风力机气动噪声研究现状与发展趋势

首先介绍风力机气动噪声源的基本组成,然后对风力机气动噪声理论预测、实验测试和数值模拟方法进行阐述,重点论述这3类方法在风力机气动噪声研究中的应用现状,并讨论风力机气动噪声抑制技术,最后简要展望风力机气动噪声研究的发展趋势.

高速列车隧道通过中的气动效应动模型实验研究

高速列车进入隧道时,会产生压缩波,压缩波沿隧道内传播至隧道端口后形成向外辐射的微气压波。本文介绍了采用动模型实验平台在200~350km/h速度范围内对60m双向隧道模型的隧道壁面压力波和出口微气压波开展的实验研究。首先分析了实验数据的有效性;其次给出了初始压缩波最大值随时间的衰减变化规律和微气压幅值随实验速度的变化特性;最后研究了流线形头型长度对微气压波幅值的影响。实验结果表明:在实验速度范围内,隧道压力波和出口微气压波无量纲值保持一致,但隧道出口微气压波与流线型头型长度只能定性描述,定量关系难以确定。

二维平板翼拍翼运动的涡流场显示

介绍了在装有液体的有机玻璃容器中进行的二维平板翼作悬停拍翼运动的流场显示实验.研究了低雷诺数运动下,仰俯旋转过程中不同的转动角速度,匀速平动阶段不同的水平攻角分别对流场结构的影响以及超前、对称、滞后三种相位模式下的涡流场结构.实验结果表明:挥拍过程中翼后缘的涡层不断地脱泻,前缘涡不断发展并附着在翼面是翼型产生高升力的重要机制;匀速平动阶段前缘涡的形成附着与水平攻角有关,攻角过小不易产生前缘涡,攻角过大则易使前缘涡与翼面分离;翼型的上仰过程使前缘涡得到加强,这对升力的产生有一定的贡献;三种相位下的涡流场形态各有不同,上挥(下拍)初期前缘涡的运动主要存在两种形态.

进气谐振对单缸发动机动力性能影响的试验研究

利用进气过程增加气缸内的进气量是提高发动机动力性能的有效途径,对发动机进气过程的动态特性进行了理论分析,并对进气管道和谐振器的结构参数进行了理论计算。在单缸摩托车汽油机上进行试验,结果显示,发动机输出的最大功率和最大扭矩提高了6%-8%,并且随着谐振器工作容积的变化,功率和扭矩的变化也呈现一定的规律性。因此,在一定的转速范围内,合理利用进气谐振可以有效提高发动机在该工况下的动力性能。

二维平板翼悬停拍翼运动中俯仰旋转速度对流场特性的影响

大多数昆虫的拍翼运动由平动挥拍与俯仰旋转动组合而成。本文采用二维平板翼模型对悬停拍翼运动过程进行了模拟,翼型平动及转动速度满足简谐运动规律,并且上挥下拍过程对称。在保持挥拍中期攻角40度不变的情况下,改变俯仰速度或转动时间,采用DPIV(粒子速度成像仪)系统观测拍翼运动的流场涡结构,用测力天平测量模型翼升阻力的变化规律。实验结果表明,在转动阶段翼型升阻力的峰值随着转速的增大而增大,但整个拍翼周期内的平均升阻力变化不大;转速小时翼型升力的产生以攻角上仰升力机制为主,转速大时升力的产生以射流升力机制为主。

含转动非平衡效应Boltzmann模型方程统一算法与跨流域绕流问题模拟研究

通过对转动自由度松弛变化特性的研究,采用转动惯量描述气体分子自旋运动,利用分子总角动量守恒作为一个新的碰撞不变量,确立含转动非平衡效应各流域统一的Boltzmann模型方程。基于转动能量空间对分布函数进行守恒积分,得到计及转动非平衡效应的分子速度分布函数控制方程组,应用气体分子运动论离散速度坐标法对速度分布函数方程所依赖的速度空间离散降维,构造直接求解分子速度分布函数的气体动理论统一格式。基于物面质量流量通量守恒与能量平衡关系,发展计及转动非平衡影响的气体分子运动论边界条件数学模型及数值处理方法。由此提出模拟高稀薄自由分子流到连续流各流域转动非平衡效应的Boltzmann模型方程统一算法。通过对高、低不同马赫数1.5≤Ms≤25考虑转动非平衡效应的氮气激波结构与不同Knudsen数9×10-4≤Kn!≤10再入竖直平板、Ramp制动器、尖双锥外形跨流域高超声速绕流问题模拟研究,将计算结果与有关实验数据、广义退化Boltzmann与ES椭球统计模型等研究结果对比分析,验证含转动非平衡效应Boltzmann模型方程统一算法求解自由分子流到连续流跨流域绕流问题可靠性。

基于CFD/Kirchhoff方法的直升机旋翼高速脉冲噪声模拟分析

将三阶迎风格式(MUSCL)与通量差分裂方法相结合,以改进二阶中心差分格式导致较大尾迹数值耗散的不足,建立了基于N-S方程和嵌套网格技术的旋翼流场求解方法,提高了CFD/Kirchhoff方法中流场信息计算的准确性.在流场求解的基础上,提出了一种谐波展开分析方法,基于该方法,Kirchhoff公式中的被积函数可解析表达,从而简化了获得Kirchhoff公式中被积函数的插值方法,提高了插值效率和精度.用上述方法对旋翼跨音速流场的高速脉冲(HSI)噪声进行了预测,计算结果与实验数据一致;同时对高速脉冲噪声在不同桨尖马赫数时和不同方向观测点上的特点进行了计算和分析.结果表明:旋翼高速脉冲噪声具有很强的指向性,在桨盘平面内噪声最大,在桨盘下方,随着与桨盘平面的夹角增加,噪声的脉冲迅速减弱.

基于域动网格技术的列车外形对气动性能的影响研究

为解决隧道与列车相对运动的问题,将域动网格技术应用到列车隧道效应研究中。通过建立高速列车隧道物理模型,采用有限体积法求解三维可压缩非定常流动模型以及双方程湍流模型,开展了高速列车穿越隧道时的非定常流场的数值模拟。研究了列车头型对列车尾涡的影响,列车头型对列车车身表面压力的影响,车长对列车摩擦阻力和列车压差阻力的影响。在计算结果的基础上对高速列车的头型和车长进行了评价。研究结果表明:列车头型的流线化程度越高,列车的气动阻力越小,列车尾涡涡心越低;列车长度对列车的压差阻力影响不大,对列车的摩擦阻力影响较大;通过数值计算得到的结果可以为列车头型的设计提供理论依据,为列车车长的定型和列车减阻提供参考。

考虑多孔电极内气液分布的数学模型

给出了多孔电极内不同气液分布形状的溶液欧姆定律;在单孔电极模型基础上定义了电化学反应的有效三相分界线长度概念,并给出了对应的计算方法;建立了基于多孔介质气液分布理论的一维电流和过电位数学模型,用数值迭代方法计算了沿电极面法线方向上的电流和过电位分布,分析了气体饱和度分布和有效三相分界线长度对它们的影响。

超声速飞行器主动减阻技术研究进展

随着超声速飞行器的迅猛发展,空气动力学者认为减小阻力是实现超声速飞行器飞得更快更远的目标和提高飞行器气动性能的一种重要手段。目前世界许多军事强国先后开展了超声速飞行器减阻技术的研究和探索。本文介绍了目前主要研究的主动减阻方法及原理,对逆向喷流、边界层控制及能量沉积减阻的研究现状进行了综述和分析,特别是对目前倍受关注能量沉积减阻技术进行重点综述。最后针对各类减阻技术的特点,分析了减阻方法所涉及的关键技术,为超声速飞行器减阻技术的发展提出了几点建议。

运动激波和气泡(串)相互作用的三维数值模拟

对激波和气泡(串)相互作用诱导的大变形界面演化进行了三维数值研究.采用2阶迎风TVD求解欧拉方程得到流场解,采用5阶WENO求解Level Set方程追踪多流体界面.在三维情况下,采用GFM确定界面边界条件.将速度分量分别外推,再沿法线分解,得到伪流体切向速度分量,给出了不同时刻运动激波和气泡(串)作用后的压力、密度云图分布图像.计算结果表明:采用速度分量外推方法适合三维界面边界条件处理,并与二维情况下切向速度直接外推的计算结果兼容,验证了切向速度外推方法的正确性.该方法模拟多个流体界面也是有效的,得到了高分辨率的三维变形界面.

水介质受冲击后的应力波计算

从流体动力学基本理论出发,用应力波理论建立了以水作为介质的应力波传播模型,推导出介质受冲击后瞬时的应力波传播至某一点的超压值的计算方法,进行了压力的测试实验,并将计算值与实验结果进行了比较,证明该计算模型是可靠的.

一种测试微通道性能参数的循环换热实验系统

提出一种用来测试微通道性能参数的循环换热实验系统,介绍了组成该系统的微通道、热电模块、泵、控制检测等元器件。该系统通过检测温度、压力和流量等参数能够得到微通道的传热、摩阻参数。作为实验装置,该系统不仅有助于验证和建立微通道的传热、微流动理论,也为设计、制造微通道循环换热的应用系统提供了参考。

平行板微管道间Jeffreys流体的周期电渗流动研究

运用分离变量法求解了平行板微管道中线性粘弹性流体的周期电渗流动.解析求解了线性化的Poisson-Boltzmann方程,柯西动量方程和Jeffreys本构方程.通过数值计算,分析了各参数对速度剖面的影响.固定振荡雷诺数Re,当松弛时间λ1ω增大时,流体在外加电场下变得更加快速.同样,对于给定的滞后时间λ2ω,较高的振荡雷诺数Re将会导致EOF速度剖面的剧烈振荡,同时EOF速度剖面的振幅显著减小,在距离EDL远的地方,EOF速度几乎趋近于零.此外,随时间变化的速度剖面给出了对这种流动特性的进一步认识.

测量误差二次多项式回归模型随机误差方差的相合估计

在实际应用中,测量误差二次多项式回归模型随机误差方差σ2e的值经常是不能确定的,这给模型进一步处理带来麻烦,我们从收集的样本(Xt,Yt),t=1,2,…,n,定义一个函数来估计σ2e的值,进而得到σ2e的相合估计值。

鲨鱼沟槽表皮减阻机理的仿真研究

通过对鲨鱼沟槽表面特殊流场的数值仿真研究,探讨了沟槽表面存在减阻效果的内在机理。针对沟槽表面流场的特点,在数值计算过程中对其计算域、计算网格及其流动参数进行了合理化的处理,并尝试将力学相似原理运用于沟槽表面流场的数值仿真。仿真结果表明,沟槽表面与顺流的"反向旋转涡对"相互作用,产生"二次涡",削弱了"反向旋转涡对"的强度,进而抑制了低速条带的形成和发展,从而降低湍流猝发强度,实现湍流减阻。

回转体表面条纹沟槽减阻水洞实验研究

本文在条纹沟槽表面减阻理论分析的基础上,对条纹沟槽表面回转体进行了大量的水洞实验研究。实验模型表面条纹沟槽采用直接加工方法,头部线型为双参数平方根圆头曲线,尾部线型为双参数尖尾曲线。实验结果分析表明,与相同形状、尺寸的光滑表面回转体相比,条纹沟槽表面回转体在一定速度范围内存在很好的减阻效果,最大减阻量超过6%,且在小攻角范围内减阻量基本稳定,对回转体升力特性也没有影响。对比不同尺寸条纹沟槽的减阻效果发现,降阻量不但随条纹沟槽宽度S变化,而且随来流速度U∞变化,即与无因次沟槽宽度S+(文中近似取S+=S.LRe2Ckx,其中k为总阻力Cx的修正因子)存在着一定的关系。对于V型条纹沟槽具有减阻效果的S+的范围在10到60之间。本文研究证明,条纹沟槽表面减阻技术在水下航行器设计领域有着很好的应用前景,同时文中所取得的研究成果对该技术的应用具有一定的促进作用。

PIV水下流场测试系统试验研究

基于粒子图像测速技术,设计研制了一套适用于水洞洞体内高速、封闭试验条件的流场测量与显示设备.该系统由光源、成像、图像处理与分析、控制和粒子投放等分系统组成,具有复杂环境下全流场的无接触、无扰动、高准确度测量和显示能力,流场测试误差小于2%,可为水下航行器外形设计及其改进提供相关的实测数据.

回转体表面条纹沟槽降噪水洞试验

在深入探讨条纹沟槽表面减噪机理的基础上,对条纹沟槽表面回转体开展了水洞噪声测试实验研究。实验模型表面条纹沟槽采用了直接加工的实现技术,模型头部为半球形圆头,尾部线型采用双参数尖尾曲线。一系列实验结果表明,条纹沟槽表面回转体与相同形状尺寸的光滑表面回转体相比,具有较明显的降噪效果,最大降噪量超过4dB,降噪量与条纹沟槽的尺寸、水流速度有关。可见,条纹沟槽是一种降噪效果明显、应用价值高的降噪新方法。

小波变换在湍流数值研究中的应用

小波变换具有时空双局部性特点,恰好适应了湍流特性。本文主要阐述了小波在湍流数值计算中的两大研究进展:一个是利用连续小波(高斯小波)可使L ap lace算子降阶的特性来求解N-S方程;另一个是正交小波与有限元法相结合的方法——相干涡模拟。指出它们的优缺点及其存在的问题,并对小波在湍流计算中的应用前景作了展望。