Effects of Span Length and Additional Structure on Flow-Induced Transverse Vibration Characteristic of a Cantilevered Rectangular Prism

We consider the effects of the aspect ratio L/H (where L is the length of a prism, and H is the height of a prism normal to the flow direction) and the size of additional structures (which are a plate and a fin on the surface of a prism) on a vibration characteristic of a cantilevered rectangular prism. The present research is intended to support the analysis of energy harvesting research on the flow-induced vibration in water flow using a magnetostrictive phenomenon. The prisms are constructed from stainless steel and mounted elastically to a plate spring attached to the ceiling wall of the water tunnel. The prisms with aspect ratios of L/H ≥ 5 have reasonably identical vibration characteristics. However, the difference in the vibration characteristic appears distinctly on a rectangular prism with an aspect ratio of L/H = 2.5. The rectangular prism with an aspect ratio of L/H = 10 and a side ratio of D/H = 0.2 has a stable and large response amplitude and oscillates with a lower velocity. The length of the added plate and the size of the added fin influence the velocity of vibration onset. If the length of the added plate and fin size on the rectangular prism with D/H = 0.2 becomes large, the curve of the response amplitude shifts to that of the rectangular prism with D/H= 0.5. The response amplitude of the rectangular prism with/without plate or fin is found to be related to the second moment of area of the prism.

不同压缩比螺旋翅片对相变储能罐蓄热的影响机制

在传统螺旋翅片基础上提出3种不同压缩比的螺旋翅片结构。首先数值模拟不同压缩比的螺旋翅片储能罐相变材料的熔化过程;其次,讨论4个储能罐中温度场和固液界面的演变情况;再次,分析液相分数、平均温度和平均努塞尔数的变化趋势;最后,对比不同压缩比下相变材料的总蓄热量、熔化时间和平均蓄热速率。结果表明:设计压缩比合适的螺旋翅片可有效促进储能装置相变材料的熔化,减轻下部温度垂直分层现象,增强相变材料的自然对流,提升相变储能罐的蓄热性能;随着压缩比的增加,蓄热速率呈先增加后减小的趋势,而完全熔化时间则先减少后增加;与无压缩螺旋翅片的储能罐相比,当压缩比为3时,石蜡完全熔化时间缩短27.27%,平均蓄热速率提升33.33%,但当压缩比增加到7时,平均蓄热速率反而下降25%,完全熔化时间增加34.67%。

卧式套管潜热蓄热单元偏心与肋片结构优化模拟

利用偏心布置增强相变蓄热单元内部自然对流是提高相变蓄热系统性能的新思路,为了更深入地研究偏心布置对相变蓄热系统性能的影响,基于焓-孔隙率法建立了卧式套管相变蓄热单元的三维数学模型,并利用Fluent软件对环形空间相变材料熔化过程进行数值模拟,通过对熔化过程流场、液相率及温度云图的分析,将熔化过程划分为三个阶段:导热主导的初始阶段,随后是自然对流和导热的混合作用的阶段,以及导热再次占主导地位的最终阶段,并将相变材料环形空间划分为两个区域,据此提出新的评价参数“偏心面积比”。结果表明:硬脂酸作为相变材料时较佳的偏心面积比位于16∶1附近,熔化时间相对于同心布置缩短了45.8%,但同时会使蓄热单元㶲效率略有降低,并且预测对于其他材料,预期的最佳偏心面积比与使用材料的自然对流强度和导热能力之间的比值有直接相关。利用偏心结构与肋片结合的方法进一步强化传热,比较了螺旋肋、十字肋和X形肋三种肋片,发现X形肋具有较佳性能,与相应偏心无肋结构相比熔化时间缩短了36.7%,比螺旋肋和十字肋结构分别缩短了20.3%和7.1%。

柔性尾鳍的形状对仿生机器鱼水动力学特性的影响研究

研究了仿生机器鱼不同形状柔性尾鳍的水动力学特性。根据仿生学观测结果,研制了4种形状的仿生机器鱼尾鳍,通过开展水动力学实验,对比分析了尾鳍外形、结构、材料和运动参数对水动力学参数的影响。结果表明,增大尾鳍的摆角幅度和摆动频率有利于提高推进力,但会引起游动的不稳定性;柔性强的新月形尾鳍具有较好的推进性能;展弦比越小的无鳍条尾鳍,高频游动性能越好,鳍条会降低尾鳍的高频游动性能。

波纹翅片参数对多孔介质等效方法的影响研究

多孔介质等效方法在工程应用中是一种节省计算时间的有效方法.为了探究不同的波纹型翅片几何结构(翅片高度h、翅片间距s、双波高2A、波长W、孔隙率γ)对多孔介质等效方法(Porous Media, PM)的影响,参考现有波纹型翅片的实验,利用2021ANSYS Fluent软件对波纹型翅片模型及其对应的PM模型进行数值计算研究.计算结果表明:雷诺数为800时波纹型翅片使用多孔介质等效方法可以节省48%以上的计算时间.使用PM方法带来的流动误差随着横纵比a^(*)的增加而增大;随着波纹幅度wa增加而增大.使用PM方法带来的传热误差均随着孔隙率γ的增加而增大.

百叶窗翅片车辆散热器性能研究

通过数值模拟方法对百叶窗翅片散热器流道中流体的流动和传热性能进行研究,将数值模拟结果与文献实验关联式计算结果进行对比,验证了数值模拟方法的正确性。将百叶窗翅片散热器的翅片间距与百叶窗间距两者关联起来,分析了其比值Fp/Lp和百叶窗倾角对于百叶窗翅片流道传热和压降性能的影响。而后分析了百叶窗翅片结构参数对于百叶窗流道间流体流动效率的影响。研究表明,百叶窗翅片的传热系数和压降随着Re数的增大而增大,随着百叶窗翅片间距与百叶窗间距比值Fp/Lp的增大而减小,随着百叶窗倾角的增大而增大。流动效率随着Re数的增大而增大,随着百叶窗翅片间距与百叶窗间距比值的增大而减小,随着百叶窗倾角的增大而增大。

栅格绕流数值模拟研究

栅格长宽比是影响栅格翼气动特性的重要参数,为研究它对栅格翼气动特性的影响规律,本文通过求解NS方程数值模拟研究单栅格长宽比对栅格气动特性的影响,并且对栅格边框厚度和形状对阻力的影响,在亚、跨、超声速多个马赫数下进行了数值模拟。结果显示,在所选择的长宽比范围内,长宽比对阻力的影响不大,对法向力有明显的影响,选择适当的栅格边框外形和厚度,可以大大减小栅格的阻力。

结构/非结构混合网格数值模拟栅格翼

为了详细了解栅格翼内部的流动特性,设计满足飞行器性能要求的栅格翼,本文开展了多种不同单栅格外形的气动特性数值计算,对单个栅格的外形进行了初步选型研究;然后采用结构网格、结构与非结构混合网格求解NS方程,对带有两片栅格翼的导弹进行了数值模拟,结构网格计算结果与结构非结构混合网格计算结果一致,并与国外文献的计算结果和风洞试验结果进行了对比,三者的结果吻合较好。采用混合网格比结构网格的网格规模小许多,可以节省大量计算机内存和计算时间,是一种比较好的栅格翼数值模拟方法。

液晶瞬态技术测量带侧向流扰流柱通道端壁换热

采用热色液晶瞬态测量技术测量带侧向流扰流柱通道端壁全表面换热系数的分布，研究了侧流比及雷诺数对换热的影响，其中，侧流比为0．25～1．0，雷诺数为3×10^4～9×10^4。结果表明：（1）侧流比对扰流柱通道的流动形态及端壁换热有重要影响；（2）存在一个临界侧流比，在临界侧流比以下，流动形态沿主流方向呈错排流状态；在临界侧流比以上，流动形态沿侧流方向呈错排流状态；在临界侧流比附近，流动为顺排流动状态，方向在主流和侧流方向之间；（3）侧流比较小或较大时，扰流柱通道端壁换热较强；在临界侧流比附近，换热相对较弱。

双排管直接空冷换热元件性能试验研究

空冷凝汽器散热器的结构是影响其性能的关键。对此,以2个不同结构尺寸的双排管直接空冷换热元件(换热元件)为例,对其热力性能进行试验研究。结果表明:随着迎面风速的增加,换热元件的传热系数及空气阻力均逐渐增大,其中传热系数的增加幅度逐渐减小,空气阻力的增加幅度逐渐增大;当迎面风速小于2m/s时,2个换热元件的换热系数基本相同;当迎面风速大于2m/s时,翅片尺寸较小的换热元件的传热系数明显大于翅片尺寸较大的换热元件,且随着迎面风速的增大,两者的差别逐渐增大;实际工程中,应对迎面风速、翅片尺寸及翅化比进行优化,以提高空冷凝汽器的热力性能。

格宽翼弦比对栅格翼气动特性的影响

格宽翼弦比是影响栅格翼气动特性的一个重要几何参数。为研究它对栅格翼气动特性的影响规律,本研究采用风洞实验的方法对3种不同格宽翼弦比的栅格翼在亚、跨、超声速3个马赫数下进行了气动特性的研究。结果显示,在所选择的格宽翼弦比范围内,格宽翼弦比对阻力的影响不大,对法向力有明显的影响,格宽翼弦比越小法向力特性越好。

套片式油冷器传热性能实验研究

通过实验研究探讨了不同抽管方式对套片式油冷器传热和阻力性能的影响。研究表明,油冷器2和油冷器3抽管后比没抽管油冷器1综合传热性能更好,油冷器2比油冷器1综合性能最大提高11.6%,油冷器3比油冷器1综合性能最大提高23.3%;翅化比影响套片式油冷器的综合传热性能,油冷器3翅化比介于其他油冷器之间,综合效果最佳。该实验研究结果对套片式油冷器设计与工程实际应用具有一定的实用价值。

析湿工况下开缝翅片管换热器空气侧热质比拟关系特性分析

对开缝翅片管换热器在析湿工况下空气侧热质比拟关系进行试验研究，分析翅片间距和入口相对湿度对空气侧热质比拟关系特性的影响。研究结果表明，随着翅片间距的增加，热质比拟关系值逐渐增大。当入口水温为12℃时，随着入口相对湿度的增加，热质比拟关系逐渐增加，而当入口水温为6℃时，入口相对湿度对热质比拟关系几乎没有什么影响。试验得到的热质比拟关系值的范围为0．5—3．7，刘易斯关系式对于开缝翅片管换热器不适用。利用多元线性回归的方法开发热质比拟关系hs/（hmCp,a）的关联式，所开发关联式在±15％误差范围内能涵盖87.3％的试验数据，平均误差为7．1％。此外，在数据处理过程中，提出一个新的参数——传质翅片效率，以此来求解空气侧的传质系数。

影响聚合物微翅片注射成型翘曲变形的因素探讨

聚合物微槽道换热器未来在电子设备散热方面具有很高的实用价值。利用Moldflow模流分析软件,以微槽道换热器为研究对象,以聚丙烯为原材料,基于微注射成型技术,研究不同外形尺寸、翅片深宽比、脱模角度、浇口尺寸和浇口分布型式对翅片翘曲变形的影响规律。模拟实验结果表明:百微米级微翅片大小减半其翘曲量减少为原来的1/3;翅片脱模角增大可以有效改善翘曲变形;翅片高宽比增大可强化其对翘曲的影响;浇口尺寸减小利于改善翘曲变形且双浇口能有效的减小翘曲变形的发生。

极小展弦比背鳍气动特性研究

对极小展弦比背鳍进行了风洞实验和CFD分析。研究表明:亚声速大迎角下背鳍涡破裂影响不严重,且涡破裂迎角较大;正侧滑通常使背鳍法向力增加,负侧滑使法向力降低;CFD分析证实了大负侧滑条件下翼片法向力会变成负值,从而引起十字翼在倾斜条件下滚转力矩发生突变。

扰流柱分布对层板流阻和换热性能的影响

研究了层板内部扰流柱排列形式对层板结构流阻和换热性能的影响。在相同的两侧换热条件和进口流量条件下,对孔径、通道高度、开孔率和填充比相同,扰流柱均为圆柱形,出气孔均倾斜30°,扰流柱个数和排列形式不一样的6种模型进行了流固耦合计算,得到了6种模型的流阻和换热特性。结果表明,对于流阻而言,在等填充比条件下,同种排列形式的层板结构,扰流柱越靠近出气孔,层板出气流阻越小;扰流柱的个数越少,腔内流阻越小。对于换热而言,在等填充比条件下,扰流柱个数越多,换热效果越好;扰流柱排列方式的变化,会改变气流流动结构,在一定程度上改变了层板换热性能。

栅格翼外形特征对减阻影响的研究

栅格翼相对平板翼有其独特的优越性,对其气动特性进行优化很有必要。采用风洞实验和数值计算的方法,分别对不同翼弦格宽比的栅格翼及不同后掠方式的栅格翼进行了研究,风洞实验结果显示,栅格翼的翼弦格宽比存在一个气动性能的最佳值,使得升阻比最大;数值计算结果证明栅格翼前缘局部后掠能有效减小波阻,是一种新的减小栅格翼阻力的方式。

亚跨音速栅格的升阻特性数值研究

栅格几何参数对栅格翼的气动力特性影响很大，针对此问题，采用数值模拟方法研究了亚跨音速条件下栅格形状、翼弦格宽比对栅格升阻特性的影响．栅格形状主要为正置与斜置45°正方形、正六边形、正三角形等4种，翼弦格宽比变化范围为0．7～3．0．结果表明，形状和翼弦格宽比对栅格阻力系数、升力系数、升阻比都有显著影响，存在使气动力特性最佳的形状和翼弦格宽比，为研究亚跨音速下栅格翼的气动特性提供了基础．

多尺度外翅片管性能评价模型

提出一种制造多尺度外翅片管的加工方法,实现同时在铜管基体上生成具有两种或两种以上尺度范围的翅片;设计一种特制犁削刀具,并建立刀具的角度标注系统。表面功能结构在翅片管中应用已十分广泛,但其性能的有效评价函数一直没有建立,对此提出翅片管的性能评价指标—比能面积sγ。在此基础上,利用该指标对多尺度外翅片管的性能进行评价,对其加工影响因素进行优化,寻找出该翅片管的最优加工参数。

大长径比卷弧尾翼火箭弹气动特性数值研究

采用CFD方法对大长径比卷弧尾翼火箭弹流场进行了模拟,对比风洞实验数据,验证了数值方法可靠性。对比单个弹体和翼身组合体的气动特性,得到了卷弧尾翼对全弹气动特性的影响。利用正交设计方法,建立以卷弧尾翼6个几何参数为因素的正交数值实验表,得到卷弧尾翼几何参数对各个气动系数的影响。分析零安装角卷弧尾翼在超音速下零度攻角时流场,指出翼面压力分布差异,得到自诱导滚转力矩产生机理,同时分别指出超音速时其随攻角、曲率半径、展弦比和马赫数的变化趋势。