Influences of Lorentz force on the hydrofoil lift

In this paper, Lorentz forces are proved to be able to suppress separation in flows over hydrofoils. Furthermore, a differential equation of pressure distributions on the hydrofoil surface is derived, from which it is found that BVF （boundary vortex flux） σ is a suitable criterion for describing the lift coefficient variations during the electromagnetic control process. According to our numerical results, the periodic variations of lift for a hydrofoil at an attack angle of 17 ° are analyzed and its inherent mechanism is discussed in detail with the concept of BVE On the other hand, the effects of Lorentz force on the hydrofoil＇s lift are investigated both experimentally and numerically for different magnitudes and locations.

基于高速摄像技术的流体作用力试验

针对颗粒在动水中的流体作用力问题,采用高速摄像技术对颗粒的运动过程进行观测,通过求解圆球及天然泥沙跃移运动过程中的力学方程,得到拖曳力系数及上举力系数。试验结果表明:①动水中颗粒非匀速运动时的拖曳力系数、静水中颗粒非匀速运动时的拖曳力系数与匀速运动时的拖曳力系数均随着雷诺数的增加而减小,颗粒与水流之间的相对运动速度越接近于颗粒沉速,三者间的差异越小;当颗粒与水流之间的相对运动速度等于颗粒沉速时,三者近似相等。②形状对上举力系数的影响较对拖曳力系数的影响更明显,天然泥沙的拖曳力系数大于圆球的拖曳力系数,天然泥沙的上举力系数小于圆球的上举力系数。最后,构建了圆球及天然泥沙的拖曳力系数及上举力系数公式,公式计算值与实测值符合较好。

电梯限速器测试用提绳装置及提绳方法研究

针对目前将钢丝绳从限速器轮上脱离普遍存在夹不牢、易伤绳、难提起等问题,通过对电梯限速器结构形式及其钢丝绳的受力分析,提出了一种基于增力机构的提绳脱离方法。首先,设计制造了由定位钳、提绳钳、支承轴、支座和单向锁组成的提绳装置,该装置采用台虎钳的螺旋增力原理制成的定位钳和提绳钳对钢丝绳进行了夹紧式固定,采用杠杆的增力原理制成的提绳钳、支承轴和支座对钢丝绳进行了提起,采用基于棘轮机构制成的单向锁对提起钢丝绳进行了定位;然后,通过单轴拉伸试验确定了钢丝绳与提绳钳之间的摩擦系数,通过性能测试确定了提绳装置夹紧和提起钢丝绳的能力;最后,通过现场试验,针对钢丝绳的柔性变形特性,对提绳脱离方法进行了优化。研究结果表明:在电梯静止的情况下,采用该提绳装置,仅需单人施加很小的力,便可将钢丝绳夹紧并提起脱离到满足限速器测试所需的位置,且整个提绳时间不大于1 min。

矩形高层建筑横风向动力风荷载解析模型

通过研究不同长宽比、高宽比的矩形棱柱体在边界层风洞中典型迎角下的横风力 ,提出了矩形高层建筑横风力功率谱密度、均方根升力系数和Strouhal数的经验公式 ,并对相干函数作了一定的探讨 ,建立了完整的横风向动力风荷载解析模型。该模型和试验结果吻合较好 ,证明它是合理有效的 ,可在此基础上建立高层建筑横风向动力响应的频域计算方法。

床面均匀沙拖曳力及上举力系数的确定

床面泥沙颗粒由于其相对暴露度及外形的不同,即使在同样水流条件下,颗粒附近的水流结构也不相同,进而影响到颗粒的受力不同,主要表现在颗粒拖曳力系数和上举力系数的不同。在白玉川提出的双向相对暴露度概念及拖曳力系数、上举力系数与纵向相对暴露度之间关系的基础上,分析发现,拖曳力系数介于1.00~1.22区间的概率大于92%,平均值为1.11;拖曳力系数与上举力系数比值平均值随沙粒雷诺数变化而变化,但在颗粒雷诺数大于25 000时,拖曳力系数与上举力系数比值平均值趋于常数1.28。将拖曳力系数和上举力系数引用到泥沙起动底流速公式中,得到了散粒体泥沙起动流速公式。实测资料验证表明,起动流速公式与实则资料吻合良好,间接地验证了提出的推移力系数值及上举力系数值是正确的。

双椭流线型海底管线抵御滑坡冲击的减灾效果与降阻机制

近年来,随着海洋能源开发步伐的加快,海底管线铺设的数量不断增加,在服役期内这些管线是否稳定直接影响着海洋油气开采、作业人员生命财产及海洋生态环境的安全。针对海底管线易遭受滑坡破坏的现状,提出一种具有双椭流线型截面的海底管线,基于计算流体动力学(CFD)方法,分析了新型管线在滑坡冲击作用下的减灾效果与降阻机制。研究表明,对于平铺和悬浮式铺设形式,双椭流线型管线可以延缓边界层的分离,降低卡门涡街对管线的振动影响,有效地降低滑移体冲击管线产生的拖曳力和升力,最大可使拖曳力系数降低71.01%,升力系数降低32.14%;并提出双椭流线型管线拖曳力系数和升力系数的计算公式,为海底管线的减灾工程提供了新的思路。

带浮升力垫片的指式封严浮升力特性的数值研究

对带直板式浮升力垫片的指式封严的浮升力特性进行数值分析,探讨转子表面线速度、封严间隙和进出口压差对浮升力垫片下表面的压力分布及浮升力和浮升力系数的影响。研究的封严结构由两层封严片(每层周向有72个指)组成,计算时将包含一个完整的浮升力垫片和其相邻间隙的三维扇区模型作为计算域,并将封严片组处理为多孔介质。研究结果表明:进出口压差越大,浮升力越大;浮升力随封严间隙的增大而减小;转子表面线速度增大,浮升力缓慢增大;浮升力系数随进出口压差的增大而减小;浮升力系数随封严间隙的增大而减小;转子表面线速度增大,浮升力系数减小,封严间隙越小这种趋势越明显。

水平油气两相流中液滴分布的衰减系数

Droplet spatial distribution is the basic information for the calculation of pressure drop and void fraction of gas-liquid two-phase flow. Based on a detailed analysis of the forces acting on the entrained droplets, one method taking account of the correction of droplet terminal settling velocity due to shear lift force was proposed to modify the droplet turbulent diffusion model. By such a modification the calculated errors of decay coefficient for horizontal oil/gas two-phase separated flow was reduced greatly. As a result, the lift force is one of the important factors to be considered reasonably during the study of droplet diffusion and spatial distribution for oil/gas transport.

基于LES的三维桅杆绕流的数值实验研究

以舰船棱柱形的全封闭桅杆为研究对象,利用计算流体力学软件ANSYS ICEMCFD和ANSYSCFX对模型进行数值实验。在雷诺数为5.74×105和7.66×105,桅杆的攻角从0°变化到90°,以15°为间隔的条件下,研究了表面倾斜且前后不对称的四边形棱柱状结构在均匀流场中所受的流体载荷。通过对桅杆绕流进行数值模拟,得到了漩涡发放随时间的变化规律;发现模型由于表面倾斜的原因,除了受到阻力和升力外,还受到垂直方向上的垂向力,这在以往的柱状结构中是没有的;同时分析了模型所受的定常力和脉动力系数随雷诺数和攻角的变化规律。

速度剪切流中圆柱体绕流特性的数值模拟

采用由速度梯度、圆柱半径以及圆柱中心平面上的来流平均速度定义的无量纲剪切参数β来描述速度剪切的强度。在雷诺数Re=60～1 000范围内,运用三维直接数值模拟(DNS)和大涡模拟(LES)两种方法对速度剪切流中的圆柱体的绕流特性进行了数值模拟。研究了驻点、高速和低速两侧分离点、圆柱表面压力分布以及不稳定尾流结构随剪切参数的变化及其对雷诺数的依赖性,从而得到了剪切流中圆柱体的气动力以及脱落特性,并对其机理进行了详细探讨。

细颗粒悬沙浓度分布的影响因素分析

从颗粒运动的PDF(概率密度分布函数)输运方程出发建立颗粒相的质量、动量和脉动速度二阶矩方程。对明渠二维恒定均匀流,利用垂向动量方程导出了修正的泥沙扩散方程,表明颗粒脉动强度梯度、升力、有效重力和紊动扩散都影响悬沙运动。理论和数值分析了细颗粒泥沙的密度、粒径、浓度,挟沙水流的水深和剪切流速等因素对泥沙扩散系数和浓度分布形状的影响,并定量分析了细颗粒试验资料,表明传统扩散方程在粒径、剪切流速相对较大、水深和水沙密度比较小的流动中存在较大误差,需要修正。

不同风向角和地面条件下的列车空气动力性能分析

高速列车大都采用电动车组的方式,轴重越来越轻,在强横风中极有可能造成车辆的倾覆。而在不同风向角和地面条件下列车的气动性能也会发生变化。采用大型流场计算软件FLUENT6．0 对列车在不同风向角下的气动力系数进行了计算,分别对列车在平坦路面上、路堤上以及桥梁上3种情况进行了数值模拟。计算结果表明:头车在平地上受到的侧滚力矩较大,而中间车在桥梁上受到的侧滚力矩较大。

深中通道西人工岛岛桥结合部受波浪力作用试验研究

波浪力作用下人工岛岛桥间易出现波能集中和雍水等情况,为了解该区域的力学性能及波浪特性,以深中通道西人工岛岛桥结合部为背景,开展缩尺比为1∶40的岛桥结合部受波浪力作用试验。分析岛桥结合部所受波浪力及波浪特性参数,结合规范公式对波浪特性参数的调整系数进行推导,并对桥梁进行结构优化。结果表明:深中通道西人工岛岛桥结合部最大顶托力、侧向力分别为4126.66 kN、96.54 kN,最大压强为123.72 kPa,与设计值对比,结合部越浪量、波峰面高程、波浪力、最大压强调整系数取值范围分别为1.84~1.95、1.14~1.65、1.64~2.91、1.27~1.42;若采取整体抬高桥梁结构0.5 m的结构优化方案,半封闭区域水动力条件改善明显,越浪量和波浪力均能减少50%以上,建议条件允许时采用该方案。

关于对称翼型气动特性数值模拟的研究

针对NACA0012、NACA0015、NACA0018这3种翼型的绕流流动,建立二维湍流模型,利用Fluent软件对翼型不同来流攻角下的气动特性进行数值模拟计算。湍流模型采用SST k-ω模型处理,得出雷诺数在0.82×106时翼型的升阻系数、升阻比随来流攻角的变化关系,并与相对应的翼型试验数据对比,验证了数值模拟的可靠性。结果表明,NACA0018翼型与其他2种翼型相比,具有较高的升力系数、升阻比和更好的失速性能。

Spar平台涡激运动响应分析

针对Spar平台的刚体特性,建立了Spar平台与尾流阵子之间的耦合运动方程,利用该方法首先对一模型平台进行了数值验证,计算得到的锁定区域与实验测得的结果吻合良好。其次对一真实的Spar平台进行了计算,并得到Spar平台和尾流阵子的时间历程曲线。

雷诺数效应对斜拉索风致振动的影响

为了从雷诺数效应的角度分析斜拉索发生大幅振动的机理,利用不同粗糙度表面无人工水线的斜拉索模型和光滑表面贴有人工水线的斜拉索模型,进行了测力和测振风洞试验,得到了斜拉索模型气动力系数、驰振表达式的数值和气动稳定性的结果。通过分析相关的关系表明:在临界雷诺数区域,力系数及流场的变化特性可能导致斜拉索发生大幅振动,这可能是干索驰振的机理;斜拉索表面粗糙度能改变雷诺数效应的强弱和临界雷诺数的区域;水线的存在能改变雷诺数效应,一些水线位置在特定的雷诺数范围内,由于力系数的特殊变化规律导致dCF/dα为负,斜拉索发生符合驰振判据的振动;在高雷诺数区域,振动还可能与力系数急剧下降和流场的不稳定有关。

自行式桥梁检测车伸缩臂 油缸-连杆举升机的优化设计

采用多目标优化方法,解决自行式桥梁检测车伸缩臂油缸—连杆举升机构的优化设计问题,取得了较好的设计效果。文中对如何建立数学模型,权系数对优化结果的影响等问题进行了说明。

移动式架车机托架力学模型及关键参数分析

根据架车机同步工作时偏载工况,建立了架车机托架空间力系求解的数学模型,导出传动机构以及机架对托架作用力计算公式。在数学模型的基础上,以典型产品的结构参数为依托,进行托架的结构系数以及托架滚轮的等效摩擦系数对托架受力影响规律进行系统分析,为托架的力学分析、结构参数以及托架滚轮优化设计提供理论依据。架车机是列车维护、检修的一种重要非标起重设备。随着轨道交通,特别是城市地下轨道交通的发展,移动架车机呈现广阔的应用前景。移动式架车机是通过群组同步协调作业把车厢顶升到一定高度以便于检修和维护,故架车机的安全性,可靠性为人们所关注。

基于Fluent的扑翼飞行器非定常空气动力学分析

在仿生扑翼飞行器的设计和研究中,扑翼所产生的升力系数和推力系数具有重要的意义.针对本课题所研制的一种仿鸟扑翼飞行器,利用Fluent分析了翅翼在不同控制飞行参数(包括飞行速度,扑动频率)下的升力和推力系数,其仿真结果与对气动模型进行定性分析的结果基本一致,验证了该法对扑翼飞行器进行非定常空气动力学分析的可行性,为扑翼飞行器的进一步研究设计提供考.

滑翔增程弹的气动特性仿真研究

研究了滑翔增程弹气动布局对弹道增程效果的影响,建立了不同气动布局下的弹体模型,并对其进行气动仿真,得出了不同空气动力数据.通过建立适合增程弹的弹体模型,得到了舵片在不同布局时的增程能力数据.仿真结果表明,舵片位置越远离弹体头部,相应增大舵偏角,增程能力将会增强,因此,在满足全弹气动布局、飞行稳定的基础上,尽量使舵片远离弹体头部,并相应增大舵偏角,可提高増程的能力.