不同雷诺数下4∶1圆角矩形柱气动力特性及流场数值模拟研究

圆角化处理的矩形柱绕流具有复杂的气动力和流场特性。为深入了解圆角矩形柱的雷诺数(Reynolds number, Re)效应,采用基于计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)的大涡模拟(Large eddy simulation,LES)方法,开展了不同Re下宽高比4∶1圆角矩形柱绕流数值模拟,研究了不同Re下圆角矩形柱的气动力系数、斯特劳哈尔数(Strouhal number, St)、风压系数和流场等变化规律。结果表明:表面风压和时均流场在Re≤4×10^(3)时,Re效应显著,但当Re>4×10^(3)时,Re效应较弱。当Re≤4×10^(3)时,升力系数均方根和平均阻力系数随着Re先增大后减小,在Re=1×10^(3)时达到最大;而St先增大后减小再增大,分别在Re=2×10^(3)时达到最大,在Re=4×10^(3)时达到最小。回流长度随着Re先减小后增大,尾流旋涡中心逐渐后移。

圆角凹坑气膜孔的气膜冷却流动特性研究

为了挖掘凹坑气膜孔的气膜冷却潜力,数值模拟研究了等截面凹坑孔、同心椭圆凹坑孔以及在这2种孔型基础上提出的2种圆角凹坑气膜孔的气膜冷却特性,对4种凹坑气膜孔在吹风比为0.5、1.0和1.5时的冷却效率曲线进行分析。结果表明:凹坑气膜孔与带圆角凹坑气膜孔的凹坑展向宽度增加,有利于冷却气膜的展向覆盖;在3个吹风比条件下,凹坑气膜孔进行圆角处理之后,附壁效应强化了冷却射流贴附壁面的能力,近孔区域的气膜冷却效率明显提高;随着吹风比增加,对于等截面凹坑孔,圆角处理之后的面平均气膜冷却效率分别提高了76%、139%、155%;圆角同心椭圆凹坑孔相比同心椭圆凹坑孔,面平均气膜冷却效率分别提升18%、27%、29%。

成都金沙遗址出土圆角方孔形铜器研究

通过对金沙遗址祭祀区出土的15件圆角方孔形铜器的形制特征、合金成分和金相组织的分析,认为圆角方孔形铜器的用途应为祭祀中的礼仪用器,其形制与合金成分具有一定的相关性,锡铅比越小,矩形度越大。金沙遗址出土的圆角方孔形铜器与三星堆文化有着密切的联系,本文研究的15件圆角方孔形铜器应为三星堆文化与十二桥文化过渡时期的产物。

内孔车削一致性影响因素分析及实验验证

在外圆与内孔一致性检测中发现,孔的连续车削尺寸散差比外圆大,而且变化趋势经常出现相反的现象,此外,内孔与外圆变化方向不一致的问题也给车床实现热补偿增加了很大的难度。为了研究缩小孔加工尺寸散差和找到内孔与外圆尺寸变化趋势趋于一致的办法,通过改变刀尖圆角、镗刀装夹形式进行工艺改进,最终在一致性上提升了40%,连续加工精度提升了30%,达到了尺寸变化趋势与外圆一致;选出了最优工艺条件来保证数控车床的加工精度及稳定性,也为后续热补偿的实现提供了技术支撑。

圆角方柱气动特性的风洞试验研究

通过刚性模型测压风洞试验在均匀流场中测试了标准方柱和圆角率分别为0.1,0.2,0.3和0.4的圆角方柱在12万雷诺数及0°~45°风向角内的表面风压,进而分析了风向角以及圆角率对模型气动特性的影响规律。结果表明:随着风向角的增大,圆角方柱的平均阻力系数均先减小后增大,最后趋于平稳,平均升力系数则先增大后减小,最后趋于稳定,圆角方柱平均升/阻力系数取得最大(或最小)值的风向角小于标准方柱,其中:圆角率为0.1的圆角方柱在7.5°附近,圆角率为0.2,0.3,和0.4的圆角方柱则在5°附近;当风向角小于10°时,圆角方柱的脉动升力系数随风向角增大先减小后增大且远小于标准方柱;当风向角大于10°时,圆角方柱的脉动升力系数随风向角增大变化较小且略大于标准方柱;圆角方柱的斯特劳哈尔数随风向角的增大均呈现出先增大后减小的趋势,最大值随圆角率的增大逐渐增大。

宽厚比为2:1的圆角矩形断面气动特性的雷诺数效应试验研究

矩形断面在实际工程中应用广泛,对其角部进行圆角化处理可有效减小风荷载并改善风致振动性能,然而圆角矩形断面的气动特性存在明显的雷诺数效应。为研究宽厚比为2:1的圆角矩形断面气动特性的雷诺数效应,减小在这类断面结构的风荷载和风致振动分析中因雷诺数原因引起的误差,对5种不同圆角率(0.1、0.2、0.3、0.4和0.5)的刚性模型进行了测压风洞试验,试验雷诺数范围为0.8×10^(5)~3.6×10^(5)。通过风洞试验得到并分析了不同圆角率矩形断面的平均阻力系数、平均风压系数和斯特罗哈数随雷诺数的变化规律,并与标准矩形断面进行对比。研究结果表明:不同于标准矩形断面,5种圆角矩形断面的气动特性均表现了一定的雷诺数效应,这种雷诺数效应随圆角率的增大先增强后减弱,当圆角率为0.2时最强,其在雷诺数为2.8×10^(5)时发生了明显跳跃;不同圆角矩形断面的平均阻力系数均随雷诺数的增加而减小。与其它位置相比,圆角矩形断面侧面和圆角位置处的风压系数受雷诺数影响更明显,其中圆角位置处最为显著。圆角矩形断面的斯特罗哈数在圆角率为0.1时基本稳定在0.22左右,圆角率为0.2时在跳跃前后分别在0.24和0.31附近,在其它圆角率时则随雷诺数的增加先增大后稳定。

并列不等直径倒角柱体绕流的数值模拟

为研究间距比和倒角半径对并列不等直径柱体绕流水动力特性的影响,采用大涡模拟(LES)方法,数值模拟3种间距比L/D和5种倒角半径R+并列布置不等直径柱体的三维流场。验证数值方法的准确性,分析柱体后方受力特性、瞬时流场和时均流场的变化情况。结果表明:倒角变化能改善柱体剪切层的分离发展,同时减小柱体所受的阻力和升力,随着R^(+)的增大,3种L/D下大柱的C_(d-ave)和C_(l-rms)总体呈现出减小趋势,最大降幅分别为38.6%和92.3%。L/D变化对柱体后方流场和尾流形态有较大影响,随着L/D的增大依次观察到两柱体后方的2种尾流形态,即偏斜流态和双涡脱落流态。研究结果可为相关工程设计根据不同影响因素选取合适的倒角柱体提供参考。

圆角矩形柱平均气动力特性的雷诺数效应试验研究

针对宽厚比为2、圆角率为0.3的矩形柱,采用刚性模型测压风洞试验的方法,在均匀流场中对其表面风压时程在不同雷诺数和不同风向角下进行了测试。分析了不同风向角下平均阻力系数、平均升力系数和平均风压系数随雷诺数的变化规律。结果表明,随着雷诺数的增大,平均阻力系数减小,平均升力系数会产生明显的跳跃现象。迎风侧角点的风吸力会在较高雷诺数时产生明显的突增现象,随着风向角的增大,突增幅度先增大后减小。

规则波浪作用下对称八边形沉井受力数值模拟研究

为研究对称八边形沉井结构较传统沉井结构对周围流场遮蔽效应与受力激增的改善作用,采用数值模拟方法进行沉井结构受力特性分析。基于RNGκ-ε湍流模型及RANS方程,采用Flow3d软件建立水槽三维数值模型,在验证数值模型有效性的基础上,分析对称八边形、圆端形和矩形沉井结构在入射角为0°、30°、45°、60°、90°的规则波浪作用下,各结构周围流场的流速分布特性与波浪力,并与《港口与航道水文规范》(JTS 145—2015)的计算结果对比。结果表明:对称八边形沉井结构可有效改善传统沉井结构对周围流场的遮蔽效应与受力,使结构周围流场流速分布更均匀;与入射角为0°相比,入射角为30°~60°时,对称八边形、圆端形、矩形沉井结构所受的最大总水平波浪力激增1.5~1.8倍,建议在实际工程设计中考虑入射角的影响;入射角为90°时,规范计算的矩形沉井结构波浪力低于数值模型计算的对称八边形沉井结构波浪力。入射角为0°~90°时,规范计算的圆端形沉井结构波浪力均高于数值模型计算的对称八边形沉井结构,建议采用圆端形沉井结构计算方法指导对称八边形沉井结构设计。

颗粒磨圆度计算中棱角关键点的优化选取

磨圆度是在介观层面上描述颗粒轮廓形状的重要参数,它定量描述了颗粒棱角对颗粒轮廓的影响。现有的磨圆度计算方法,不能准确识别颗粒轮廓中的棱角,而且计算量较大。因此,为了提高准确性,减少计算量,提出一种优化选取方法用于选取颗粒轮廓角的关键点。首先,将颗粒轮廓变换为极坐标展开曲线,再利用极小值点对曲线进行分段,并使用傅里叶拟合算法对分段后的曲线拟合。其次,选取拟合后轮廓中的凸部位,并依据凸部位的突出程度,挑选出包含棱角圆的凸部位。最后筛选凸部位中用于拟合棱角圆的关键点,并计算出棱角圆的半径用于计算磨圆度。使用K-S(Krumbein-Sloss)标准粒子板和其他学者的研究结果对算法进行了验证,实验结果表明,优化选取方法计算出的棱角圆数量的准确率和磨圆度分类的准确率均达到了100%。还进一步分析了使用平均滤波算法对颗粒轮廓进行平滑时,不同的滤波参数对轮廓分段的影响,并给出了较优的参数选取范围。

不同制造工艺对高性能铜合金微细扁线尺寸、组织及性能的影响

通过对滑动拉丝机用微细扁线模具的设计及制造,采用拉制工艺成功制备出厚度(a)小于0.09 mm、宽厚比(b/a)接近8的高性能铜合金扁线导体,导体的抗拉强度、导电率和延伸率分别可达412.8 MPa、97.8%IACS、6.2%。通过尺寸测量、光学显微镜、电子背散射衍射分析(EBSD)、拉力和电阻等试验,研究了拉制法与精轧法两种制备工艺对铜合金微细扁线组织及性能的变化规律。试验结果表明,拉制工艺尺寸控制更精准,且可通过模具设计灵活控制扁线R角类型(圆角型、圆边型),更有利于提升扁线电机的能效,其加工硬化效果较精轧工艺更为缓慢,退火时两种工艺的软化特性有一定差异。

不同圆角率的方形断面斯特罗哈数的雷诺数效应研究

通过刚性模型测压风洞试验在均匀流场中测试了标准方形断面及圆角率为0.1、0.2、0.3和0.4的方形断面在不同风向角下、雷诺数Re=0.8×105~3.6×105范围内的表面风压。在获得气动力系数时程的基础上,通过分析升力系数功率谱在试验雷诺数范围内的变化,讨论了圆角率和风向角对斯特罗哈数雷诺数效应的影响规律。结果表明:在试验雷诺数范围内,各风向角下标准方形断面与圆角率为0.1的方形断面斯特罗哈数均基本不受雷诺数的影响;圆角率为0.2、0.3和0.4的方形断面斯特罗哈数分别在0°~2.5°、0°~7.5°和0°~12.5°的小风向角时对雷诺数比较敏感,出现了大幅突升现象,圆角率越大,对雷诺数敏感的风向角范围越大。

光纤激光切割机碳钢板拐角毛刺研究

本研究旨在探究光纤激光切割机辅助气体为空气环境下对厚度6mm的Q235-A碳钢板进行直角拐角切割时,拐角处毛刺问题的产生原因,并提出一种有效的优化方法:通过增加拐角处的绕角,保持高速切割,减少毛刺的发生。本研究详细介绍了实验过程,包括材料元素含量、切割参数设置、毛刺观察和数据分析[1]。实验结果表明,通过合理增加绕角,可以显著降低直角拐角处毛刺的大小和密度,提高切割质量。

玻璃纤维包装中圆角纸护角的研究与应用

研究了传统工艺和新工艺圆角纸护角的抗压、抗弯强度,及其在玻璃纤维包装中的应用,推荐一种更实用的纸护角。使用卷管开片传统工艺和圆压圆新工艺制作相近含水率、外形结构和尺寸的两种样品,并对样品进行抗压、抗弯测试。测试结果表明新工艺圆角纸护角抗压、抗弯性能更好,其加工工艺利用了原纸纵向环压指数高的优点,同时减少加工中的切割,其成品外观更美观,生产效率更高,成本更低,其更适合于玻璃纤维的包装。

某电厂350 MW超临界锅炉燃烧优化调整试验研究

以某电厂350 MW超临界机组锅炉为例进行燃烧优化调整试验。结果表明:制粉系统调整试验、二次风不同配风方式调整、最佳氧量调整试验等对锅炉受热面的壁温超限、汽温偏差、锅炉经济运行存在较大的影响。调整后磨煤机出口各粉管风速偏差均小于±5%,各台磨煤粉细度R90均调整在合理范围内,飞灰可燃物含量明显降低,锅炉效率明显提高,消除了高温再热器出口两侧汽温偏差大的问题。

斜切角与圆角对方形截面高层建筑气动力系数的影响研究

利用高频天平技术,在两类不同风场中对14个角部进行了切角或圆角处理的方形截面高层建筑模型进行了测力风洞试验,分析风场湍流和切角或圆角大小对高层建筑的气动基底弯矩和扭矩系数的影响规律。试验结果表明,切角和圆角处理对气动基底弯矩和扭矩系数都有很大的影响;对于顺风向与横风向基底弯矩系数,在相同的切角和圆角率下,圆角比切角效果要好;但是对于基底扭矩系数,切角效果更好。基于试验数据,拟合得到不同切角和圆角率下方形截面高层建筑的基底气动力系数经验公式,为荷载规范的修订和补充提供参考。

通过预成形降低内高压成形压力的机理分析

采用力学分析和有限元模拟对空心零件圆角部位在内高压成形过程中的应力分布和变形机理进行了分析,针对多边形截面空心件内高压成形,以矩形截面为例提出采用花瓣形预成形截面降低圆角成形压力的方法,分析了该方法降低圆角成形压力的机理,提出了花瓣形预成形截面形状关键参数计算公式,并通过试验进行了验证,为采用较低压力实现空心构件圆角内高压成形提供了理论指导。

超椭圆中厚板的自由振动

本文用一种新型的数值方法棗微分容积法求解任意边界条件下超椭圆形中厚板的自由振动问题。通过微分容积法将中厚板自由振动的控制微分方程和边界条件离散成为一组齐次的线性代数方程,这是一典型的特征值问题,用子空间迭代法可求出其特征值和特征向量。文中通过一些数值算例研究了该方法的收敛性和数值精度,展示了该方法的可行性和有效性。

扭转条件下过渡圆角半径及径比对圆轴疲劳寿命的影响

提出应用局部应力应变法计算疲劳寿命的原理.建立不同圆角半径和径比圆轴的有限元计算模型,利用ANSYS软件计算纯扭转条件下过渡圆角处的局部应力、应变;应用局部应力应变法计算对称循环载荷谱下的疲劳裂纹萌生寿命;绘制寿命随圆角半径和径比变化的曲线图.计算分析结果表明,疲劳裂纹的形成寿命随着过渡圆角半径的变大而增长,随着径比的增大而呈下降趋势,径比越大,过渡圆角半径越小,疲劳裂纹的形成寿命越短.

曲轴连杆颈砂带随动研抛机理及工艺研究

对球墨铸铁曲轴连杆颈砂带随动研抛机理及工艺进行了理论和试验研究,从改变加工参数的角度出发找到一种较为理想的研抛工艺。试验及研究结果表明:砂带的横向振动能够有效地降低轴颈的表面粗糙度;改变曲轴旋转方向能够延长砂带的使用寿命,提高材料去除率,从而提高轴颈表面的尺寸精度;曲轴转速和研抛压力是影响轴颈表面加工质量的决定性因素;采用特制的抛光块能够实现对轴颈过渡圆角处的抛光;影响砂带堵塞程度的最主要因素是磨削压力。