射流旋涡发生器抑制进流管流动分离的数值模拟

高航速时喷水推进器进流导管背部流动发生分离,加剧了喷泵的进流畸变,导致推进性能下降。本文提出在进流管上布置射流旋涡发生器(VGJ)抑制进流管的流动分离,并通过数值模拟分析了射流孔位置、射流角度、射流流量等射流参数对控制效果的影响。经参数优选后,布置在背部流动分离点前的VGJ、射流角度10°、射流流量是出流流量的2.3%时,进流管出流的不均匀度系数、旋流度、总压畸变指数分别降低35.18%,60.62%,46.42%,总压恢复系数提高了18.07%。VGJ的流动控制作用明显,工况适应性较好,为喷水推进器采用主动流动控制提升推进性能提供理论依据。

利用旋涡发生器减小大跨方形平屋盖风吸力的实验研究

在强风作用下,屋盖作为风敏感部位往往最先发生破坏,如何抑制屋盖上的极值负风压是保障大跨建筑抗风安全的关键。基于此,提出一种简单有效的新型屋盖抗风气动措施。在平屋顶屋檐处安装旋涡发生器(PVG),通过旋涡发生器的扰流作用来减小屋盖极值风压。采用风洞测压试验研究在不同风向角下PVG对屋面极值风压的气动控制效果,分析PVG对屋顶流场结构的影响并探讨PVG的工作机理。研究结果表明:PVG可以有效减小平屋盖屋面极值风压,尤其在倾斜风向角下的减压效果显著。在最不利风向角下,屋盖极值风压最大减小幅度可达73.3%。相对于长度来说,PVG高度对屋面风压的影响更明显,较密的安装间距和适宜的安装角度可以更好地降低屋盖风吸力。在安装PVG后,屋盖锥形旋涡的涡核位置和再附位置发生改变,屋顶风压低频部分能量占比大幅度减少,脉动能量减弱,大尺度旋涡减少,而小尺度的湍流造成的脉动能量成分增加。

旋涡发生器对机翼最大升力和失速迎角的影响

对一个展长为５００ｍｍ，弦长为２５０ｍｍ，翼型为ＮＡＣＡ００１２的机翼模型，安装各种小三角翼旋涡发生器作低速风洞测力实验，研究小三角翼各种弯度和它与机翼的相对位置对机翼最大升力和失速迎角的影响．实验结果表明当小三角翼与机翼在某个最佳相对位置时，机翼最大升力和失速迎角有个最大的增加．当小三角翼与机翼的相对位置不变时，各种弯度的小三角翼都可以使机翼最大升力和失速迎角有较大的增加，并且相互差别不大．

旋涡发生器三维流场的数值模拟

采用标准k-ε湍流模型,对纵向旋涡发生器(longitudinal vortex generator)引起的流场扰动进行了并行数值模拟.控制方程使用有限元法离散,采用改进的Uzawa法将速度与压强耦合,网格划分使用了非结构化网格技术.计算得到空气绕过旋涡发生器后产生了一对下洗纵向涡,动量的输运使得涡间壁面边界层变薄,而旋涡外侧边界层变厚.随着流动向下游发展,涡的强度不断变小,但涡形在很远的地方依然存在.将计算所得旋涡发生器后两个横断面上的流向和纵向速度与试验数据进行对比,结果表明,在近壁处计算结果与试验结果吻合良好,标准k-ε模型基本能够模拟旋涡发生器引起的三维湍流流动.

旋涡发生器对射流的噪音特性及引射能力的影响

本文在亚音速喷流情况下,就旋涡发生器对其噪声特性及引射能力的影响进行了实验研究。结果发现,在收缩喷管出口处安装的旋涡发生器使出口Ma=0.5的射流噪音大大降低,而出口掺混区长度大大缩短,证明其引射能力大大增强,其中,加装四个角向对称的旋涡发生器的效果最佳。

柔性旋涡发生器对翼型前缘分离的自适应控制

采用边长为10 mm的三角形柔性和刚性旋涡发生器,安装在二维NACA0018翼型上翼面前缘不同弦长处,用于控制翼型前缘分离流动.实验在低速直流式风洞中进行,以翼型弦长为特征长度的Reynolds数Re=1.1×10^5,采用单丝热线风速仪测量尾流速度剖面.分别研究柔性和刚性两种材料的三角形旋涡发生器对翼型前缘分离的控制效果.实验结果表明,与刚性旋涡发生器相比,柔性旋涡发生器利用来流能量实现自适应控制,使剪切层下移,从而明显抑制前缘分离.

射流旋涡发生器控制大折转角扩压叶栅二次流

将射流旋涡发生器引入到某折转角为60°的扩压叶栅端壁二次流控制中,研究了射流方向和射流总压对扩压叶栅气动性能及栅内流动的影响.结果表明:当射流旋涡发生器侧向倾角为0°时,仅采用不足扩压叶栅进口流量0.5%的射流流量,即可显著减少栅内损失.射流旋涡有效阻碍和推迟了通道涡发展,在下洗侧将主流流体卷入端壁附面层内,而在上洗侧将低能流体带入主流中,从而减少了角区低能流体聚积,减弱了吸力面的分离流动.当射流进口总压采用与扩压叶栅进口相同的总压时,总压损失减小21.5%,且射流进口总压越大,其控制效果越明显.

旋涡发生器对叶片根部马蹄涡的影响

针对简化了的叶片-平板结构,在叶片上游平板上的某位置布置旋涡发生器影响马蹄涡.数值模拟了不同高度旋涡发生器作用下的角区湍流流动.结果表明:任何一种旋涡发生器都能不同程度地削弱马蹄涡系,高度为2mm的旋涡发生器能使这种削弱作用达到最大;另外,随着高度的增加,叶片两侧的涡腿有向叶片聚拢的趋势.提出的方法无需额外消耗能量,为一种被动的控制手段,有很大的实际应用前景.布置旋涡发生器的控制方法简单实用,工程中采用该法是不错的一种选择.

射流式旋涡发生器对弯曲扩压叶栅流场的影响

数值模拟了射流式旋涡发生器对于大折转角弯曲扩压叶栅端壁流场性能的影响.结果表明:该研究的几种具有不同参数的射流式旋涡发生器都能使弯曲叶片损失降低,正弯和反弯叶片损失减小程度最大分别达2.5%和8.8%.射流除了可为端壁附近边界层中的低能流体提供动量之外,还可以在流道中产生与通道涡旋向相反、强度相当的流向旋涡挤压通道涡,使其向远离吸力面的方向偏转,该流向旋涡在距离叶片前缘0.6倍轴线弦长附近消失.对正弯叶片,吸力面上的流动分离现象基本消失,对于反弯叶片,极大程度上降低了吸力面集中脱落涡的强度.此外,射流作用使得弯曲叶片的负荷和折转能力均增加.

射流旋涡发生器对高速扩压叶栅端区流动的影响

在进口马赫数Ma=0.67的高速平面扩压叶栅端壁采用射流旋涡发生器以控制其二次流动。数值模拟结果表明:射流旋涡可有效抑制端壁附面层横向迁移,增强端区与主流间的流体掺混,从而显著减弱角区低能流体堆积,推迟吸力面侧流动分离,减少栅内损失,增强气流折转能力。随着来流冲角的增加,栅内损失减小越明显,当i=4°,仅采用相当于叶栅进口流量0.2%的射流量,即可使得总压损失减小高达13%。

旋涡发生器特性的实验研究

采用南京航空航天大学研制的小型七孔探针及其三维空间流场测试系统,通过改变单涡发生器安装偏角与双涡发生器的涡对构型,对旋涡发生器的空间流场特性和控制机理进行了实验研究。研究结果表明:旋涡发生器生成的旋涡强度与其安装偏角有关,本文发现安装偏角θ为30°时,旋涡发生器生成的旋涡最强。涡对构型变化对旋涡发生器生成的旋涡强度并无影响,但可以对涡对结构的纵向发展演化起到调控作用。与"反八字"和同向平行涡对构型相比,"正八字"构型产生的旋涡更贴近于边界层底层,有利于诱使主流中的高动量气流与边界层内的低动量气流发生掺混,对边界层内控制更加有利。

不同攻角下端壁射流旋涡控制扩压叶栅分离流动研究

为了研究端壁射流旋涡对扩压叶栅分离流动及性能的影响,采用数值模拟的方法,对不同攻角下带有端壁射流的50°折转角扩压叶栅进行了研究。结果表明:具有最优射流结构的旋涡发生器有效减弱了叶栅角区分离,零攻角下出口总压损失降低了8.9%;随着攻角的上升,射流对扩压叶栅气动性能的改善越显著;射流产生的旋涡可阻挡端壁低能流体向吸力面的迁移,并将主流流体卷入角区,角区流体动量增加、流动分离减弱,但旋涡与端壁二次流的掺混使得10%叶高以下的损失略微增大;射流参数决定了射流旋涡与吸力面的相对位置以及旋涡强度,对射流控制栅内流动分离效果有重大影响,需合理选择。

小型静态火旋涡的实验研究

本文介绍了一种研究火旋涡的实验方案，利用火旋涡发生器测量了火旋涡的温度分布，并对火旋涡的旋转速度、燃烧速率及进风口风速等物理量与进风口大小之间的关系进行了初步的分析．实验中观察到的火旋涡稳定，明显，效果理想．

浅谈旋进旋涡气体流量计在天然气湿气计量中的应用

目前大庆油田采油三厂天然气湿气计量主要采用两种仪表:一种是孔板阀配差压变送器的测气,这种测气精度高可达0.5级,被应用在天然气贸易结算口。另一种是旋进旋涡气体流量计,这种流量计因其无机械可动部件,耐腐蚀,使用寿命长,线性测量范围宽,稳定可靠,长期运转无需维护等优点而被广泛应用在油气中转站和联合站的湿气计量中。本文针对非智能型旋进旋涡流量计和智能旋进旋涡流量计,在现场应用中所出现的问题来阐述流量计的应用情况。

涡街传感头位置对流量检测的影响分析

涡街流量计应用越来越广泛,尤其最近几年,国产的涡街流量计迅猛发展。本文通过分析涡街流量计的原理、旋涡发生器产生的流场状况、涡街流量传感器位置与漩涡分离频率的关系、二次流等理论,再联系涡街流量计的生产过程,通过试验验证等方法,解决涡街流量计生产过程中遇到的问题,从而提高了涡街流量计的测量精度和稳定性。

振动尖塔对风洞模拟大气湍流边界层的作用

针对大气边界层风洞模拟中常常出现的湍流度随高度衰减太快的问题,本文尝试了一种新的被动模拟方法———振动尖塔法。该方法主要采用了具有弹性底座的尖塔型旋涡发生器。尖塔群受风洞自由来流驱动,发生随机振动,向下游流场注入了强烈的低频扰动,致使试验区的湍流度、积分尺度和风谱惯性子区的宽度都明显增加,改善了风洞的模拟性能。

不同来流附面层特性下端壁射流对弯曲叶栅内流场的影响

给定不同型式的来流附面层,采用数值模拟方法,旨在讨论变来流附面层特性下端壁射流式旋涡发生器对于弯曲扩压叶栅内流场的影响。结果表明,对于正弯叶栅,射流可有效减弱其吸力面上的流动分离,随着来流附面层变厚或附面层内总压亏损的增加,原型叶栅角区内的分离范围逐渐增加,因此提供给射流改善流场的空间也相应增大,损失降低程度由2.3%提高到8%。在反弯叶栅当中,射流作用之后,在零附面层来流条件下,角区内的分离范围减小且损失降低了9.1%;随着来流附面层增厚,在分离范围降低的同时,吸力面上的集中脱落涡也相应消失,因而损失降低程度增加到了12.5%。此时,随着来流附面层条件进一步恶化,射流对于流场的作用效果基本保持不变,这说明针对本文给定的射流参数,端壁射流对于反弯叶栅内流场的改善程度已达到极限。

端壁VGJs对高亚音扩压叶栅内分离结构的影响

为揭示栅内射流旋涡发生器(vortex generator jets,VGJs)控制前后叶栅内部流动特性,本文根据拓扑学原理,对某高亚音压气机叶栅通道控制前后分离形态的变化进行了研究,并给出了其拓扑结构及旋涡结构模型,同时对控制前后损失特性变化进行了分析。计算结果表明:端壁射流旋涡发生器改变了流场的分离结构,有效推迟了吸力面侧的分离。加入流动控制后,奇点数目明显减少,端壁附面层横向迁移被有效抑制,通道涡、集中脱落涡被明显削弱,叶展中部的尾缘脱落涡基本消失,端壁损失以及叶型损失变化不大,二次流动损失明显降低,降低了38%。端壁射流旋涡发生器对叶栅中部影响较弱,因此,有必要采取端壁/吸力面组合流动控制进一步改善流场结构。

真空能效应的实验研究

本论文的主要工作是设计一个类似旋涡发生器的装置,在装置内装有铝制叶片,里面装入水(水量可调),装置的顶部是一个电机,利用电机带动装置使装置带动水旋转,使水产生与龙卷风相似的运动,内部产生真空,并测量装置随转速增加功率消耗的情况,从而得出真空能对此装置的影响。此实验属探索性实验,目的在于为以后真空能在发动机上的运用提供一些参考。