基于PIV测量的涡轮流量计响应分析

应用粒子成像测速技术获得了涡轮流量计叶片入口流场的速度分布信息,并基于该测量结果,运用T-G模型理论得出流量计的响应。通过与以往所采用的几种典型的入口速度分布计算得到的结果比较分析表明,基于PIV测量的结果更接近于涡轮流量计的真实响应。还比较分析了涡轮入口速度分布对涡轮流量计响应的影响机理,相关结果可望为改进涡轮流量计响应的计算分析方法以及优化设计提供有价值的参考。

狭长直管约束条件水下电爆炸所产生的气泡运动和界面射流

以高速摄影为主要手段,揭示直管中爆炸诱导气泡和射流的典型演变过程,并测试爆炸深度和爆炸能量对该现象的影响。研究发现直管中爆炸诱导的表面射流分为光滑和粗糙的两段,这区别于自由表面射流的形态;爆炸气泡的发展经历一个先膨胀再坍缩的过程,其中封闭坍缩以气泡顶部形成内向射流为特征。表面射流速度主要来自爆炸早期短时间内气泡膨胀赋予水体的冲量,且整体上与起爆能量成正相关,而与爆炸深度成反相关;用准一维的简化模型能够很好地描述它们之间的依赖关系,计算结果不仅在趋势上与实验结果一致,数值上也能很好吻合。

水下爆炸冲击凹陷液面诱导射流研究

利用液滴坠落冲击直管中水平液面产生半球形凹陷,并以此凹陷液面作为初始界面进行水下爆炸冲击诱导射流的实验研究。以高速摄影为主要手段,结合Fluent数值模拟,揭示了凹陷液面在水下爆炸冲击作用下的变形过程和机理。实验结果表明,随着爆炸的发生,液面凹陷中心会汇聚形成纤细光滑的射流,同时在管壁附近会产生附加环状射流,这明显区别于冲击直管中水平液面诱导射流的现象。进一步研究发现,中心射流的产生主要源于液面凹陷对爆炸能量的汇聚作用,而附加射流的产生受到液面初始形状和管壁剪切阻力的共同影响,二者经历短暂的加速过程之后均以一个近似恒定的速度向上抬升。通过考察能量对射流的影响发现,中心射流与附加射流的速度均与充电电压(爆炸能量的1/2次方)呈线性正相关;中心射流形态特征基本不变,附加射流则随能量的变化呈现不同的形态。

冲击作用下液滴在环境液体中的变形破碎行为

采用基于液-液体系的坠落实验装置对冲击作用下单个液滴在环境液体中的变形破碎行为进行了实验研究。针对高速摄影捕捉到的5种液滴典型变形破碎模式进行了定量化考察和规律性分析。结果表明,液滴初始直径、液滴与环境液体的密度比和粘度比、界面张力系数以及坠落高度等实验参数相互组合可以得到相似的实验结果,其中We数是区分液滴变形破碎模式的关键参数。进一步研究液滴变形破碎模式与无量纲参数的依赖关系发现,在1<We<700、0.001<Oh<0.005的实验条件范围内,液滴变形破碎模式与Oh数无明显依赖关系,而在We数相近情况下,液滴变形破碎模式呈现明显的相似性。

基于气象数据系留气球状态参数计算

为分析系留气球在实际应用地气象条件下的系留状态,基于标准大气模型分别在标准大气和实际气象测量的参数下对系留气球主要状态参数重量、重心、0风速平衡俯仰角进行计算。结果表明,应用实际气象数据参数计算的结果会在标准大气计算结果的基础上呈现波动变化。通过不断积累气象数据,利用系留气球实际应用地气象参数计算可对后续系留气球设计进行指导,使系留气球更好地在任务地点使用。

尾翼翼形修圆对系留气球影响分析

系留气球作为一种浮空器,其尾翼一般通过充气成型,为方便加工,通常对尾翼翼形末端进行修圆处理。针对尾翼翼形修圆程度对系留气球的影响,选择三种翼形分别进行不同程度的末端修圆处理,并应用流体力学仿真软件对修圆之后翼形的升阻力系数进行分析。结果表明,修圆的存在会小幅改变升力曲线的斜率,同时对阻力系数有着更加明显的影响,随着翼形修圆程度的增加,阻力系数明显增大。因此,实际系留气球尾翼应在加工允许范围内尽量减少修圆,以免产生不利影响。

尾翼翼型对系留气球影响分析

系留气球的球体一般由球身和尾翼组成,尾翼可以增加系留气球在有风情况下的稳定性,进而保证其安全系留。针对尾翼翼型对系留气球的影响,对四种不同尾翼翼型的系留气球进行仿真分析,讨论了翼型厚度和翼型弯度对系留气球升力、阻力和俯仰力矩的影响,进而为系留气球尾翼翼型的选取提供参考。