高雷诺数下有限长圆柱绕流阻力特性研究

针对不同长径比的有限长圆柱模型,采用大涡模拟及雷诺平均的方法,对高雷诺数下有限长圆柱绕流阻力特性进行数值模拟和分析,得到了圆柱阻力系数随长径比和雷诺数的变化规律,讨论端面效应对绕流阻力系数的影响。结果表明:在亚临界区内,相同雷诺数下阻力系数随长径比的增大而增大,呈线性变化规律,L/D的对阻力系数的影响明显大于Re对阻力系数的影响;在阻力危机区内,相同雷诺数下阻力系数随长径比的增大而增大,呈二次函数的变化规律,但各工况达到阻力系数'转折点'对应的雷诺数各不相同,基本呈现随雷诺数的增大向前推移的趋势,Re对阻力系数的影响明显大于L/D对阻力系数的影响;在阻力回升区,阻力系数回升的'转折点'随着雷诺数的逐渐增大而向后推移。在各分区内,端面效应对阻力系数的影响随雷诺数增大而更加明显,在高度方向上的最大影响区域约占圆柱总高度的16%。研究结果对有限长圆柱绕流特性的研究及应用具有重要意义和价值。

有限长圆柱绕流气动噪声源特性分析

气动噪声源的能级、分布特性及其产生根源还不够清晰。以有限长三维圆柱绕流为研究对象,基于声源方程分析气动噪声源的种类构成及其与气动参数的关系,通过数值计算得到可压非定常流场,利用气动参数定量计算圆柱顶部、中部和底部的声源大小分布,研究声源的分布特性和产生根源。结果表明,在有限长圆柱绕流场中,以偶极子声源为主,单极子声源可以忽略不计,四极子源项的值比偶极子小1～2个数量级。偶极子主要分布在来流分离点及圆柱后壁面湍流涡二次碰撞区域,四极子主要分布在来流分离点及其向后拖曳区域。偶极子声源主要由于圆柱两侧涡脱落处的脉动压力在横向(y方向)上的二阶梯度引起。以上结果为气动噪声控制的进一步研究提供了借鉴和参考。

数值/解析混合方法计算含复杂结构的有限长圆柱壳体声辐射

本文研究了含复杂内部结构的水中有限长圆柱壳体的受激振动和声辐射问题。壳体的振动方程由Donnell方程描述,内部支座结构的作用由有限元方法计算,采用数值／解析混合计算方法对具有支座结构壳体的声辐射进行预报。首先分析了数值计算中水负荷计算简化对计算壳体激励力的影响,而后讨论了内部具有支座结构的有限长壳体的声辐射特性。解析的方法有助于分析壳体产生声辐射的机理;有限元数值计算方法能够针对壳体内部不规则的结构进行计算,数值／解析混合计算方法结合了两种方法的优点,使得能够对含复杂结构的壳体振动和声辐射情况进行预报。

有限长圆柱状食品冻结时间的计算方法及实验验证

食品冻结时间的准确计算关系到食品冻结装置的优化设计及运行。文中提出了一种新的食品冻结时间计算方法 ,将冻结时间划分为三个阶段 :冷却阶段、冻结和再降温阶段 ,并对各个阶段建立了动态计算模型。通过对有限长圆柱状食品的实验研究 ,将普朗克计算式与通过该模型计算得到的结果和实验数据进行比较 ,结果证明建立的计算模型是可靠的。

催化剂颗粒的形状优化Ⅱ有限长圆柱和常见动力学

从颗粒模型的角度对有限长圆柱催化剂颗粒的外形优化设计 (异形化 )进行了理论研究 ,针对常见的反应动力学形式 ,提出了普遍 Thiele模数的概念和推导方法 ,简化了颗粒模型求解 ,对不同动力学形式下 ,有限长圆柱形催化剂颗粒的形状优化进行了理论分析。

有限长圆柱体接触应力的光弹性解法

对两个有限长,外载荷又集中作用的圆柱体,在接触面上的应力分布是不均匀的.为了获得接触应力,本文应用弹性力学的理论、光弹性应力分析方法和有限元计算概念,提出了一种混合计算法.最后给出一个应用实例,讨论了某轧机轧辊的接触问题.

涂覆型大尺寸有限长圆柱散射特性的混合解法

本文首先从理论上导出了能计算斜入射绕射场的阻抗劈并矢绕射系数,然后利用该绕射系数结合物理光学法对涂覆型大尺寸有限长圆柱的散射特性进行了分析和计算。在绕射区计及了一阶和二阶绕射贡献,在镜反射方向附近作了驻相法近似,由此得到的数值结果与实验结果吻合较好。

基于椭球体模型的有限长圆柱壳静磁屏蔽效能计算

从屏蔽效能的定义出发,得出了屏蔽系数与磁通量之间的关系,提出了利用椭球体模型对一般壳体的屏蔽系数进行计算的方法。利用模型化的方法分析计算了有限长圆柱壳的静磁屏蔽效能,并将推导的结果与严谨理论模型下的推导结果进行了对比,充分验证了椭球体模型计算的可行性。

非径向对称带状载荷作用下有限长圆柱体的应力和位移解

从微元体弹性力学基本方程组出发,求解有限长圆柱体在非径向对称面载荷、切向载荷和扭转载荷共同作用下任意点的应力和位移。采用分离变量法、有限Hankel变换和Fourier-Bessel级数,求得两个位移函数;将由位移函数表示的应力和位移通解代入边界条件中,求出应力和位移表达式中的未知常数。将应力和位移解析式应用于四辊轧机工作辊,得到其应力和位移沿轴向的分布情况,并对应力和位移曲线进行了分析。

含内部子结构有限长圆柱壳体水中声振特性分析

研究了多振动源激励下水中含内部子结构的有限长圆柱壳体声辐射和振动特性,基于板壳理论得到了圆柱壳体和平板的应变能和动能,由结构声振耦合得到了多振动源激励力和流体载荷的势能,用Lagrange乘子表示板与壳体的连接条件,建立了多源激励下水中含平板有限长圆柱壳体的声振耦合方程,研究了平板位置、激励源作用距离等对壳体声振特性的影响;研究结果可为水下航行体的振动与噪声控制提供理论依据。

有限长圆柱体磁异常场全空间正演方法

在经典位场理论中,许多简单形体位场异常难以通过积分得到全空间的解析式.圆柱体是一类很重要的理论模型体,常用于模拟圆柱状地质体或非地质体(如管线),但目前还不能用解析公式正演有限长圆柱体在三维空间里的磁异常,而多是采用近似简化为有限长磁偶极子或线模型代替.对于有限长圆柱体,特别是半径相对于上顶埋深较大时,这种近似的误差不可忽略.本文利用共轭复数变量替换法,推导出有限长圆柱体在全空间的引力位一阶、二阶导数,利用Poisson关系得到磁异常正演公式,进而利用有限长圆柱体磁异常正演公式求解管状体的磁异常,得到不同磁化方向、不同大小的管线产生的磁场的特征,并将其推广到截面为椭圆的情况.最后通过模拟计算定量给出了将圆柱体近似为线模型的条件.

带自由液面有限长圆柱绕流数值模拟

[目的]为了探究自由液面及自由端对典型钝体绕流问题的影响,对带自由液面的有限长圆柱绕流进行研究。[方法]基于延时分离涡模拟(DDES)技术和分段线性界面重构(PLIC)方法,利用自主开发的naoe-FOAM-SJTU求解器开展数值模拟。[结果]结果显示,自由液面和自由端的存在增大了局部位置的升、阻力,推迟了圆柱表面流动分离的发生;相较于深吃水位置,自由液面附近流向的速度"恢复"延缓,横向的速度呈向外运动的趋势;自由液面的变形产生了大量细碎的漩涡,自由端的卷拧状漩涡在一定程度上抑制了卡门涡街的发展。[结论]研究表明,目前采用的数值方法能够准确捕捉复杂流场,同时,自由液面和自由端的存在将显著改变流场沿吃水方向的分布。

考虑热渗效应的有限长圆柱热固结解

在作者已建立的饱和多孔介质耦合非线性热弹性理论基础上,考虑热渗效应,建立了饱和多孔介质耦合热弹性固结方程,并推导了有限长圆柱热固结问题的解析解,进而以温控三轴试验的试样为例进行了算例分析,同时利用COMSOL软件进行了数值模拟,并将解析结果和数值结果进行对比.结果表明:在不排水条件下,影响试样最终孔压大小的参数是:土的泊松比>弹性模量>水的体膨胀系数,渗透系数对孔压变化影响不大,考虑与不考虑水土压缩性不影响孔压的计算;相对线弹性情况,考虑非线弹性膨胀系数随温度变化时的孔压有所下降,轴向应变变化很小.

高雷诺数下有限长圆柱绕流端面效应的研究

本文建立有限长圆柱模型,采用大涡模拟的计算方法,通过滤波函数过滤小尺度漩涡,采取涡粘性亚格子Smagorinsky模型封闭方程,对高雷诺数下有限长圆柱绕流进行研究.讨论了长径比为45~100时有限长圆柱绕流阻力系数的变化规律,分析了在端面效应影响下阻力特性以及速度场的分布规律,得到了描述端面效应影响范围的综合公式.结果表明,在高Re下圆柱阻力系数Cd随L/D的增加而增大,L/D越大时越早进入阻力系数危机区域;受到端面效应的影响,有限长圆柱绕流在速度场中沿轴向有明显差异产生,高流速区随雷诺数的增加而减小并向后偏移;圆柱上下端附近受到端面效应的影响,阻力系数与平均阻力系数的差值在12.1%至26.3%,以端面效应率Δh表征其影响范围,Δh随着雷诺数增大而减小.

平板上直立有限长圆柱的涡街特性分析

文中以平板上直立的有限长圆柱为研究对象,通过数值模拟的方法,研究其绕流场的特性。通过大涡模拟的数值方法研究了高度-直径之比(以下简称长细比)为7,雷诺数为6×104时有限长圆柱的绕流场。文中通过采用高精度三维结构网格,求解稳态流场,模拟了圆柱顶部的尾拖涡带和流动的下洗现象;通过求解非稳态流场,模拟了涡的脱落、涡在尾流中的演化过程及下洗涡与卡门涡的相互作用。文中的模拟结果很好的反映了各个涡的结构和演化特性,与试验结果吻合较好。

两相邻有限长圆柱的复合电磁散射研究

基于等效定理和互易性原理研究了两相邻有限长介质圆柱的复合电磁散射问题,推导出该复合散射场的二阶散射场计算公式.将公式所得结果与矩量法结果进行了比较,并分析了两柱距离、圆柱长度和极化状态等参量对复合散射场的影响.

冰绕圆柱有限长接触的压力熔化

研究了相变材料（冰）围绕水平圆柱，在有限长接触时的压力熔化过程。应用边界层理论和冰水的热物性求得熔化边界层厚度、作用力与熔化速度关系式。并与长圆柱的压力熔化和有限长圆柱以及球体的温差熔化的结果进行了比较，给出一些有益的结论。

水中有限长加肋圆柱壳的平均辐射率

利用模态展开法,推导了水中有限长不加肋和加肋圆柱壳平均辐射率理论公式。分析了流体负载有限长无肋圆柱壳与其等效矩形板的联系,及轻、重流体负载圆柱壳模态波数图和辐射特性的差异,提出了水中有限长无肋圆柱壳平均辐射率的半经验公式。与理论结果对比表明,半经验公式能很好地反映平均辐射率的整体趋势或平均值,特别是在中高频。在此基础上,通过引入修正因子将该半经验公式拓展至加肋圆柱壳情况,修正因子与肋骨根数、肋骨总质量与壳体质量比有关。数值对比表明,该公式能较好地反映辐射率的趋势或平均值,对不同尺寸圆柱壳、不同数量肋骨都有较好的适应性。

有限长加筋双层圆柱壳低阶模态声辐射性能分析

采用Fl櫣gge壳体方程描述圆柱壳体的振动,通过将加筋结构等效为反力和反力矩加在圆柱光壳表面上,然后将其引入到壳体振动方程中去.采用Helmholtz波动方程和壳体表面的边界条件来求解位于内层壳和外层壳之间的环形流体,并利用傅氏变换,可以求出声压的表达式,理论结果用辐射声功率和辐射效率的形式表示,详细研究了低阶模态的辐射声功率和辐射效率,说明低阶模态对声辐射起主要作用.分析了壳体的固有模态、激励力和声辐射三者之间的关系,这为用主动控制方法降低有限长加筋双层圆柱壳的振动噪声,提供了理论依据.

基于Riccati传递矩阵法分析水下有限长环肋圆柱壳的声辐射性能

采用与以往解析法和FEM/BEM不同的思路,通过运用Riccati传递矩阵法和齐次扩容精细积分法求解水下圆柱壳声振问题的一阶矩阵微分方程,提出一种新的半解析半数值法分析有限长环肋圆柱壳的声振问题。声压解析表达式由满足Helmholtz方程的基本解的线性组合表示;利用液固交界面的法向速度协调条件以及在壳体母线上配点,从而将结构的声振耦合方程转化为求解声压系数的线性代数方程组,实现了对环肋圆柱壳声振问题的求解。数值算例研究了几个重要计算参数对精度的影响;另外通过结果比较表明了该方法的有效性。该方法可以进一步推广到求解有限长环肋圆锥壳以及环肋锥柱组合壳的声振问题。