食蚜蝇悬停飞行时的气动特性

用数值求解N-S(Navier-Stokes)方程的方法得到了食蚜蝇在拍动平面倾斜悬停飞行时的气动力和气动力矩,利用得到的气动力矩和已知的翅膀的惯性矩求得食蚜蝇悬停时的能耗,并将得到的气动力和能耗与正常悬停时的进行比较.主要结果为:维持食蚜蝇体重所需的举力主要由下拍产生,该举力是由翅膀的升力和阻力共同贡献的,这两点均与水平拍动的情形不同;飞行的比功率为31.71 W·kg-1,与正常悬停时接近,这表明此种悬停方式有便于进行机动飞行的优点,但不带来额外的能耗.

翅尖轨迹对食蚜蝇悬停时气动特性的影响

食蚜蝇悬停飞行时的抬升角相对较小,在上下拍起始和结束时刻要比拍动中部的大,这样就使得翅尖的拍动轨迹呈现出浅"U"形。为了分析该翅尖轨迹是否会对其气动特性产生影响,利用计算流体力学的方法分别计算了4只食蚜蝇在考虑抬升角和忽略抬升角2种情形下的气动力,分析对比了2种情形下的不同时刻绕翅膀的瞬时流线,并计算比较了2种情形下气动功率系数与平均举力系数的比值。研究结果表明:抬升角的存在会使其维持体重所需的举力增加10%左右;举力增大的同时能耗却比忽略抬升角情形下要低3%左右。

昆虫翅平面形状和展弦比对其气动性能的影响

应用计算流体力学的方法研究昆虫翅膀平面形状和展弦比对其拍动运动时气动力的影响.选取了10种具有代表性的平面形状和展弦比差别较大的昆虫翅膀作为研究对象.这10种昆虫分别是果蝇、大蚊、蜂蝇、食蚜蝇、瓢虫、熊蜂、蜜蜂、草蜻蛉(前翅)、鹰蛾和蜻蜓(前翅).研究结果表明:翅膀面积的二阶矩折合半径越大其气动力越大,当使用翅膀面积的二阶矩折合半径处的速度作为参考速度时,翅膀平面形状对无量纲气动力的影响很小.当翅膀展弦比有较大变化(从2.8增大到5.5)时,气动力系数只有很小的变化.流动的三维效应减弱和部分前缘涡(LEV,Leading-Edge Vortices)的脱落,这两种效果相互抵消,导致气动力系数变化不大.

侧风对拍动翅气动力的影响

昆虫在自然界中飞行时多会受到侧风的干扰,因此了解侧风作用下昆虫拍动翅上气动力的变化对昆虫飞行机理的研究工作具有重要意义。应用计算流体力学(CFD)方法模拟了存在侧风时拍动翅上绕流,并与正常悬停情况进行对比,从侧风的方向和强度2个方面考察了其对拍动翅气动特性的影响。结果表明:侧风对拍动翅气动特性的改变包含2个流动机制的贡献,即相对速度效应和前缘涡轴向速度效应,且从翅尖吹向翅根的侧风与从翅根吹向翅尖的侧风对气动力的影响有着显著的不同;而不同强度的同向侧风下,气动力的改变类似,仅存在数值上的差异。

抬升角对食蚜蝇飞行动稳定性的影响

抬升角的存在对昆虫飞行时的气动力会产生不同程度的影响,其对昆虫飞行动稳定性的影响也非常值得探索。首先,求解Navier-Stokes方程得到了有抬升角时食蚜蝇的纵向与横向稳定性导数;然后,用特征模态分析法研究其动稳定性。结果表明:有抬升角时,在侧向来流作用下食蚜蝇的滚转力矩对应的导数比无抬升角时明显减小,而其余导数无明显变化,导数减小是由于抬升角的存在使得有侧向来流时因左右翅举力不同产生的正向滚转力矩数值明显减小,而由侧向力产生的负向滚转力矩数值略有增大,从而使得其总的负向滚转力矩数值增大;但有侧向来流时滚转力矩所对应导数的减小并未引起食蚜蝇飞行动稳定性的改变,其纵向和横向的特征模态仍与无抬升角时相同。

V型结构对NACA0012型水泵叶片阻力的影响

利用计算流体力学方法分别对水泵叶片全翼面和前、中、后3个不同位置处加装6种不同粗糙度的V型结构进行了数值模拟.研究发现,在Re=3×105时,不同位置处的V型结构对翼型阻力影响存在明显的差别.当小尺寸的V型结构布置于翼型后段时能够有效地减小翼型的阻力.这是由于在翼型后段易于发生流动分离的现象,而此部分的微小V型结构可以有效地增加壁面处的黏性底层厚度,减小了这一部分流体的湍动能.同时V型结构之间形成的二次涡使得来流方向与涡转动的方向相同,有效地减少了壁面的摩擦阻力.

一种基于液压节流原理控速的高层逃生缓降装置设计

通过对现有的高层火灾逃生手段的分析及对速度控制装置关键技术进行研究,提出了一种基于液压节流原理控速的高层逃生缓降装置设计。该装置将人体的下降运动传递至液压缸转化为活塞的往复直线运动来推动内部封闭的液压油在两液压缸之间往复循环,通过在两液压缸之间串联一开有薄壁通流小孔的阀门来调定单位时间内通过阀门的流量大小来实现对系统速度的控制,以达到平稳、匀速缓降的目的。该设计利用SolidWorks软件进行三维模型构建,并在后期加工实验装置验证其实际效果。

基于CFD的水力式絮凝工艺结构优化研究进展

絮凝作为水处理过程中的重要环节,关系到水厂的出水水质。实际工程中水力式絮凝工艺应用广泛,以水流自身能量为絮凝动力条件进行水力搅拌,大大降低了设施运行维护成本。为了研究絮凝流体流动过程中的水力特性,常采用数值模拟方法对絮凝反应流场进行流态分析。通过有效控制水流的流速及湍动强度改善水动力条件,促进絮凝剂与杂质的混合,进而强化絮凝效果。汇总国内外水力式絮凝工艺的设计应用,系统阐述采用计算流体力学方法进行结构模拟优化方面的研究进展,明确现有数值模拟方法针对絮凝流体流动问题的不足之处,并提出完善工艺的研究方向。

仿鸟翼结构叶片的降噪研究进展

在自然进化的过程中,许多鸟类翅膀不断进化,其翅膀结构能够达到几乎静音飞行的效果,以此为参考,仿鸟类翅膀结构的降噪技术发展迅速。仿生降噪是减少声污染的一种有效手段,在航空、航天和机械制造等诸多行业应用广泛。为深入研究仿鸟类翅膀结构的降噪技术及其应用,全面了解国内外研究现状,本文以结构布置位置为划分依据,详细介绍了三种常见的降噪结构,并对其降噪效果进行详细分析。仿生降噪是突破结构设计瓶颈的有效方法,也是积极响应国家减少声污染,降低噪声号召的有利体现。

夏季北方某建筑群温度模拟与分析

本文应用计算流体力学的方法,研究北方某建筑群夏季时的温度变化。根据模拟结果得出,该区域地表温度受建筑物、太阳辐射和风速的影响,温度分布不均;单体建筑外墙温度在垂直方向和水平方向具有一定的分布规律,侧面外墙在垂直方向上的温度分布取决于建筑高度,温度随着建筑高度的增高逐渐降低,顶面在水平方向上的温度分布取决于太阳高度角,在北方夏季同一水平面上顶面温度由西北方向到东南方向递减。

C字型建筑对于区域风环境的影响

应用计算流体力学方法,通过与CAARC标准模型比对,确定了湍流模型,在此基础上,针对华东沿海地区含有C字型结构的某建筑群,模拟了夏季和冬季工况下连廊对区域风环境的影响。数值模拟结果表明,在夏季时,连廊的存在使C字型建筑背风区的风环境质量变差,易出现热量和灰尘聚集的现象,去掉连廊后气流滞留区内风速提高,该区域风环境质量得到改善;冬季时,连廊处存在较高的气压差值,气流经过建筑会形成地面漩涡气流和螺旋上升气流,易导致此处产生扬尘,去掉连廊后连廊处的气压差大幅减小,区域气流流动平缓,不易产生扬尘。

有趣的悖论

曾经有这么一个有趣的故事.村子里的理发师在理发店的门口挂了一个招牌.招牌上写道:“我给全村所有不给自己理发的人理发,我也只给这些人理发.”村民看了这个招牌,都愿意让这个理发师给自己理发.理发店的生意渐渐红火起来.有一天,邻村的一位村民问了理发师一个小小的问题,这位聪明的理发师竞哑口无言.从此,理发店的门口再也没有看见那块招牌.那位村民问道:“您的头发由谁来理呢?”

立体绿化布局形式与植物选择

随着我国社会的发展,人们对绿化的要求越来越高,立体绿化布局进入了人们的视野。立体绿化布局需要根据现场具体条件,选择能够适应环境特点的植物,然后通过植物特有依附的方式绿化建筑物、空间。立体绿化布局概念本身是整体性的概念,同时立体绿化布局形式上也是多样化的。所以,立体绿化布局选择植物的时候,需要考虑植物的习性,创造相应给的条件,进行功能性设计。本文就不同绿化布局形式和植物选择进行了相应的分析。

褶皱位置对蜻蜓滑翔翼气动性能的影响

改变昆虫翅膀的褶皱结构可以优化翼型的气动性能,有利于微型飞行器的气动设计。以蜻蜓翼作为参考,采用计算流体力学(CFD)的方法计算了攻角范围为0°~20°,雷诺数范围为700~2300时褶皱位于前缘、尾缘和中部位置时三种翼型的滑翔气动性能。结果表明:在不同攻角和雷诺数下,褶皱位于尾缘的翼型具有最大的升力系数和升阻比,滑翔气动性能最优;当雷诺数为1500,攻角为10°时,褶皱位于尾缘的翼型时均升力系数分别比位于前缘和中部的翼型提高了58%和82%,升阻比分别提高了49%和33%;这是由于尾缘褶皱中的涡起到了延缓前缘涡脱落的作用,使前缘涡更为集中,更贴近壁面。