一种AUV模块化载体结构设计与实现

随着科技的不断发展,水下作业任务呈多样化、复杂化的趋势,针对自主式水下无人航行器功能多样性的问题,采用模块化的设计思想,提出一种载体结构设计方法。以某300 m级探测型AUV为例,对本文提出的载体结构进行验证。水池试验结果表明,本文提出的模块化载体结构运行情况良好,保证了AUV各项功能的实现,可为水下无人航行器的工程设计提供参考。

干式罗茨真空泵吸气级内流动的瞬态模拟

基于动网格方法建立了干式真空泵罗茨型吸气级的三维瞬态数值计算模型。模拟结果与抽速曲线对比,入口压力为1000 Pa时误差为11.5%,100 Pa时误差为34.2%,表明计算流体力学(CFD)方法不适用于入口压力较低及极限真空时真空泵内的流动研究,但在入口压力较高时具有较好的数值精度。由于干式真空泵的主要设计问题多集中于入口压力较高,负荷较大的运行工况,应用CFD方法研究干式真空泵的流动特性具有实用价值。文中计算了真空泵的性能参数,分析了泵腔内的流动现象和流场的主要特征。

平口喷嘴的真空射流雾化模拟分析

基于breakup和collision液滴破碎模型采用Fluent和Gambit软件对平口喷嘴的真空射流雾化进行了模拟,研究了环境压力、喷射压力和喷嘴直径等参数对射流雾化结构和液滴索特平均直径(Sauter mean diameter,SMD)的影响。结果表明:①随着环境压力的降低,喷射束宽度减小,射流贯穿距离和SMD增加。当环境压力小于0.01 MPa时,各雾化性能参数的变化幅度减小;②环境压力和喷嘴直径一定,随着喷射压力的增加,喷射束宽度呈先快速后缓慢增加的趋势,而射流贯穿距离近似线性增加,SMD值变化不明显;③喷嘴直径越小,喷射束宽度和射流贯穿距离越大,SMD值越小,射流雾化效果越好,更易制备出光滑致密的聚合物薄膜。

龙卷旋涡的大涡模拟及能量分离机理

为揭示龙卷旋涡内部的能量分离机理,探索这种特殊旋涡的形成条件,采用亚网格动能(k方程)、有限容积方法对基于Ranque-Hilsch效应的旋涡发生器内部及外部空间可压缩强旋气流进行了大涡模拟(LES)研究.模拟结果再现了强旋气流的特征以及实验观察到的能量分离和真空度分布规律.结果表明,常温气流在强烈旋转时会形成径向温度梯度(即所谓的"能量分离"),其根本原因是旋转流动产生的径向压力梯度和气体的可压缩性协同作用所致;同时发现,在切向进气的喷嘴喉部存在局部降温现象,这有待实验进一步证实.研究结果为深入认识龙卷旋涡特性提供了重要依据.

低出口压力下喷嘴内部空化流动模拟分析

采用Ansys Fluent软件并基于Schnerr与Sauer空化模型,对出口压力小于10Pa平口喷嘴内部的空化流动进行了模拟,研究了喷射压力和喷嘴直径对喷嘴内部蒸汽体积和湍动能分布的影响。结果表明,高喷射压力(10 MPa)对喷嘴内部蒸汽体积的作用减弱,喷射压力为10MPa时,喷嘴出口径向上的蒸汽体积大于其它喷射压力下的蒸汽体积,可获得较好的空化效果;喷嘴内的湍动能随喷射压力的增加而增加;喷嘴直径对喷嘴内部的空化流动有很大的影响,喷嘴直径越小所产生的空化流动越强烈,对比其它直径的喷嘴,直径为0.1 mm的喷嘴在出口处的蒸汽体积和湍动能较大,有助于雾化质量的提高。

瓶体内表面制备类金刚石膜流场结构的格子波尔兹曼模拟

类金刚石膜(Diamond-like Carbon,DLC)具有优异的气体阻隔性能。在PET瓶体内表面制备DLC阻隔涂层时,阻隔涂层的均匀性会受到瓶体内流场结构(气压分布、速度分布等)的显著影响。本文应用格子波耳兹曼方法(Lattice BoltzmannMethod/Model,LBM)对PET瓶体内制备DLC阻隔涂层时的流场结构进行模拟,研究了送气速度、气体运动粘度系数和装置结构变化时瓶体内部流场结构的变化。研究结果表明,降低进气速度和提高气体运动粘度系数有利于减弱回流而获得层流结构;装置结构的调整能够改变瓶体内的流场结构,采用恰当的异型装置可以获得较理想的流场结构,对实验工作具有一定的指导意义。

小孔流导测量方法的研究

在分子流条件下,给出了定容法和恒压法测量流导的方法,分析了测量不确定度。采用定容法气体微流量校准装置和恒压法气体微流量校准装置分别对小孔流导进行了测量,对2种测量方法进行了比对,一致性好于1.0%。

一种旋片泵抽速曲线数值化方法的探讨

在真空系统设计中,常常要根据真空泵的抽速曲线来计算抽气时间。然而如果抽速按照常数计算则会有较大的误差,因此作者对真空泵抽速曲线数值化进行了研究。针对各种真空泵抽速曲线的特点,本文选用曲线拟合的方法对旋片泵抽速曲线中已知点进行重构,再借助Visual Basic6.0语言来编译拟合曲线中取样点的压力-抽速值,可以实现对真空泵抽速曲线的数值化。经实例2XZ-8旋片泵抽速曲线拟合后,计算得到的抽气时间精度提高约22%。结论表明,对旋片泵抽速曲线进行数值化能有效提高抽气时间,管道平均压力等参数的计算精度。

全压强范围内等边三角形截面管道的流导计算

利用文献[1]提出的分层流动模型流导计算理论，对等边三角形截面管道的流导进行计算，得到了在全压强范围内适用的流导计算公式。

某仿蝉翅膀气动功率特性的分析

针对某一特定形状仿蝉微飞行器的翅膀,进行了瞬时功率特性以及平均功率特性的分析.通过仿真,分析了翅膀在3种典型转动模式下的瞬时功率特性、平均功率与攻角幅值的关系,以及最大功率-平均功率比值与攻角幅值之间的关系.结果表明,该型翅膀超前模式下的平均转动气动功率对攻角幅值的变化比较敏感;滞后模式下转动气动功率最大峰值-平均值的比值对攻角幅值的变化也比较敏感;而平均拍动气动功率和攻角幅值之间的关系可近似地认为与模式无关;拍动气动功率最大峰值-平均值的比值和攻角幅值之间的关系也可近似地认为与模式无关.

数值分析电诱导流变成型技术外部因素的影响

电场诱导聚合物流变成型作为一种新型的利用外部电场实现微纳米复型的技术得到越来越多的关注。为了深入理解复型本质与影响因素,提出了电流体动力学(EHD)理论与动网格方法耦合的模型,从数值模拟角度研究了电场诱导聚合物流变成型过程中电场分布与诱导结构之间的关系,仿真分析了在此过程中各外部因素(电压、空气间隙与膜厚)对复型结构的影响。仿真结果表明,初始时刻聚合物薄膜表面的电场分布在复型过程中起决定性作用;同时,合理地调节施加电压,模板与聚合物薄膜间的空气间隙以及聚合物薄膜厚度都可以有效提高复型结构的质量。

包含翅膀转动效应的昆虫简化气动力模型

在忽略流体黏性和附加质量,以及尾迹捕获效应的前提下,给出了一个将翅膀转动效应考虑在内的昆虫翅膀气动力估算模型.该模型将翅膀转动产生的线速度合成到拍动线速度上,利用Dickinson给出的升力和推力系数得到该点的气动力,对整个翅膀的气动力进行积分获得整个翅膀的气动力.采用Dickinson组的实验参数,分别进行了考虑转动效应和不考虑转动效应的仿真,并与Dickinson组的实验结果进行了比较.结果表明,考虑转动效应的模型在拍动末期产生的气动力明显高于无转动效应的模型,在时间和幅值上都与实验结果吻合得更好.

鱼雷斜入水忽扑现象数值仿真

针对目前鱼雷入水初始弹道计算不准确的问题,对鱼雷入水过程中涉及的机理性问题进行了分析。基于无网格的优势,采用有限元法(FEM)/光滑质点动力学(SPH)耦合方法,对鱼雷斜入水大姿态运动过程进行了仿真。通过试验数据验证了仿真模型的正确性,并分析了鱼雷斜入水过程的忽扑现象。计算了不同工况下低压力的数值,并通过理论公式进行了验证。研究结果表明,鱼雷斜入水后雷头下部易产生低压效应,造成大姿态的低头运动。造成忽扑现象的低压力受入水攻角的影响较大,负攻角工况低压力数值比正攻角大,且持续作用时间长。所以需要充分考虑低压力的影响,才能更准确的对鱼雷入水弹道问题进行分析和设计。

大型高真空容器的气体负荷分析

随着科学技术的进步,某些用途的真空装置向大型化、高真空度的方向发展。分析表明材料出气和漏气是大型高真空容器的主要气体负荷,在容器及密封结构设计、检漏设计、制造工艺技术分析中应重点研究,以提高大型高真空装备的技术水平。

仿蝉翅膀气动力及扭矩特性的分析

为仿蝉微飞行器(MAV)设计了一款翅展33 mm的翅膀,并采用准静态模型对该翅膀的气动力及扭矩特性进行了仿真分析;同时还分析了以上特性与攻角幅度之间的关系.力特性仿真结果表明,在超前模式典型拍动参数下,一对翅膀能提供26 g左右的平均升力,足于平衡质量为十几克的仿蝉微飞行器;同时提供合适的剩余升力供机动.扭矩仿真结果表明,翅膀转动模式对转动扭矩的影响很大,而对拍动扭矩影响较小;攻角幅值对转动和拍动扭矩的影响均比较大,但是超前模式下的转动扭矩却几乎不受攻角幅值的影响.为检验仿真结果的可信度,与相关文献类似实验的测量数据进行了比较.结果表明,仿真所得气动力曲线与相比较的实验结果曲线形状相似,特征点位置和幅度吻合较好.

新型“固-气”耦合相似材料渗透性影响因素

为研制出满足模拟低渗性岩石的相似材料,以砂子、普通水泥、玉米淀粉为原料.设计了水泥砂子质量比A、淀粉含量B两个因素,因素A设置5个水平、因素B设置6个水平,共30个实验配比方案,进行渗透速率实验,并经计算获得了不同配比相似材料的渗透率.实验结果表明:渗透率变化范围为2.704×10-11~6.146×10-10d-1,利用非线性回归法,对试件渗透速度随水泥沙子质量比及淀粉含量之间的变化规律的实验结果进行拟合,得到渗透率与水泥沙子及淀粉含量之间的定量关系式,发现"固-气"耦合相似材料试件渗透率随水泥沙子质量比的增大,呈负指数反比例函数的变化;随淀粉含量的增加,呈线性单调递增变化,这说明淀粉具有降低材料渗透性的功能,同时反映出岩石组成结构越致密,所对应的原型岩石强度越大,岩石本身的渗透性越低,反之渗透性越高,相似实验材料渗透性的变化规律与岩石的渗透性变化规律相似度很高.

液体低温热导率的测试

介绍了非稳态法测试液体在低温下（－１００～５０℃）的热导率的测试原理、方法，测试了全氟三乙胺的低温热导率。为了提高测试的重复性，采用了相对比较法，并给出了测试装置及测试结果和误差分析。

SSK型静态混合器和SX型静态混合器的数值模拟及对比

采用计算流体动力学(CFD)的方法,以双螺旋静态混合器以及瑞士苏尔寿SX型静态混合器为主要对比分析模型,以甲醇、PVA、NaOH溶液为介质分析了二者的内部流场,通过仿真模拟计算和后处理分析,显示了物料通过两种不同叶片被动搅拌之后,在出口截面上各组分浓度分布的差异性,为今后的静态混合器的结构优化及选型提供有利的参考依据。

全压强范围内同心圆环截面管道的流导计算

本文利用作者在全压强范围内圆形管道的流导计算中提出的理论,对在全压强范围内同心圆环截面管道的流导进行了计算,得到的公式表明,比目前通用经验公式结果更为合理。

在全压强范围内径向辐射流的流导计算

本文利用作者在对全压强范围内圆形管道的流导计算中提出的理论,对径向辐射流的全压强范围内的流导进行了计算,得到了较为实用的公式,计算结果表明与现有半经验公式结果基本相符。