基于流体振荡器阵列的S型流道主动控制实验研究

本文针对一个典型的大折转角、大尺度S弯流道,设计并制造了一个由16个流体振荡器组成的大型阵列,并对S弯内部流动进行了主动控制实验研究。首先采用高频响热线风速仪、高精度质量流量计等手段测量了流体振荡器的频率、速度、流量等随进口压力的响应变化规律及其在大型阵列中的工作特性一致性。其次采用壁面压力采集、五孔探针等手段测量了不同激励条件下,S弯流道的壁面压力分布以及出口截面的总压分布情况。结果表明,所设计的脉冲型流体振荡器能够产生1 kHz以上,峰值速度高于300 m/s的高频高速振荡射流,且阵列中多个振荡器的流量、频率、振荡速度范围等工作特性保持了较好的一致性。流体振荡器阵列在S弯流道上壁面一弯前缘形成了一排开孔率仅为10%的脉冲射流孔,在与主流成45°射流角度、进口马赫数Ma=0.15,激励速度比uR=4.31条件下,仅使用激励质量流量比Cm=0.39%的激励质量流量,就使S弯流道的出口平均总压损失改善了10.6%。本研究验证了流体振荡器阵列控制大尺寸分离流动的高效能力。

斜出口合成射流激励器S进气道分离流动控制

设计加工了单膜双腔式斜出口合成射流激励器,应用PSI DTC Initium压力扫描系统对斜出口合成射流激励器在S进气道主动流动控制中的应用进行了研究。结果表明:斜出口合成射流激励器能够抑制S进气道分离流动,提高出口总压恢复系数σ和降低畸变指数DC90,只需通过改变激励器的工作电压和频率,就可实现对S进气道内部流场的控制。在共振频率下,当来流速度V=80m/s,采用斜出口合成射流控制可使出口截面平均总压恢复系数增加0.37%,此时所耗合成射流能量仅为主流的0.24%。

旋转喷射泵S形叶片复合叶轮的设计

在介绍旋转喷射泵的工作原理及特点后,重点论述了旋转喷射泵的设计理论,讨论了S形叶片复合叶轮结构参数的计算方法和取值范围。结合设计实例,给出1个S形叶片二级复合叶轮的设计结构参数,加工出复合叶轮并组装成旋转喷射泵进行试验,拟和出泵试验性能曲线。与后弯式叶片复合叶轮泵性能曲线相比,这种泵扬程和流量均有所增加,泵性能达到了设计指标和要求。

超紧凑S形进气道微喷气控制策略研究

本文以M2129进气道为研究对象,设计了7种不同微喷气控制方法,通过分析轴对称面轴向速度云图、出口截面总压恢复系数云图、二维速度流线图及总压恢复系数值的变化,研究了喷气位置、喷气角度、喷气量和喷气孔数等因素对S形进气道流场及性能的影响。结果表明:喷气位置对于减小进气道的分离、总压损失和畸变起决定性作用;喷气角度和喷气量与喷气位置的耦合作用才会对微喷气控制效果产生明显的影响;而喷气孔孔数在一定范围内也影响进气道的性能。

S弯进气道流动控制装置多参数多目标优化设计

在S弯进气道设计点,针对前机身/进气道一体化模型,采用CFD数值模拟技术开展内外流计算,分析管道内流场特性从而为流动控制装置设计提供参考依据。采用微质量射流流动控制装置对进气道内流进行流动控制,射流装置可变参数包括射流装置安装站位、入射流向角度、侧向角度及射流孔间距。基于DOE方法设计控制效能计算样本,开展流动控制效能计算分析,得到总压恢复系数σ及流场畸变指标DC60的响应面函数,采用多目标优化技术,得到使得总压恢复比较高、流场畸变比较小的控制装置参数Pareto最优解。

S型截面不锈钢钢丝成形工艺和模具设计

根据不锈钢材料强度高、硬化严重和S型横截面形状复杂、尺寸小的特点,确定采用两道次辊弯预成形、两道次辊模拉拔、一道次固模精拉的工艺方案,设计S型截面不锈钢钢丝五个道次成形工艺过程的轧辊孔型。此项研究成果对S型截面钢丝有重要的参考价值。

S型城市隧道污染物传播特性数值模拟

随着城市的发展,许多新型城市隧道采取上方局部开口形式,以缓解其内部环境污染以及出口污染物集中排放的问题,同时隧道内部设置射流风机也是改善隧道内空气质量的重要措施之一。以武汉水果湖隧道为研究对象,构建了一个顶部开口和隧道内部设置射流风机的S型城市隧道三维立体模型,并运用计算流体动力学(CFD)方法,模拟分析了5种不同工况下顶部开口和射流风机对S型隧道系统流场以及污染物传播特性的影响。结果表明:单开启射流风机工况下,S型隧道内污染物CO浓度的降低幅度约为10%;而单开启顶部开口对缓解S型隧道内空气污染无积极作用;当南北双顶部开口与射流风机同时开启时,S型隧道内污染物CO浓度的降低幅度约为35%。

S弯喷管喷流噪声特性研究

为了研究S弯喷管亚声速喷流的噪声特性,采用大涡模拟结合FW-H方程方法,通过数值模拟得到轴对称喷管和S弯喷管的流场及远场噪声。结果表明:S弯喷管的S形弯曲及圆转方构型导致了主流流向变化和横向压力梯度,S弯喷管出口截面角区及下方中心线附近均有不同尺度的旋涡分布,通过加强掺混减弱喷流与大气之间的剪切,使得S弯喷管噪声源尺度小于轴对称喷管。S弯喷管将St=0.08~0.2的噪声转移到St=0.2~0.3,在喷流下游10°~50°,S弯喷管相比于轴对称喷管噪声总声压级减小了6~8dB,在20°接收点处降噪效果最佳,相比于轴对称喷管减小了约8dB。在喷流上游S弯喷管降噪效果减弱,仅减小了2~4dB。在下游10°~80°处,S弯喷管水平探测面噪声总声压级比垂直探测面高2~3dB,在喷流上游二者差异较小。

基于五孔探针的大S弯进气道总压畸变测量与评估

进气道总压畸变的测量与评定是进气道/发动机一体化的重要内容。大S弯进气道具备出色的隐身性能,但其出口流场非常复杂,传统总压测量方法造成的误差显著增大,进而引起总压畸变评估误差,阻碍进/发一体化设计。为了提高大S弯进气道的总压畸变测量与评估的准确性,本文提出了一套基于五孔探针的测量方法。分析测量结果表明:分区拟合方法更能适应大S弯进气道强旋流场的总压数据处理;随着马赫数从0.2增加到0.6,周向总压畸变指数从0.005左右递增到0.09左右,径向总压畸变指数最大不超过0.055,马赫数越大,总压畸变越剧烈,周向总压畸变占据主导;出口截面主要总压畸变区的总压恢复系数最低不到0.85;相比数值计算、总压耙测量,五孔探针测得结果更加全面、合理。

某机载S形深孔液冷板优化设计

S形深孔冷板被广泛应用在强迫液冷的机载电子设备中。从对常规S形深孔冷板的结构特点分析可知,因其流道串联、长且平直,所以流道内压力损失大,换热效率低。因此,在进行某机载S形深孔冷板优化设计时,采取了并联分支以降低流阻,在平直流道中设置了多级阶梯孔以提高换热效率,确定了冷板双进、双回以及双出的结构形式。经有限元仿真分析和试验验证,选取凸出物高度与当量直径比0.05进行阶梯孔优化,优化设计后的冷板流阻下降了1/3,最大温差下降了4.5℃。经装机使用,优化设计后的冷板散热性能可靠,达到了优化设计的目的,其优化方法对同类S形长直流道冷板的优化设计具有一定的参考价值。

主喷嘴与高速异形孔辅助喷嘴引纬合成流场特性

为解决单圆孔辅助喷嘴出口速度偏低,气流集束性较差及耗气量过高的问题,通过设计新型异形孔辅助喷嘴,揭示在同一工况下辅助喷嘴的喷孔形状对异形筘道内合成气流分布的影响规律。建立了主喷嘴射流与一组辅喷射流叠加的三维合成流场模型,基于雷诺时均方程封闭k-ε双方程湍流模型数值求解了异型筘槽内合成流场轴向速度和径向速度云图,通过实验装置测量了筘槽内合成气流平均速度,验证了数值结果的正确性。讨论了单圆孔,Y1,Y2和Y3号辅助喷嘴的出口形状对异形筘道内合成气流的轴向速度、引纬稳定性及耗气量的影响规律。结果表明:对比单圆孔辅助喷嘴,Y2号异形孔辅助喷嘴轴向气流速度可提高12%,耗气量降低了6%,引纬稳定性比单圆孔辅助喷嘴有所改善,综合性能优于单圆孔辅助喷嘴。

聚能金属射流在光面爆破切缝中的应用与研究

影响光面爆破效果的因素较多,为优化光爆技术方法、改善光爆效果,通过对混凝土模块的爆破试验探究聚能金属射流在围岩中的爆破切缝效果.以半孔率、切面平整度、残留半孔完整性、振动数据、爆后石渣量及其粒径等因素作为衡量标准,对聚能金属射流与高压气楔共同作用定向切缝技术进行初步研究.对比3组爆破切缝效果发现:有聚能金属罩连续装药结构的炮孔光爆效果最好,石渣少、振动小、光爆面平整、残留半孔均匀,半孔率比普通光爆孔提高30%,说明聚能金属射流炮孔中炸药能量定向释放,粉碎区范围小,能量利用率更高,在实际施工中更有利于对预留围岩的保护.同时印证了金属射流与气楔共同作用定向切缝的理论分析,为实际施工中优化光爆技术提供可行性依据.

多斜孔火焰筒壁冷却结构的数值模拟

通过数值模拟对多斜孔火焰筒冷却结构平板模型进行了研究,重点探讨了吹风比、孔斜角、孔阵排列方式、复合角和孔结构对壁面绝热温比的影响规律.结果表明:吹风比和孔斜角的大小对斜孔板的冷却效果有较大的影响,吹风比越大和孔斜角越小,冷却效果越好;孔阵的排列方式对冷却效果有一定的影响,长菱形分布优于正菱形分布;而孔偏角的引入则对冷却不利;与普通圆柱型斜孔相比,所提出的缩扩型斜孔在较低的吹风比下有利于改善冷却效果,而在大吹风比下则对冷却不利.

微井眼鱼骨增产技术

微井眼鱼骨增产技术是一种裸眼完井增产技术,通过水射流技术使多个微小分支软管喷射进入储层,提高储层导流能力,具有储层改造有效性高、施工简单、作业成本低等特点。介绍了微井眼鱼骨增产技术的基本原理、工具结构和主要特点,分析了微井眼鱼骨增产技术的关键技术,包括母管与分支管的固定结构设计、分支管材料选择、母管与分支管的密封设计、微型喷射器结构设计、复合破岩机构设计和水力锚设计。现场应用表明,微井眼鱼骨增产技术能在煤岩、碳酸盐岩、砂岩等储层应用,在碳酸盐岩储层应用后产量提高8.3倍。围绕微井眼鱼骨增产关键难题进行攻关研究,通过室内和现场试验,形成我国自主微井眼鱼骨增产技术,为低渗透油气高效开发提供支撑。

粉末罩大孔径射孔弹研究

探讨了粉末罩大孔径射孔弹研制的理论依据和主要方法。通过爆炸成形侵彻体(EFP)与射流理论的结合,成功研制了粉末罩大孔径射孔弹,解决了杵堵问题;实际装枪混凝土靶的检测数据达到同型号铜板药型罩射孔弹的性能指标。

气膜冷却喷孔附近的流场实验研究

在回流式传热风洞中，利用五孔针对用于航空发动机高温部件气膜冷却孔周围的流场进行了细致的测量，发现了喷孔出口截面存在部分主流被吸入孔内的孔吸流动现象．定义了充满系数Ｃｉ，讨论了该截面上的三维速度场和充满系数Ｃｉ在不同扇形孔几何参数和流动参数下的分布趋势．

楼庄子水库溢洪洞体型优化试验研究

针对楼庄子水库工程溢洪洞原方案存在的问题,采用物理水工模型试验方法,对原挑流鼻坎提出了横向扩散和竖向扩散两种消能方案,通过对比分析挑坎水舌形态和下游河道冲淤形态,最终认为横向扩散消能方案优于竖向扩散方案。进一步分析了挑坎横向扩散方案的扩散角、挑距、冲淤形态等特性规律,确定适度扩散角舌形鼻坎方案为推荐方案。试验结果表明:舌形挑流鼻坎形成的水舌连续光滑、扩散充分,入水范围增大而单宽流量减小,下游河道冲淤明显减轻。试验结果可为同类工程优化结构形式及设计应用提供参考。

喷气涡流纺纱机涡流管设计初探

探讨喷气涡流纺纱机涡流管结构的优化设计。对涡流管的内部结构和喷气孔射流空间形状进行了优化设计,以粘胶纤维为原料在喷气涡流纺纱小样机上进行了几种纺纱试验,对成纱质量指标进行了对比分析。认为:涡流管结构应选用三段式内部结构,封闭或者交叉封闭形式的涡流管喷气孔射流形状可以改善成纱质量。

喷气织机异形孔辅助喷嘴的结构及其喷射性能

为探究异形结构喷孔对喷气织机辅助喷嘴喷射性能的影响,提升引纬质量,设计了4类环形槽结合中心喷孔形式辅助喷嘴。分别建立单圆孔和4类异形孔辅助喷嘴的流场模型,利用Fluent软件对上述流场模型进行数值模拟,得到供气压力0.3 MPa时各辅助喷嘴对称面上速度云图,出口流速中心线上速度分布曲线图,气耗量及50 mm处截面速度分布图。结果表明:异形孔辅助喷嘴的最大出口速度较单圆孔有较大幅度提升,异形孔辅助喷嘴的节能性和引纬稳定性优于单圆孔辅助喷嘴,适用于纱线强度较弱和弹力织物的引纬。

收缩喷嘴内部流道型线对射流流场的影响

为研究收缩喷嘴内部流道形成对射流流场的气体动特性参数的影响 ,根据可压缩流体轴对称N—S方程 ,采用非结构网格和二阶精度的有限体积法 ,对不同内部流道形线的喷嘴自由射流进行数值模拟。亚声速射流采用RNGk_ε湍流模型 ,超声速射流采用S—A湍流模型 ,计算结果与实验较吻合。在亚声速流动中 ,收缩喷嘴的收缩角大小会影响其对射流的阻滞效果 ,内部流道形线设计为维多辛斯基曲线可以获得更好的流场动特性参数 ,有利于提高喷嘴的工作效率。在超声速流动中 ,喷嘴流道型线对出口膨胀波的角度与强弱影响较大 ,要根据射流的有效作用区域选择合适的喷嘴 ,才能使能量的损失最小。若要获得较佳的外部流场参数 。