能源与动力类实验教学中存在的问题及改革措施——以南京航空航天大学《空天动力试验与测试技术》课程为例

结合近年来在能源与动力类专业实验教学实践经验,以空天动力试验与测试技术为背景,从实验室建设、师资力量配备以及实验室管理制度等方面对能源与动力类实验教学中存在的问题及弊端深入进行分析,并以问题为向导,从完善实验教学体系、创新实验教学方式和方法、健全实验教学师资队伍以及强化实验室管理体制改革等方面提出具体改革措施,以提高实验教学的针对性,促进学生创新、实践能力的培养。

航空发动机工程设计创新人才培养体系——以南京航空航天大学《航空发动机工程设计》课程为例

文章针对航空发动机工程设计创新人才的培养机制开展研究,建立以学生为主体、理论学习与工程实践并行的工程设计创新人才校企联合培养新模式。以国家需求为牵引,以工程应用为背景,以技术创新为目标,围绕“学生中心、产出导向、持续改进”的先进课程教学理念,培养理论基础扎实、工程经验丰富、树立“空天报国”志向的航空发动机工程设计创新人才。

基于BOS的过膨胀喷管出口密度测量

背景导向纹影(BOS)因其测试方法简单、测试区域宽、对流场无影响等特点,在超声速流场密度场的测量中有很好的应用前景。根据相关原理,搭建了BOS测试平台并对设计出口Ma=1.9处于严重过膨胀下的喷管出口密度场进行了测量。对实验获得的图像进行处理,获得了喷管出口区域内完整的定量密度场。运用计算流体力学对相同实验状态下喷管出口流场进行了精细的数值模拟。将其与实验结果进行了对比分析,发现实验结果与数值模拟所得的波系结构及激波强度都能够很好地吻合,特别在射流边界外的密度误差在1%以内。这证明了BOS技术能够在有复杂波系的超声速流场密度场测量中获得良好的结果,为超声速流场密度从传统的定性测量转变到定量测量提供了可靠的测试方法。

论虚拟仿真实验在航空发动机教学中的重要性——以南京航空航天大学航空发动机原理虚拟仿真实验平台为例

航空发动机事关国家政治、国防以及经济等,是一个国家综合国力的体现。由于我国航空事业起步晚,尽管经过多年的发展,我国的航空发动机技术仍落后于欧美国家,其中航空发动机人才培养是制约着航空发动机技术发展的重要瓶颈之一。由于航空发动机实验成本高、难度大、污染高等原因,高校针对航空发动机专业的教学仍局限于理论课本教学,无法让学生切身掌握航空发动机的工作原理,极大地影响了专业人才培养的质量。虚拟仿真技术是教育部2018年提出的教育建设工程,可以有效地解决航空发动机整机实验中遇到的各类难点。文章以南京航空航天大学航空发动机原理仿真实验平台为例,阐述了虚拟仿真的必要性和组成结构,论述了虚拟仿真技术在航空发动机教学的重要性。虚拟仿真技术可以进一步促进我国航空发动机人才的培养,助力我国航空工业发展。

基于壁面压力分布的单边膨胀喷管反设计及试验验证

针对目前单边膨胀喷管(Single expansion ramp nozzle:SERN)设计方法的缺陷,提出了通过指定壁面压力分布规律来反设计喷管型线的方法,获得了膨胀面型线反设计程序。根据给定的最优壁面压力分布反设计了喷管型线,将该喷管与最大推力喷管进行了性能对比研究,并对该喷管进行缩比冷流试验,试验和数值模拟结果吻合很好。结果表明:在设计点,相比于最大推力喷管,该喷管的轴向推力系数比最大推力喷管只降低0.07%,而升力和俯仰力矩分别提升了23.08%和2.82%,验证了设计思想的正确性,为SERN的设计提供了一种高效而新的设计方法。

基于PIV技术的压力场重构算法实现与研究

介绍了有限容积法、直接积分法和Poisson方程法3种基于PIV瞬时速度场重构压力场的基本原理以及相应的计算方法,选取管流突扩流场和偏置方块绕流流场两个不可压缩流场的瞬时速度场数据,采用上述3种压力场重构算法,分别研究了图像噪声、速度场精度、插值算法以及边界条件的类型与精度对重构压力场的影响。最后针对管流突扩过程第20ms的流场,给出了3种重构算法下的压力场云图以及对应的CFD模拟结果。研究表明,有限容积法和直接积分法容易受到噪声的影响而产生剧烈震荡,但是可以在较大的速度场误差范围内保持较高的精度,通过采用双线性插值可以获得更高精度的重构压力场;Poisson方程法不易受到噪声的影响而产生震荡,同时在高精度PIV速度场下的优势较为突出,通过采用双三次差值可以获得更高精度的重构压力场;混合边界条件仅仅测定边界上有限个点的压力值,就获得了接近狄利克雷边界条件下重构压力场的精度,远高于诺依曼边界条件;边界条件的误差严重降低重构压力场的精度,其影响程度比速度场误差还要大。

模拟Scramjet隔离段实际入口的直连试验设备设计试验验证

为了模拟进气道喉道非均匀流场对超燃冲压发动机隔离段流动特性的影响,针对典型超燃冲压发动机隔离段入口流场的马赫数分布要求,设计了隔离段直连试验设备。该设备整个通道采用扩张构型,在附面层发展段的下壁面采用加圆形凸台的方法加速附面层发展,并针对该设备进行了数值模拟和冷流试验。结果表明,该直连试验设备不仅能准确模拟隔离段实际入口流场(即入射激波和非对称附面层),模拟的主流区马赫数与目标值差值在0.02以内,还解决了传统的直连试验设备存在的启动问题。试验与数值模拟结果吻合较好,验证了该直连试验设备设计方法的可行性。

航空发动机创新创业人才培养机制——以南京航空航天大学能源与动力学院为例

针对航空发动机创新创业人才的培养机制展开研究,构建"三纵一横"人才培养体系。以立德树人为根本目标,围绕"理论教育服务实践能力培养、实践能力促进创新创业能力建设、创新创业促进理论教育发展"的先进理念,多维度、多方位地培养具有扎实理论基础、协同创新能力、工程应用实践能力和科研成果转化与应用能力的创新创业高技能型人才。

碳素厂废水治理研究

本文研究了上海碳素厂废水特点及各种可供治理的方法。根据该厂地处黄浦江上游准水源保护区及厂方可供治理场地极小的特点,确定了废水处理后基本回用的方案,以减少对环境水域的影响;采用叠层布置方法以减少占地面积,使用地指标达到7.9 m^3废水/m^2,远高于一般1～2m^3废水/m^2的指标。工程实施8个月来,证明实验室研究设计方案与实际废水处理效果吻合,技术可靠,布局紧凑,是废水处理研究方向之一。

超燃冲压发动机尾喷管进口气流角畸变研究

为探索气流角畸变对超燃冲压发动机尾喷管性能的影响,开展了喷管在单一气流角畸变和耦合畸变进口条件下的数值模拟研究。首先简要介绍采用的数值模拟方法,并根据实验结果校核数值方法的有效性。同时为得到准确的数值结果,进行了网格无关性验证。然后,通过数值模拟获取超燃冲压发动机燃烧室出口气流参数,用于研究气流角畸变对喷管性能的影响并讨论了其影响规律。在此基础上,进一步研究了气流角畸变与马赫数畸变相互耦合对喷管气动性能的影响。结果表明,气流角畸变对推力影响很小:推力系数变化仅为0.37%;但对升力和俯仰力矩影响显著,相应增幅分别可达51.84%和12.11%。此外发现气流角畸变和马赫数畸变对喷管气动性能的影响是相互独立的。因此在超燃冲压发动机喷管的相关研究过程中,有必要对气流角畸变加以考虑。另外还需要关注由于气流角畸变导致的喷管升力和俯仰力矩变化对飞行器整体稳定性的影响。

非对称喷管起动过程数值模拟研究

为研究起动过程中激波运动对非对称喷管性能的影响,采用非定常数值模拟方法对基于最大推力理论设计的超燃冲压发动机喷管地面起动过程开展了研究。结果表明,喷管起动过程中由于进口气体与管内气体压比较大,主激波形成并向下游运动;为匹配主激波扫掠后的高压区和进口气流膨胀形成的低压区,形成一道左行的二次激波。起动过程可分成两个阶段:第一阶段是主激波与二次激波共同扫掠阶段,主激波在喷管进口产生并向下游运动,此阶段推力大幅上升;当主激波扫过上壁面末端时喷管升力大幅升高。第二阶段是二次激波扫掠阶段,左行的二次激波随主流向下游运动,推力小幅下降并趋于稳定,升力显著降低并趋于稳定。进一步研究了运动激波速度的变化,发现主激波速度持续减小,二次激波相对于主流的左行速度在喷管内和离开喷管后分别增大和减小。进一步地,对比了一维运动激波理论推导出的激波速度和数值模拟的激波速度,发现可以用一维运动激波理论预测起动时间,但需考虑喷管下壁面末端膨胀波的影响。

企业改革和劳动人事管理的创新

经济体制从计划经济向市场经济的转变，使政府与企业的关系，以及劳动者个人与企业的关系，都发生了很大的变化，这样的变化给企业各方面的管理工作提出了创新的要求，也造就了创新的条件。

钢材批发市场要向现代物流方向发展

中国大陆的钢材批发市场出现于上世纪80年代末,从90年代中期开始数量大增。现在,上海有各类钢材批发市场近20个,其中,建立于1990年的宝山钢材交易市场的交易总量最大,2001年达到达456万吨。 钢材批发市场产生的大背景可以从两个方面认识:一是中国钢铁工业从90年代开始迅速发展。1993年。

大内收缩比进气道加速起动过程中喘振特性研究

为了研究二元超/高超声速进气道在加速起动过程中流动的非定常特性,采用二维非定常数值计算方法对内收缩比为1.63的进气道流场进行了数值模拟。研究结果表明,进气道在加速起动过程中,从不起动到起动转变时流场存在两种类型的振荡,即高频振荡与低频振荡。随着来流马赫数的增加,流动依次经历无振荡状态、低幅高频振荡状态、高幅低频振荡状态、起动状态。其中,高频振荡的频率为664Hz,低频振荡的主频率在62~100Hz,二次谐振频率低于200Hz,且高幅低频振荡持续的时间远大于低幅高频振荡的。喉道壅塞是造成流场振荡的主要因素,而观测到的二次谐振现象是由唇罩侧分离区的非定常形成和消失而导致的。

非对称喷管超声速流场的PIV实验与数值模拟

选取了跟随性能以及散射性能都上佳的二氧化钛粒子,利用了粒子图像测速仪(particle imagevelocimetry,PIV)对不同落压比下的非对称喷管(single expansion ramp nozzle,SERN)流场进行了测量,成功获取了相应流动结构,以及沿程上壁面压力分布和速度场等.在测得的图像中,可以清晰地观察到由于过膨胀产生的激波与膨胀波系,并进一步获得出口速度分布.运用计算流体动力学数值模拟方法,对实验状态下的非对称喷管进行了模拟.对比结果发现:PIV实验测得流场结构能很好地与其吻合,这互相验证了CFD计算和PIV实验的正确性及可靠性.

考虑进口非均匀的喷管设计及冷流条件下的性能研究

超燃冲压发动机尾喷管与燃烧室直接相连,由于没有几何喉道和收缩段的整流作用,实际工作过程中尾喷管的进口气流是非均匀的,因而有必要研究非均匀进口条件下的尾喷管设计方法.以超燃冲压发动机尾喷管非均匀进口马赫数分布为条件,采用有旋特征线设计了超燃冲压发动机非对称尾喷管的等熵膨胀型线.利用数值模拟和试验相结合的方法研究了冷流条件下喷管的气动性能.结果表明,在相同的进口条件下,相对于假定进口马赫数均匀分布设计得到的喷管,考虑进口马赫数非均匀分布设计的喷管推力增加0.6％～2.0％,负升力降低可达82.0％,俯仰力矩增加8.6％～13.0％,这说明在喷管的设计过程中考虑进口参数分布的非均匀性是有必要的.

基于壁面压力分布的非对称喷管反设计

针对目前非对称喷管的设计方法上的缺陷,给出了通过指定壁面压力分布规律来反设计其膨胀面型线的方法,获得了膨胀面型线反设计程序,并结合优化算法寻找综合性能较好的喷管壁面压力分布.将采用该方法设计得到的喷管模型与最大推力喷管进行了对比研究.结果表明:在设计点,该喷管的推力系数比最大推力喷管只降低0.102%,而升力和俯仰力矩分别提升2.295%和15.774%.验证了设计思想的正确性,为非对称喷管的设计提供了一种高效的设计方法.

几何尺寸约束的超燃冲压发动机推力喷管设计

针对机体/推进系统一体化要求,提出了一种几何尺寸约束的超燃冲压发动机推力喷管设计方法,以实现在满足几何约束条件下优化喷管的气动性能。采用数值模拟对提出的设计方法展开了研究,在此过程中,首先校核了数值方法有效性并确定了网格分辨率。进一步就喷管设计过程中2个关键设计因子——比例因子和非对称因子开展了影响研究。最后为验证本文提出的设计方法的有效性和优越性,将其与典型截短设计方法进行对比分析。结果表明,相比截短方法,本文提出的设计方法不仅能够获得满足几何约束的喷管,同时可使喷管推力系数、升力和俯仰力矩分别提升33.36%、265.75%和37.21%。此外,本文提出的设计方法还可以通过调整设计因子来获得不同气动性能的喷管,进而满足应用过程中的实际需求。