的整个流程进行监控和操作,包括结构参数的工程计算、应用Pro/E进行三维参数化建模,CFD软件进行流动阻力仿真计算,Maxwell软件进行电磁仿真计算和Ansys软件进行结构仿真计算。最后采用单阀座直动式电磁阀的实测数据以及文献相关数据对数字样机的性能仿真结果进行验证,表明建立的数字样机具有良好的可靠性。

低速风洞支架干扰数值模拟分析

本文针对低速风洞模型支架对流场和试验的影响,提出支架干扰的机理、来源及其影响量级的观点。在航空及其机械设备领域起到提高试验效率减少试验经费的作用。如付诸现实将产生可观的经济效益。

低温气液两相弹状流中流场结构的PIV研究

为了研究低温流体由于沸腾产生的两相流动中复杂流场结构的瞬变特性以及该瞬变特性对弹状气泡形成的影响,搭建了适用于低温流体的粒子图像测速(PIV)实验平台,对下降液膜区域内流场结构的瞬变和总体平均特征进行了详细研究。针对圆形截面管路内PIV流场测量中的图像畸变,建立了一种基于光学原理的直接数值校正方法。该方法不受流体饱和温度限制,比已有的校正方法更加简便.液膜内流场结构和先前研究的单气泡系统有很大不同,逆流起始点不再位于气泡头部之前,而是头部之后。液膜中最大轴向速度随倾角的减小而减小,同时受到气泡长度的强烈影响,并随气泡长度的增加而明显增大。气泡速度对液膜中最大轴向速度影响较小。

倾斜管路内低温Taylor气泡尾迹区流场的实验研究

为了研究低温流体中Taylor气泡周围复杂流场的平均及瞬变特征,搭建了用于低温流体粒子图像测速实验平台,使用快照本征正交分解(POD)方法详细分析了Taylor气泡尾迹区内流场结构.结果表明,在表面张力作用可忽略的情况下,使用流体逆粘度数Nf判断竖直管路中尾迹区流型的方法对液氮流体仍然适用,当管路水平倾角θ≤60°时,该法不再适用.Taylor气泡尾迹区在90°≤θ≤60°内由开放尾迹转变为封闭尾迹,30°倾角下尾迹区涡的轴向尺寸(Lwake)和Taylor气泡长度(LTB)呈指数函数关系,Lwake=51.3-123.5exp(-LTB/2.9).POD分析表明,尾迹区存在明显的湍流大尺度结构,前4阶模态分别占据总能量的15.6%,6.4%,5.6%和3.8%.距离Taylor气泡尾部0.5～1.0D(D为管路内径)的位置存在大尺度结构中涡的交界面,此处的速度脉动也最强.本研究拓展了常温流体中Taylor气泡尾迹区理论在低温流体中的适用范围.

低温气液两相弹状流动中Taylor气泡的统计特征—I.Taylor气泡长度

为了研究倾角(θ)和管径对低温气液两相流中Taylor气泡长度分布规律的影响,在6种管路倾角下,以液氮为工质,使用高速相机对4种内径透明抽真空Pyrex玻璃管内的弹状流动进行了可视化实验.结果表明,低温弹状流动中Taylor气泡长度分布的统计特征可由对数正态分布函数描述,Taylor气泡长度分布的标准偏差受到液膜射流直接影响,并随θ减小先增大后减小.Taylor气泡无量纲平均长度随管路轴向位置增大而线性增加,随管路内径增加呈指数下降趋势,随θ减小而增大,最小值出现在70o≤θ≤90o.

民机风洞试验半模垫板高度对气动特性的影响

半模作为提高大型商用飞机风洞试验雷诺数的一种模拟手段而被广泛应用。首先回顾了半模试验的模拟方式及其优劣,进而选取当前发展趋势的附面层垫板作为研究对象,采用数值模拟研究了垫板高度变化对气动特性影响的内在机理。数值模拟结果和试验吻合较好,数值计算采用速度分布入口可以较好模拟风洞核心段边界层厚度,计算值和试验值更加接近;垫板高度的增加使得升力系数增加、阻力系数减小及俯仰力矩系数增加;垫板在机翼上游区引起的上洗使得机翼沿展向各剖面当地迎角增加5%、动压增加1%,从而使得机翼上翼面压力分布朝负值方向移动。有别于以往认为垫板的洗流只影响内侧机翼,结果表明垫板影响范围扩展至全翼展,当地迎角的增加是主要影响因素,垫板对机翼展向各剖面影响量值不一致,对内侧机翼影响较大。所得结论可更好用于民机半模风洞试验的开展,具有一定的工程实用性。

热轧钢板层流冷却过程导热反问题的非迭代法

为了解决共轭梯度法求解导热反问题过程中计算时间冗长、反演过程剧烈震荡等问题,基于有限元法建立了非迭代求解模型,并采用Fortran语言编制了相应的计算代码。将建立的数值模型应用于求解热轧钢板层流冷却过程的导热反问题,结果表明,非迭代方法能够获得较高精度的反演结果,计算时间较共轭梯度法减少了76%,且反演过程更加稳定。保留了矩阵的高度稀疏性,比已有的非迭代法更加简洁。此外,可同时反演出相应的热流密度和边界温度值,为热轧钢板层流冷却过程中热边界条件的实时输出提供了参考依据。

低温气液两相流中Taylor气泡的合并

在自建的低温气液两相流实验平台的基础上，通过高速相机获得16mm内径管路中30°-90°倾角下Taylor气泡之间的合并过程．结果表明，已有的常温气液两相流中Taylor气泡的合并公式普遍高估了跟随气泡和领先气泡的速度比，与实验结果的最大误差为14．6％，对低温气液两相流不再适用．新建的Taylor气泡合并过程速度拟合公式可将最大误差减小至4．7％．此外，气泡间最小稳定距离在60°倾角附近最小，此时气泡问合并趋势最弱．

基于POI数据的房价影响因素空间异质性分析——以长沙市为例

选取长沙市主城区2020年7月份698个具有代表性的住宅小区数据作为研究样本,运用探索性空间数据分析(ESDA)及地理加权回归(GWR)模型,探究区位因素对长沙市房价的影响在空间上的变化。结果显示:长沙市房价呈现出多个次级中心环绕一个主中心,房价由五一广场向外围逐层递减的空间分布格局。区位因素对房价的影响效用具有显著的空间异质性。商业区位方面,商业因素对房价的正效用明显,强度由城市中心向四周递减;交通区位方面,地铁与公交对房价的影响效用在方向上相反,在空间上互补,其中地铁对房价的正效用在空间分布上存在"分区位效应";生活区位方面,学校对房价的影响呈现整体正相关、局部负相关,而医院和公园呈现全局正相关,其中公园影响效用最强,说明居民购买意愿逐渐由"生活便利型"向"生活质量型"转变。