零质量射流下波浪前缘叶片气动性能数值研究

针对垂直轴风机叶片大攻角工况下因流动分离导致的失速及颤振抖振问题,引入零质量射流激励对波浪型前缘叶片进行流动分离控制.采用大涡模拟方法建立了波浪前缘叶片绕流数值模型,探究了主/被动耦合控制下叶片升阻力特性及其流动分离机理,分析了射流参数(射流位置、动量系数)对波浪前缘叶片气动性能及失速特性的影响机制,研究发现:受控前后大攻角下波浪型前缘能诱导产生较小尺度流向涡,降低后方大分离涡尺度,波浪前缘与零质量射流耦合控制对于大攻角下流动分离抑制较单一控制更优;零质量射流吹气时使前缘流向涡有更高的动能抵抗逆压梯度从而延迟流动分离,吸气时会吸走流向涡的低动量流体,抑制流向涡发展成大分离涡;射流布置在距基准前缘0.033c处,即位于前缘流向涡最前端,能最大程度地参与前缘流向涡的生成,升阻比的提升效果最好;且升阻比提升量随着动量系数增大而增大,但控制经济性在动量系数0.018时最优,研究结果为垂直轴风力机失速控制提供了有益参考.

基于强化传质的质子交换膜燃料电池流道优化

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)的性能与其传质性能密切相关以及流道优化设计对PEMFC的传质性能影响显著的特点,设计了一种截流流道,并在阴极流道内部设置了新型的三维凸台,使其对空气产生截流效应.对比了直流道与不同配置的截流流道对PEMFC传质性能的影响,分析了不同截流单元流道的电池水气分布、净功率及有效传质系数的变化规律.研究结果表明:截流流道能有效提升电池性能,优化水气分布,提高最大净功率和有效传质系数;与直流道相比,下游局部凸台分布加密的截流流道的电流密度最大提升约29.2%,最大净功率提高10.5%~11.7%,有效传质系数增加50.2%~100.7%.

受限空间条件下电缆竖向燃烧特性实验研究

针对隧道受限空间电缆火灾风险,利用电缆竖向燃烧平台首次开展了受限空间影响电缆燃烧特性实验,通过改变防火板与电缆之间的受限空间距离,得到电缆燃烧特性变化规律:随受限空间距离增大,电缆燃烧质量损失速率、测量温度值、测量净热流值均先增大后减小,当受限空间距离为80 mm时,单位面积质量损失速率最大。受限空间距离与样品高度的比值在0.05~0.25变化时,材料燃烧质量损失速率变化较为明显。基于热平衡方程建立了受限空间距离影响火焰净热流数学模型,实验结果和模型预测结果较一致。

Review of zero-net-mass-flux jet and its application in separation flow control

Since the zero-net-mass-flux (ZNMF) jet was first used as a laboratory flow control method in 1990's, it has attracted much attention. The ZNMF jet has unique features such as compact actuator, no requirement for external air supply, complex piping, etc., and becomes a hot topic research subject in fluid mechanics. This review introduces the state of the art in the development of ZNMF jet in the quiescent fluid, the interaction of the ZNMF jet with the cross flow and its application in the separation flow control. The evolution of the vortex ring/pair and the spacial flow structure of the ZNMF in quicent fluid or cross flow are presented, as well as the key parameter effects. At last, the applications of ZNMF jet in the wake control of the circular cylinder, the separation control on the airfoil and the aerodynamic force or moment control on MAV/UAV are presented.

跨临界有机朗肯循环性能分析

选取24种有机工质对利用低品位余热的有机朗肯循环系统性能进行理论分析,研究发现:当膨胀机入口工质为饱和状态时,最大净功出现在T1/TC≈0.98～0.99处,且临界温度高的工质作功能力明显优于临界温度低的工质。对于超临界ORC循环,只要P1不太低,提高T1有利于增大净功、热效率及效率。超临界ORC的作功能力并非总是优于饱和或过热ORC。所有工质状态从亚临界饱和转变为超临界状态时,净功、热效率、效率及质量流量的变化都是不连续的。

气体在热流逸效应作用下的压力与流量特性

为深刻认识热流逸现象,引入几何系数和净质量流量减少率,研究了13种气体在热流逸效应下压差和净质量流量与微通道结构尺寸特征、气体特性、流动领域及温差等因素的关系。结果表明,净质量流量随努森数与几何系数的增大迅速衰减,当努森数达2.4左右或几何系数达1000左右时均减少99%;在过渡流领域大部分非极性分子气体的净质量流量高于极性分子气体,且黏性指数较小的气体其净质量流量较大;在自由分子流领域,分子质量较大或黏性较大的气体其净质量流量较大。压差在过渡流领域随努森数增大而增大,当流态进入自由分子流领域后达到最大值并恒定,且较过渡流领域的峰值高约17.8%。温差每升高10 K,净质量流量与压差分别平均增大约18%和15%,且在过渡流领域,气体的黏性指数越大其净质量流量受温差的影响就越大。因微通道尺寸与气体流态相互耦合,故应视压差或流量的具体需求来确定适宜的流态与微通道结构。指出了热流逸效应若干应用需侧重考虑的要点。

二维合成射流组合效应的数值研究

采用数值模拟的方法,研究了一列合成射流对二维平板流动壁面的影响,对合成射流组合效应进行了分析。结果表明:在不同的开孔角度和振动相位下,合成射流组合效应明显,对壁面平均剪切应力改变显著,最大变化约15%,对壁面压力改变较小,最大变化约0.5%,;对于流场壁面压力和剪切应力分布,斜开孔比直开孔改变要大,异相位射流比同相位射流改变要大;异相位振动模式下,壁面平均压力和剪切应力值波动较小,变化比较平稳。

面向二维零质量射流的动网格数值模拟方法

为了研究零质量射流的作用机理和流场结构,发展了一套面向二维零质量射流的非结构化动网格模拟方法:采用控制容积法,引入动网格控制方程,并与任意曲线坐标系下矩阵形式的时均可压缩N-S方程组联合求解,迭代过程中采用弹性类推法进行动态网格更新.基于此方法,对二维零质量射流进行数值模拟,对计算获得的流场涡线和流线分布进行了分析和讨论,并与其他学者类似算例进行了比较,表明该方法能够合理揭示零质量射流的流场结构和作用机理,可实现二维零质量射流的数值模拟.

分布式零质量射流控制增升装置分离的数值模拟

为改善大型民用运输机的起降性能,以典型的三段翼型为研究对象,研究分布式射流主动控制技术对提高增升装置效率的可行性。给出了零质量射流和分布式零质量射流的作用原理,获得了分布式零质量射流的孔口分布、射流频率、射流动量对增升装置气动性能影响的规律。研究表明:零质量射流不论是吹气或者吸气,都可以增加边界层的能量,延迟分离,使得流动控制整个周期产生的气动效果都要优于未加控制的情形,但其无法完全消除襟翼上表面的分离,分布式零质量射流能达到更好的结果。数值模拟结果表明:零质量射流控制能使升力系数增加7.1%,分布式零质量射流控制能使升力系数增加20.3%,可见分布式零质量射流比零质量射流有更好的控制结果。分布式零质量射流不仅仅是各个孔口射流的简单叠加,而且还受到各个孔口串联作用的有利影响。总结四孔分布式零质量射流的设计准则为:当射流频率为1,射流动量为0.002时,能最大限度地消除襟翼上表面的分离,对升力系数的改善最为明显。

具有工业以太网接口的差压质量流量计研究

研究了一种具有工业以太网接口的差压质量流量计。该质量流量计利用差压、压力、介质温度组成的复合多功能传感器,以及管道中节流装置进行质量流量测量,通过DSP对差压、压力和介质温度信号进行处理,得到流体的瞬时质量流量和累积质量流量;进行了工业以太网(MODBUS/TCP)接口模块的电路设计和相应的软件设计。最后以水为介质,在不同的节流件孔径条件下进行了质量流量测量,不确定度均为±1%左右。

热流逸效应的抽真空特性分析

热流逸效应可输送气体并产生压力差,可利用其抽真空。本文建立了描述热流逸效应及其抽真空泵送特性的数学模型,以空气为例探讨了气体流态(努森数)、微通道特征尺寸和径长比以及温差等参数对压力比、净质量流量、抽速和无量纲抽气时间的影响。结果表明,压力比、净质量流量、抽速和无量纲抽气时间均随温差的增大而增大,但过大的温差对提高流量不明显且使抽真空达到稳态过程变得相对缓慢,应根据实际条件确定适宜温差。净质量流量和抽速随努森数增大而减小,且在过渡流区域还受径长比的影响;压力比和无量纲抽气时间在过渡流区域随努森数增大而增大,但在自由分子流区域与努森数无关;故应根据实际需求权衡净质量流量与压力比以确定适宜的热流逸发生条件、并控制气体流态来调整抽气特性。

零质量射流技术控制垂直轴风力机流动分离的数值研究

设计了一种斜出口零质量射流激励器并将其应用于垂直轴风力机。对施加零质量射流激励器的直线翼垂直轴风力机进行了数值研究。为适应垂直轴风力机运行工况,提出了一种冲程长度随方位角变化的激励器控制策略,验证其减小激励能耗及改善流场结构的特点;分析了射流孔数量及冲程长度对控制叶片流动分离及提升风力机气动性能的影响规律,并在最佳控制参数下对风力机流场结构进行了分析。结果表明:当激励器布置于叶片后部,最大射流吹气系数为0.0506时,采用该种激励器控制策略下的双射流孔风力机,风能利用系数相比未施加流动控制、定常吹气、定冲程长度最大分别提升21.31%、3.98%、0.06%,且射流孔数越多,提升效果越差。该种流动控制技术可抑制大涡的形成及发展,改善叶片周围流场结构。

中国内地高净值人群与大众出国旅游流向偏好比较研究

随着中国出国旅游的快速发展,出国旅游流向(目的地选择)偏好成为值得研究的问题。鉴于现有出国游客流量数据性质不一致,通过数据转换与赋值,取得主要目的地在中国内地受欢迎程度得分,运用有序聚类分析法确定流向偏好等级,据此对高资产净值者与大众出国旅游流向偏好作比较分析。结论认为,高净值人群与大众出国旅游流向偏好存在明显差异,但也有相似之处;高净值者偏好旅游美国、法国、马尔代夫、澳大利亚、迪拜、瑞士等,大众偏好旅游泰国、日本、韩国、越南、新加坡、美国等,美国、日本、新加坡等则是大众与高净值者均较感兴趣的旅游目的地;在旅游市场营销中应对此分别采取差异化市场策略与无差异市场策略。

低雷诺数下翼型粘性绕流主动流动控制的数值模拟

通过数值求解Navier-Stokes方程模拟零质量射流对低雷诺数翼型绕流的控制作用.空间离散采用中心有限体积格式,时间推进为双时间推进方法.计算结果表明,采用零质量射流进行主动流动控制能有效抑制大攻角下大尺度的流动分离,改善翼型的气动特性,起到显著的增升减阻作用.

热流逸效应下微通道纵剖面形状对流量的影响

通过建立描述热流逸效应作用下微通道内流量的数学模型,研究了6种气体在3种不同纵剖面形状微通道内的流量特性。计算结果表明,由于气体性质和微通道形状的影响,各气体净质量流量沿微通道长度(L)方向的变化有所不同。当L=0和L=9.6×10^(-6) m时,各气体净质量流量相差不大;当L=4.8×10^(-6) m时,各气体净质量流量均达到最大值,且相差较大。通过对流量特性的研究,明确了微通道形状变化对气体净质量流量的影响较大,气体性质的影响次之。

阳极流场结构对直接甲醇燃料电池性能的影响

通过电化学方法和水平衡测试研究了阳极流场结构对DMFC阳极燃料甲醇和水的传质、迁移以及低电流密度区电池性能的影响。结果表明:阳极流场深度从1.2mm降至0.3mm,阳极极限电流密度IAlim和100mA/cm2时的甲醇渗透量Jcross分别增加49%和23%,电池的净水迁移系数α先降低后增加。在四种深度的阳极流场中(0.3,0.6,0.9,1.2mm),0.9mm深阳极流场电池的总效率最高且α最小,在低电流密度区具有较高的电压和较好的稳定性。

基于桁架模型和多孔介质模型的柔性网衣和周围流场单向耦合方法研究

柔性网衣作为渔业养殖的重要组成部分,其水动力的计算分析对网箱的安全使用至关重要。基于桁架模型和多孔介质模型对柔性网衣和流场单向耦合计算的数值模拟方法进行了研究。通过code_aster软件基于桁架模型计算出网衣变形后节点坐标和网衣受力,然后将节点坐标导入OpenFOAM识别出网衣变形后的多孔介质区域,并基于多孔介质模型模拟水流作用下网衣周围的流场和计算网衣的受力。为了验证模型的正确性,将不同工况对圆形网衣的数值模拟结果与物理试验数据进行比较,包括code_aster中计算的网衣变形形状、OpenFOAM模拟的网衣周围流场以及在code_aster和OpenFOAM中计算的网衣受力。计算结果表明,圆形网衣在单纯来流下变形明显,与试验结果保持一致,证明了网衣变形和水动力单向耦合方法的准确性。

零质量射流及其在进气道流动控制中的应用研究

该文采用数值方法,模拟了零质量射流激励器工作流场,并对其在超声速进气道流动中的控制效果进行了仿真研究。运用有限体积法求解N-S方程,空间离散采用Roe格式,时间离散采用基于LU-SGS的双时间步长方法。针对激励器压电振子的运动过程,使用了基于广义无限插值方法的并行化动网格生成技术,并考虑几何守恒律。研究了零质量射流的非定常特性,获得了不同驱动频率下激励器出口附近的流动参数并与实验值进行对比,进一步分析了激励器驱动频率对进气道流动控制效果的影响。结果表明:数值方法能较为准确的描述零质量射流,将零质量射流激励器运用于进气道流动控制能有效改善进气道性能。

零质量射流控制凸包边界层分离的大涡模拟

为了探索零质量射流孔间距λ对控制边界层分离的效果,以凸包边界层分离流动为例,在凸包最高点下游布置零质量射流孔,选取了4种射流孔间距,λ/D (D为孔直径)分别为2, 3, 4, 5。采用大涡模拟方法对凸包边界层分离流动及零质量射流流动进行了数值模拟,并对有、无零质量射流控制时的凸包流场进行分析。结果表明,零质量射流产生与传统射流相似的时均速度场,激励时产生的射流使分离区内速度更加饱满;吹气时旋涡在孔后产生气动堵塞,同时将分离区外的高能流体卷入分离区内,使分离减小。吸气时孔上游边界层内低速流体被吸入孔内,孔附近边界层变薄,使分离推迟;当零质量射流孔间距λ/D=2时,间距太小,抑制了旋涡的展向发展。当λ/D=4, 5时,间距过大,旋涡不受抑制更容易扩散。当λ/D=3时,分离区最小。

零质量射流控制DU翼型动态失速研究

为探索零质量射流对风力机大厚度翼型失速特性的控制效果,采用非定常雷诺平均模拟(URANS)方法对失速状态下DU97-W-300翼型的绕流场进行了数值模拟,对不带/带零质量射流的翼型气动特性进行分析。结果表明,零质量射流可以减小静态失速和动态失速时翼型表面流动分离。静态失速下,增升减阻,升阻比随激励频率的增加而先增大后减小,随激励速度增加而不断增大;动态失速下,施加控制后翼型最大升阻力系数均有增加,迟滞效应减弱;零质量射流控制时,翼型气动特性曲线产生高频波动,高频振动随激励频率增加而增加,迟滞效应随激励频率增加而减弱。