辐射离散传播法在三维圆柱腔体辐射传热计算中的应用

运用空间解析几何理论与数值计算相结合的方法,实现了辐射离散传播法(DTM)在三维圆柱腔体内辐射传热计算的应用。采用坐标转换建立了辐射射线方程,通过直接求解所有发射点上各立体角内的辐射射线与各辐射单元体的交点,确定射线经过的路径及各交点与发射点的距离,然后按距离远近对交点进行排序,得到适合DTM法求解辐射能量传递方程的交点顺序。运用该方法对圆柱腔体内辐射换热进行三维计算,得到与精确解基本相符的结果;将DTM法运用于煤粉燃烧火焰辐射换热的计算,得到的温度场与实验结果基本一致,表面辐射热流密度分布合理,由此表明本文设计的方法是可行的。

圆柱腔体内水凝固过程热对流实验研究

本文通过匹配折射率和标定技术,应用PIV测量了圆柱腔体内水在底部冷却过程中热对流的变化规律．实验发现了主流场的涡结构;另外在底部拐角处出现新的涡,并且不断向上推移;冷却后期整个液相区出现流动反转现象,靠近壁面处水向上流动,中心区域水向下流动。因为存在着复杂的热交换和密度变化,水在凝固过程中存在流动结构失稳,使得液相区内发生强烈的热对流．最后流动强度减弱,重新形成稳定结构。结合泰勒不稳定性分析,本文对这一过程给出了合理解释．

电流变夹层圆柱腔体的高频声振响应特性的实验研究

采用电流变流体(ERF),结合工程实际中常见的隔声腔体结构,通过实验研究了高频声激励作用下含电流变材料夹层圆柱腔体的声振响应特性及其变化。结果表明当外激励为高频信号时,电流变效应的影响仍相当明显,通过对电流变材料施加电场控制,可以对夹层壳形成的封闭腔体的结构振动进行有效的控制。所进行的声振实验结果显示,电流变效应对复合结构的振动在不同的频率段可产生抑制和放大的不同作用,说明在高频激励环境下,电流变复合结构仍具备较强的振动控制能力;同时,腔体外部的声压并未因电流变效应的作用发生明显改变,表明电流变效应对高频噪声没有明显的控制作用。

雷电脉冲透射非规则圆柱腔体耦合分析

针对雷电间接效应圆柱腔体耦合场表征中透射方法在非规则圆柱腔体情况下误差较大的问题,在规则圆柱腔体透射场原理分析的基础上,对Richard时域转移阻抗模型进行调整,提出基于腔体表面曲率半径的时域转移阻抗模型。该模型考虑了腔体半径变化的影响,能同时有效表征规则圆柱腔体和非规则圆柱腔体的时域转移阻抗。在验证试验中成功地将非规则圆柱腔体透射场与内部场的误差从10.83%缩小到4.9%,解决了透射法在非规则圆柱腔体雷电场耦合中的适用性问题。本文工作为雷电脉冲透射非规则圆柱腔体耦合分析提供一个适用范围更广的方法。

密度处理方法在圆柱腔体大温差自然对流数值模拟中的影响

采用Boussinesq近似、不可压-理想气体及密度线性差分三种密度处理方法对大温差(?Tmax=1000K)竖直圆柱腔体的定常自然对流进行了模拟.首先,通过模拟一封闭方腔流动并与文献对比,验证了数值模拟方法的有效性.在此基础上,进一步研究了圆柱腔体中表面曲率κ、瑞利数Ra及温差ΔT的影响,特别是这些因素影响下不同密度处理方法对热壁面平均努谢尔特数Nuave数值结果的影响.结果表明,表面曲率κ是影响圆柱腔体自然对流换热的重要因素,且随着κ的不断减小,其Nuave数会逐渐趋近于方腔对流;同时,在温差ΔT和表面曲率κ较大时,基于Boussinesq近似的方法对Nuave的预测存在较大偏差.

不同加热边界下定热流时圆柱形腔体内自然对流传热特性

以一侧全开式圆柱形腔体为研究对象,在考虑腔体内工质(空气)物性参数随温度的变化以及腔体固壁内导热与腔体内空气自然对流之间相互耦合的基础上,采用RNGk-ε紊流模型对不同热流密度、腔体倾角以及3种不同壁面加热边界时腔体内的自然对流传热特性进行了三维数值模拟。3种加热边界分别为底面加热(工况I)、侧面加热(工况II)以及底面和侧面同时加热(工况III)。结果表明,定热流下的圆柱形腔体内和开口面的温度和速度分布、腔体内壁平均温度、底面与侧面的平均温差、腔体内壁的平均努赛尔特数等自然对流传热特性不仅受到热流密度和腔体倾角的影响,还受到腔体壁面加热边界的影响,如只有底面加热的工况I与存在侧面加热的工况II和III相比,前者自然对流传热特性相差较大。

底面加热一侧全开圆柱形腔体对环境风的耦合热损失特性数值模拟

在考虑物性变化的基础上,对环境风(不同风速V和风向角α)下一侧全开圆柱形腔体仅底面受到均匀热流加热时的耦合热损失(对流、辐射和导热)特性进行三维数值模拟,得到了腔体内部和腔体开口面的温度和速度分布以及对流热损失平均努塞尔数Nuc、辐射热损失平均努塞尔数Nur随风速V和风向角α的变化曲线。结果表明:当风向角α=90°时,腔体内部和开口面附近的温度分布和速度分布与无风时十分类似,但风向角为其他值时,其分布规律与无风时差异很大;垂直风(α=90°)时,随着V的增大,Nuc缓慢减小而Nur缓慢增加,其他风向时,随着V的增大,Nuc逐渐增大而Nur逐渐减小;风速不变时,存在临界的风向角α使得Nuc最大,同时Nur达到最小值。

环境风下不同开口率圆柱形腔体复合热损失特性实验

建立圆柱形腔体热损失性能测试实验台,固定腔体倾角为45°,采用电加热方式对腔体底面和侧面同时加热,探讨有环境风条件时,不同开口率圆柱形腔体在不同风速、风向角下的复合热损失特性,获得混合对流热损失努塞尔特数Nuc和辐射热损失努塞尔特数Nur的拟合关联式,并分析实验过程中的不确定度。结果表明,在有风条件下,对部分开口的圆柱形腔体,对流热损失和辐射热损失随开口率OR的增大而增加,导热热损失随开口率OR的增大而减少;各项热损失随风向角的变化较受开口率的影响要小;开口率增大时,Nuc和Nur均增加;风速增大时,Nuc增加,而Nur减小。

基于高速摄像实验的开放腔体圆柱壳入水空泡流动研究

基于高速摄像方法,针对入水空泡流动特征和机理,进行了开放腔体圆柱壳垂直入水实验研究.通过对实验现象的观测,发现开放腔体圆柱壳入水运动会形成波动流动和云化流动两种流动方式,结合影像数据,分别描述了两种流动状态下的空泡形态特征,并获得了空泡波动参数的变化规律;对比不同入水速度实验,分析了入水速度对入水空泡流动方式和流动参数的影响;依据流体力学基本理论,分析了入水空泡波动和云化现象的形成机理.结果表明:随入水速度增加,入水空泡依次呈现波动和云化两种流动状态,波动频率与入水速度无关,闭合发生时间随入水速度增加而减小,与Froude数呈线性关系;入水导致开放空腔内部气体涨缩,引起开放端压力场和速度场周期性扰动,空泡截面扩展程度出现差异,形成空泡波动现象;空泡闭合后尾部形成回射流,回射流触及空泡壁面引起壁面流动转捩,形成空泡云化现象.

正浮力开放腔体圆柱壳垂直入水数值研究

开放腔体结构以开口端撞击水面引起腔体内部气体介质流动,并与壳体下沉运动相互耦合,形成独特的运动特征和流场特性.基于均质平衡流理论,针对具有正浮力特性的开放腔体圆柱壳模型低速垂直入水运动进行了三维数值模拟,得到入水过程中的运动轨迹、轴向压差阻力波动特性及入水空泡发展规律,结果表明:开放腔体具有较好的缓冲作用;腔体内气体运动分为冲击振荡和压缩振动先后两个截然不同的运动过程;气体振动具有高频率、低幅值、快衰减特点,对壳体下沉运动具有扰动作用,同时导致开口端以同频率吸入-排出液体,形成复杂的流场环境,使空泡壁面发生波动,并过早脱落溃灭。

多层圆柱形腔体制造工艺

为某任务配套的一种综合性遥测分系统为多层圆柱形腔体结构,该产品具有结构紧凑、零件尺寸公差及总装后各零件配合精度高的特点,同时还面临生产加工批量大、生产周期短的难度,通过对腔体的加工方法、热处理方式的研究,采取了合理的工艺方案,圆满完成了生产任务,并为后续生产做好了技术上的储备。

失重状况下平放长圆柱型腔体内液体晃动的特性

本文对(g=0)失重状况下平放长圆柱型腔体内液体的晃动特性进行了研究。运用映射的方法,得到了液体晃动的各阶主振型晃动频率与解析解。研究结果表明:在完全失重的状况下,该种腔体内液体的晃动频率与充液比无关,仅只与液体的表面张力系数以及质量密度有关。

封闭圆柱腔内旋转点声源声压的近场频域解

在圆柱腔壁面为声学硬壁面的假定下 ,利用圆柱腔体空间内的格林函数导出了圆柱腔内旋转运动点声源空间声压的近场频域解 ;进而利用该频域解计算分析了旋转简谐单极子点源的声学特性。计算分析表明 :由于考虑了壁面的影响 ,在圆柱腔体内 ,点声源旋转频率和源频率的变化将改变声压的空间指向性 ;源频率和旋转频率的增加伴随明显的多普勒效应 ,同时基频声压沿圆柱腔体轴线的分布从比较平缓变为明显波动 ;沿半径方向基频声压也波动变化。

内置负载开缝腔体谐振效应抑制方法研究

开缝腔体谐振特性放大了进入腔内的耦合能量,对内部电子设备构成严重威胁。文中建立内含金属隔板、吸波体等负载的圆柱腔体模型,提出了在隔板上涂覆吸波材料以抑制谐振的新方式,研究了吸波体电磁特性对谐振的影响。结果表明:隔板越靠近腔体前壁放置、板间距越大,对内部场影响越小,谐振点出现位置越接近空腔固有模式;谐振点处屏蔽效能(Shielding Efficiency,SE)的提升是隔板和吸波材料综合作用的结果,隔板可迫使谐振点迁移,吸波材料能改善谐振特性,并且涂覆磁性吸波材料性能更优;在隔板双面涂敷吸波材料抑制高次谐振效果更好;适当增加隔板上涂覆材料厚度或提高材料相对磁导率,都能实现和全腔内壁涂覆相同的谐振抑制效果,效费比也更高;场强分布因传播模式不同而不同,强电场区应放置电性吸波体才有效。

线缆孔洞对车辆电子设备屏蔽效能分析

强电磁脉冲通过线缆孔洞耦合进入电子设备屏蔽腔,对作用范围内的电子产品会造成巨大的破坏效应。针对这一问题,采用传输线法分析各种线缆孔洞对电子设备腔体屏蔽效能的影响,并首次将其应用于某类型车辆中,为车辆内部电子系统的防护提供了理论参考。实验结果表明,在车辆不规则的腔体电磁脉冲情况未知的条件下,采用矩形屏蔽腔体圆形线缆孔洞可提高车辆电子设备的屏蔽效能。

一种新型化学溶液复介电常数测量系统设计

设计了一种圆柱腔体的测量装置,并与矢量网络分析仪设计加工成一个整体。利用FDTD(时域有限差分)与神经网络算法结合反演计算化学溶液的介电常数。将介电常数的实部和损耗角正切放在同一网络中计算,在增加计算难度的基础上极大的增加了计算的准确度。利用Matlab编程实现装置与电脑端的串口数据通信,测量数据的神经网络计算,以及最终人机交互GUI(图形用户界面)设计。系统设计为一个整体,操作简单,实验结果表明,实部最大相对误差不超过10%,测量结果在合理的范围内。

脉冲激光发射模块电磁屏蔽效能仿真分析

目的提高脉冲激光发射模块的电磁兼容性。方法基于腔体的电磁屏蔽机理,使用HFSS软件,建立脉冲激光发射模块腔体模型,以电磁敏感度、电磁干扰2个方面对腔体电磁屏蔽效能进行仿真分析。结果设计的双层屏蔽腔体在电磁波辐照频率为1~100 kHz时,屏蔽效能达到28 dB;电磁波辐照频率为0.2~18 GHz时,屏蔽效能达到47 dB。结论当电磁波辐照频率在1~100 kHz时,腔体的屏蔽效能随频率的增加而增大。辐射源外部激励时,双层屏蔽腔体使用外层铁内层铜屏蔽效能较高。电磁波辐照频率在0.2~18 GHz时,腔体的屏蔽效能随频率的增大而减小,且发生了谐振效应。当腔体厚度相等时,双层屏蔽的屏蔽效能高于单层屏蔽。使用电缆连接器代替孔洞进行信号传输时,腔体屏蔽效能增加。

风向角对圆柱形腔体热损失特性影响的实验研究

采用电加热的方法,在恒热流和单独底面加热的情况下,实验研究了在不同风速和腔体倾角下风向角对一侧全开的圆柱形腔体热损失特性的影响。实验结果表明:风向角对混合对流热损失努塞尔数Nu_(c,w)的影响比较复杂,其影响与风速和腔体倾角有关;风向角对辐射热损失努塞尔数Nu_(r,w)的影响较小,Nu_(r,w)随风向角的变化只在一小范围内波动。风向角对导热、辐射和混合对流热损失影响较小;辐射和导热热损失随风向角变化有着相同的变化趋势,且它们近似相等,但均远小于混合对流热损失。

有石英窗口的圆柱形腔体热损失特性实验研究

腔体热损失特性是太阳能热发电领域的研究热点之一。石英窗口能使腔体内部与周围空气分离,改变腔体气流模式和温度分布,减小对流和辐射热损失,因此本文对有石英窗口的圆柱形腔体热损失特性进行实验研究。结果表明:石英窗口显著提高了腔体壁面温度。改变倾角和加热方式对侧壁面温度分布影响较大,底面温度基本保持稳定。腔体开口向上时,Nur、Nuc无明显变化;开口向下时,Nur随倾角变化很小,而Nuc变化较大。改变加热方式会引起Nur和Nuc的明显变化,尤其在单独底面加热且倾角接近90°时,Nuc迅速增加。

超宽带弹载共形天线设计

设计了一种超宽带弹载共形天线,工作频段内天线驻波比(VSWR)≤2.5,辐射性能优良。共形天线采用的形式为对数槽线天线。天线由柔性天线面和圆柱形腔体组成,天线中的槽线振子单元增加了移相缝,进行相应相位补偿,解决了宽频段范围内天线方向图开裂的问题。圆柱形腔体内部装填蜂窝式吸波材料,减少了装载弹体对天线性能的影响。该共形天线能够满足系统的使用要求。