具有滑移边界圆管层流减阻的CFD模拟

超疏水表面能够减阻的一个重要原因是在流固界面上存在无剪切空气-水界面.从流体力学的角度来看,这个无剪切界面对应着流体中的滑移边界条件,而与此相关的概念是有效滑移长度.采用计算流体动力学方法,引入速度滑移边界条件来模拟超疏水表面的减阻.计算结果表明,在给定的简单模型中,无量纲压降比最高可达19.2 % .

高雷诺数下机翼表面层流段长度对减阻量的影响

层流减阻技术是提高飞机经济性的重要手段,开展可应用于工程实践的层流减阻研究具有重要的意义。针对某民用飞机翼身组合体构型,采用数值模拟法分别研究雷诺数为1.0×107和1.8×107时全湍流以及机翼弦向保持7%、15%、20%、30%、40%层流段长度范围的减阻特性。结果表明:与全湍流情况相比,层流段长度的增加可以有效减小飞机阻力,增加升阻比;当层流段长度保持在40%时,飞机的减阻量可以达到11.0%左右,而升阻比可增加12.3%左右,且在较小雷诺数下有着更大的减阻收益;层流范围增加可有效减小摩擦阻力系数。

适用于中程民机的前掠自然层流机翼设计

层流减阻技术是未来最具潜力和效果最显著的民机减阻技术之一。但是,对于中程民机而言,由于其在高亚声速和高雷诺数下飞行,为了在后掠机翼上维持大范围的自然层流,避免CF(横流)不稳定扰动波导致的层流提前转捩,其机翼前缘后掠角一般小于20°,导致巡航马赫数一般无法超过0.75。而机翼前掠可以有效地克服该缺陷,更有利于在维持大范围自然层流的同时提高巡航马赫数。借助耦合e^N转捩预测的RANS方程流动求解器,开展了适用于高亚声速中程民机的前掠自然层流机翼的初步设计研究,并使用基于代理模型的高效全局优化方法进一步开展了机翼优化设计研究。结果表明,在马赫数0.79时优化机翼上下表面均能维持50~60%的自然层流,且激波强度较小。

新一代环保型超声速客机气动相关关键技术与研究进展

更快的旅行速度是人类永恒的追求。虽然以"协和"号和"图144"为代表的第一代超声速客机商业运营失败,但之后人类从来就没有停止过对新一代更加环保的超声速客机的探索与研究。本文首先梳理总结了其中首要突破的四大关键技术(声爆预测及其抑制技术、超声速减阻技术、变循环发动机技术、低声爆低阻布局与综合优化设计技术),并对其国内外研究进展情况进行了文献综述,对研究现状进行了分析。其次,介绍了西北工业大学超声速客机研究中心在声爆预测理论与方法、声爆抑制技术、低声爆低阻布局与综合优化技术、超声速层流减阻技术等方面的研究进展。最后,针对发展新一代环保型超声速客机当前急需突破的关键科学与技术问题,探讨了未来需重点研究的方向。

未来航空空气动力学的发展(上)

介绍了与航空空气动力学相关的技术,包括湍流理论、涡结构、转捩和分离机制及主动涡控制技术,大型高速民航机和军用运输机减阻技术,可重复使用的高超声速空天飞行器以及与未来微型航空器相关的昆虫飞行动力学。

不同助排方式改善蒸汽吞吐效果实验及数值模拟

由于稠油油藏的蒸汽吞吐开发属于降压式衰竭开采,导致吞吐后期油藏能量不足,蒸汽超覆严重,垂向扫油系数低,开采效果变差。注蒸汽的同时伴注一定量的气体及化学剂辅助蒸汽吞吐可改善流度比,有效改善稠油油藏的开发效果。利用室内单管实验研究了不同助排方式对蒸汽吞吐效果的影响,实验结果表明,与无助排相比,烟道气泡沫助排驱油效率可提高19%。在此基础上,利用数值模拟方法对比多种助排方式对蒸汽吞吐效果的影响,其结果与物理模拟实验结果吻合。综合多方面因素,烟道气泡沫助排效果最佳,其次为氮气泡沫助排,尤其是当地层的非均质性差以及原油粘度较高时,烟道气泡沫辅助蒸汽吞吐的开发效果更为明显。

基于双e^N方法的翼身组合体流动转捩自动判断

发展翼身组合体复杂外形流动转捩自动判断方法,对高亚声速民机自然层流(NLF)机翼设计具有重要意义。使用多块结构化网格和三维雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程求解器,耦合边界层方程求解和基于线性稳定性理论(LST)的完全双e^N方法,发展了一套可同时计及Tollmien-Schlichting波和横流不稳定性扰动诱导转捩的翼身组合体流动转捩自动判断方法。对DLR-F4翼身组合体绕流进行了转捩自动判断,将得到的转捩位置与试验结果进行比较,验证了所发展方法的正确性。使用上述方法对配置自然层流机翼的中短程民机翼身组合体外形进行了数值模拟,并将结果与单独机翼的转捩位置进行了对比,结果表明机身三维位移效应增强了自然层流后掠机翼边界层的横流不稳定性强度,导致翼根转捩位置提前至前缘区。

Drag reduction via turbulent boundary layer flow control

Turbulent boundary layer control(TBLC) for skin-friction drag reduction is a relatively new technology made possible through the advances in computational-simulation capabilities,which have improved the understanding of the flow structures of turbulence.Advances in micro-electronic technology have enabled the fabrication of active device systems able to manipulating these structures.The combination of simulation,understanding and micro-actuation technologies offers new opportunities to significantly decrease drag,and by doing so,to increase fuel efficiency of future aircraft.The literature review that follows shows that the application of active control turbulent skin-friction drag reduction is considered of prime importance by industry,even though it is still at a low technology readiness level(TRL).This review presents the state of the art of different technologies oriented to the active and passive control for turbulent skin-friction drag reduction and contributes to the improvement of these technologies.