基于旋转圆柱三电极阵列的覆冰测量方法

覆冰严重会影响电网安全稳定运行,输配电装备的覆冰监测是电网冰灾防御的前提。为此,基于冰层的电容效应提出一种旋转圆柱三电极阵列覆冰测量方法。首先,推导电容值与覆冰厚度计算公式,从理论上说明该方法的可行性;其次,建立圆柱三电极阵列有限元模型并对其结构参数进行有限元数值计算;再次,以信号强度、灵敏度与穿透深度为评价指标对圆柱三电极阵列选取合适参数;最后,在野外自然环境下对旋转圆柱三电极阵列覆冰测量装置进行试验。仿真和试验结果表明,在穿透深度以内,旋转圆柱三电极阵列能够较为准确地测量覆冰厚度、分辨覆冰类型。在雨凇、混合凇覆冰条件下,覆冰电容值平均误差最大为4.83%,能够满足覆冰厚度的测量要求。该文为输配电装备覆冰监测提供了一种新型装置与测量方法,未来有望应用于架空线路覆冰在线监测。

Magnus效应旋转圆柱水动力性能分析

为研究Magnus效应旋转圆柱水动力性能,采用大涡模拟(LES)模型对Magnus效应旋转圆柱进行数值模拟,分析旋转圆柱的长径比、转速比、雷诺数对其升力及三维流场的影响,模拟旋转圆柱升阻力变化趋势和尾部流场涡的脱落过程。结果表明:当转速比大于1.5时,旋转圆柱的升阻比随长径比一直增加;升阻比随转速比的变化规律是以1.7为界先升后降;旋转圆柱脱落的旋涡轨迹与来流形成一定的夹角,且角度会随转速比逐渐增大;当转速比大于1.75时,卡门涡街消失,旋转圆柱尾涡长度逐渐缩短,最终只有圆柱上表面发生涡旋脱落,下表面的涡不再脱落,附着在圆柱表面;雷诺数会改变旋转圆柱尾部流场,使升阻比先增加,达到峰值后以相反趋势下降。

串列双旋转圆柱群绕流特性及互扰效应研究

本文基于Fluent计算软件,对Re=200条件下,串列双旋转圆柱三维绕流问题进行数值模拟研究。探究不同间距比(L/D=1.5-5.0)和旋转速率(α=0.0-4.0)对旋转圆柱流体力系数、表面压力系数、流场特性以及涡脱落的影响。研究表明:流向涡主要由下游圆柱产生,当旋转速率较小(α<2)时为大涡结构,当α≥2时则转变为混合交错排列的小尺度结构;展向涡则主要由上游圆柱产生将下游圆柱包裹在内;圆柱旋转会导致尾流呈现不对称模态,尾涡向下侧发生偏移,随着转速的增加,圆柱表面以负压为主,吸力会增大从而抑制尾流的产生;随着α增大,上、下游圆柱阻力系数平均值变化规律相反,而升力系数均方根值变化规律相同;旋转速率对上游圆柱的阻力系数成分的影响较大,导致阻力系数平均值发生异号;仅在小间距比工况下下游圆柱阻力系数平均值会发生异号;当旋转速率较大时,上、下游圆柱的斯托罗哈尔数均会趋于0,随L/D增大其变化速度会加快。

变厚度旋转圆柱壳的自由振动研究

为了提高旋转圆柱壳结构的使用性能和工作效率,减轻其质量已成为有效方式之一,针对这一需求,旋转圆柱壳结构有设计为厚度沿轴向变化即变厚度的趋势。基于此,利用Chebyshev-Ritz方法,对厚度沿轴向有3种线性变化形式的变厚度旋转圆柱壳的自由振动进行研究。考虑科氏力与离心力的影响,基于Sanders壳理论,将圆柱壳的位移场近似展开为Chebyshev多项式与边界函数乘积的形式,计算变厚度旋转圆柱壳的动能与势能,再根据Ritz方法获得变厚度旋转圆柱壳的频率方程。在此基础上,将所得结果与已有文献中的结果进行比较,验证了建模方法的准确性,并对计算结果进行了收敛性研究。最后比较了不同厚度变化形式下旋转圆柱壳的自由振动,并讨论了转速、厚度变化参数、圆柱壳长径比等参数对变厚度旋转圆柱壳自由振动的影响。

铜/镍-金刚石旋转圆柱复合电沉积的研究进展

铜-金刚石复合镀层用于电火花加工的工作电极,可以提高电极在电火花加工中的耐久性;镍-金刚石复合镀层用于硬脆材料的精加工,能提高精度且不损伤材料。本文总结了影响镀层性能的诸多因素,分析了铜/镍-金刚石复合电沉积研究现状,介绍了旋转式电极的复合电沉积发展进程,采用旋转圆柱电极方式的复合电沉积工艺可以细化晶粒,抑制边缘效应,提高镀层质量。因此,铜/镍-金刚石旋转圆柱复合电沉积的研究将有利于旋转刀具镀层的制备,发展前景广阔。

旋转圆柱绕流的流场特性

在亚临界区Re=1.4×10^5条件下,基于大涡模拟（LES）方法对均匀来流作用下的旋转圆柱绕流进行了数值模拟。通过与非旋转时的实验和计算结果比较,验证了文中计算的准确性。在此基础上,对不同转速条件下（0≤α≤2,α为圆周线速度与自由来流速度的比值）的圆柱绕流进行了数值研究。结果表明,圆柱旋转可以有效地抑制其旋涡脱落,随着转速的增加,可大幅提高其升阻比,主要表现为阻力系数减小而升力系数线性增大。当α=2时,阻力系数和升力系数在经过短暂过渡期后达到稳定。

旋转圆柱绕流的PIV实验研究

投弃式海流剖面仪(Expendable Current Profiler,XCP)周围流场是典型的旋转圆柱绕流。探头周围流场对探头的运动状态起决定性作用,这直接关系到探头的测量性能,因此有必要对旋转圆柱周围流场进行实验研究。实验在循环水槽中进行,通过PIV对雷诺数保持不变(Re=1000)、不同圆柱旋转速度比(α=0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5和5.0)的圆柱下游尾流场进行研究。通过选取不同旋转速度比的任一时刻的瞬态流场,来分析旋转对圆柱尾流结构的影响。为了获得流场的频率信息,对所获得流场信息进行能谱分析来获取涡旋的脱落频率,并进一步使用正交模态分解对流场进行分析,给出了流场主要拟序结构及其能量与转速比的变化趋势。发现圆柱旋转改变圆柱尾流结构,使尾迹尺度变小。在旋转速度比0≤α≤2.0时,存在明显的周期性涡旋脱落,并且涡旋脱落的频率有逐渐升高的趋势;而且当转速比2.0<α≤5.0时尾迹流场的周期性减弱,涡旋脱落变得不明显,流场表现出低频、剪切层的区域特征。随着转速变大,涡旋尺度变小。在较高旋转速度比时,流场中能量被重新分布。

旋转圆柱对翼型气动特性影响的数值模拟研究

采用数值模拟的方法研究了旋转圆柱对NACA0015翼型气动特性的影响,着重分析了前缘旋转圆柱转速比和缝隙大小对翼型升阻特性的作用规律以及不同安装位置的高速旋转圆柱结合简单襟翼偏转下的翼型气动力特性。结果表明,高速旋转的圆柱代替翼型前缘可以有效地抑制翼型背风区的流动分离,延缓边界层的发展从而改善翼型气动特性。前缘旋转圆柱理想的转速比在4附近,缝隙在2.5mm至1.5mm之间可以满足使用要求。简单襟翼结合前、后缘高速旋转圆柱情况下翼型的气动力特性可以比拟精心设计的多段翼型。旋转圆柱具有增升减阻效果显著,需要主动输入的能量极少等优点,是一种具有良好应用前景的边界层流动控制技术。

基于Magnus效应的旋转圆柱实验教学平台设计

为了研究基于Magnus效应的旋转圆柱升阻力特性,设计了一套基于Magnus效应的旋转圆柱实验教学平台。该实验平台对不同形式的圆柱模型进行受力研究,能分析圆柱长径比、来流速度、转速比、不同表面形状等因素对旋转圆柱产生升阻力的影响,该平台系统搭载于循环水池试验系统上,可以开展不同表面形状的旋转圆柱实验。学生在实验教学开展过程中不仅可以学习观察实际的科学问题,而且可以学习先进的实验技术。

旋转圆柱层流绕流出现二次不稳定现象的数值模拟

采用数值模拟方法,计算了旋转圆柱在层流状态下流场随雷诺数和转速的变化.针对旋转圆柱在均匀流中引起的涡脱落以及二次不稳定现象,进行了分析.选取雷诺数为Re=60,80,100,130,160,240时,将圆柱的转速一直增大,直到流场第二次达到稳定状态.比较了圆柱的旋转在流场达到第一次及第二次不稳定状态时对其表面的气动力、涡量以及周围流场影响的不同.计算结果表明,低转速下,流场出现初次不稳定状态时,雷诺数为Re=60,80,100,130,160,240,所对应的临界转速比分别为α=1.40,1.70,1.80,1.85,1.90,1.95;随着转速的升高,流场再次出现不稳定状态,所对应的转速比区间分别为5.1<α<5.6,4.9<α<5.4,4.6<α<5.2,4.4<α<5.0,4.3<α<4.9,4.2<α<4.7.

绕旋转圆柱流动涡尾流结构和临界状态特性

采用作者提出的基于区域分解、有限差分法与涡法杂交的数值方法，结合高阶隐式差分格式，和以修正的不完全ＬＵ分解为预处理器的共轭梯度法作求解器．系统地研究了雷诺数Ｒｅ＝１０００，旋转速度比ａ∈（０．５，３．２５）范围内，绕旋转圆柱从突然起动到充分发展，长时间内尾流旋涡结构和阻力、升力系数的变化规律．计算所得流动图案与实验流场显示符合很好．数值试验证实了临界状态的存在，并首次给出了临界状态时的旋涡结构特性。

旋转圆柱尾涡及受力计算方法研究

为了研究旋转圆柱的三维流场和受力特性,本文采用沉浸边界-格子玻尔兹曼方法(IB-LBM),对均匀来流条件下旋转圆柱进行了数值模拟,分析了不同相对转速和雷诺数的影响。结果表明旋转作用使尾涡与流动方向之间产生一定夹角,相对转速的增大致使停滞点向上移动,并且影响柱体周围流速的损失。相对转速在1~2存在临界点,临界点前后速度波动范围发生改变。雷诺数能改变正负涡的脱落状态,增加柱体尾涡的三维性,并对升阻力产生相反的影响。计算结果验证了IB-LBM在处理旋转问题时的可行性,当前结果与文献中的结果相吻合。

无限长同心旋转圆柱间临界界Taylor数的计算

本文利用原始变量法计算了无限长同心旋转圆柱间的流体流动的临界Ｔａｙｌｏｒ数，讨论了涡动失稳的临界值与间隙比的关系，分析了速度场的变化．计算结果表明，无限长同心旋转圆柱中Ｔａｙｌｏｒ涡动失稳的临界值与间隙比成反比关系，间隙越小，失稳的临界转速越高，大间隙下流体流动容易变成湍流，并且在一个给定的间隙比下，临界状态时，其涡动的轴向波长是一个定数．

旋转圆柱目标的动态散斑统计特性(英文)

高斯光束照射以固定角速度旋转的粗糙圆柱体表面,反射空间形成随着被测表面运动变化的动态散斑。研究了照射面积大于圆柱曲面条件下在远场衍射区形成的动态散斑统计特性,得到了不同入射条件及不同圆柱时动态散斑强度起伏空间-时间归一化相关函数。结果表明:随着圆柱半径、旋转速度以及照射光斑有效面积的增大,动态散斑强度起伏相关性快速减小;当圆柱旋转速度恒定,动态散斑光强起伏相关函数的峰值随着探测点之间距离的增大而减小,但峰值的位置随之而增大;在近似点照射情况下随着圆柱半径的增大空间相关长度基本不变,而相关时间性明显增大。

基于Magnus效应的摆动旋转圆柱实验教学平台

为了研究基于Magnus效应的摆动旋转圆柱升阻力特性,让学生直观地理解学习基于Magnus效应的摆动旋转圆柱产生升力的过程,设计了一种基于Magnus效应的摆动旋转圆柱实验教学平台。该实验平台设计目的在于巩固学生基础理论知识,同时激发学生的学习兴趣,培养学生动手能力,提高创新能力,为未来科研探索奠定良好的基础。该实验平台对不同形式的圆柱模型进行受力研究,分析了圆柱摆动速度、摆动角度、转速比、不同表面形状等因素对摆动旋转圆柱产生升阻力的影响,该平台系统搭载循环水池试验系统,可以开展不同表面形状的摆动旋转圆柱实验。学生在实验教学开展过程中不仅可以学习观察实际的科学问题,而且可以学习先进的实验技术。

复合材料层合旋转圆柱壳振动特性研究

采用有限元法研究层合旋转壳的振动特性,考虑了科氏力、离心力、初应力及大变形引起的几何非线性的影响,揭示了大变形几何非线性对层合旋转壳固有特性的影响。通过研究[0°/90°/90°/0°]和[0°/90°/0°/90°]两种铺层圆柱壳在不同转速下的固有特性,揭示了复合材料旋转圆柱壳的固有特性随转速及铺层方式的变化规律。

MILU-CG方法和绕旋转圆柱流动的数值研究

本文采用以修正的不完全ＬＵ分解作预处理器的共轭梯度法（ＭＩＬＵ＿ＣＧ），结合高阶隐式差分格式，改进了作者（１９９２）提出的基于区域分解、有限差分法与涡法杂交的数值方法（ＨＤＶ）·系统地研究了雷诺数Ｒｅ＝１０００，２００，旋转速度比α∈（０５，３２５）范围内，绕旋转圆柱从突然起动到充分发展，长时间内尾流旋涡结构和阻力、升力系数的变化规律·计算所得流线与实验流场显示相比，完全吻合·首次揭示了临界状态时的旋涡结构特性。

超临界雷诺数下旋转圆柱绕流的三维大涡

超临界雷诺数状态下,圆柱下游紊流边界层的分离会导致RANS算法在求解过程中遇到一定的困难,而在工程实际中,特别是在海洋能发电塔架、风力机钝尾缘处发生的钝头体绕流均处于超临界雷诺数状态。因此,文章基于Fluent模拟软件使用大涡模拟(LES)方法,对超临界雷诺数为3.5×106时,不同比转速的旋转圆柱进行三维数值模拟,并分析其水动力学特性。文章将模拟结果与相关文献的研究结果进行比较,验证了模拟结果的准确性。研究结果表明,由马格努斯效应产生的升力对旋转圆柱下游卡门涡街的发展具有抑制作用,当比转速大于10时,旋转圆柱下游不再发生有规律的卡门涡街。

水平高速旋转圆柱表面对流换热的实验研究

应用红外热像技术研究了在静止空气的大空间环境下水平旋转圆柱表面的对流换热与转速的关系。在本文的实验范围内 ,当Re在 730 0以下时 ,对流换热随Re的增大而迅速增加 ,Re超过 730 0时 ,其增加速度逐渐变缓 ,当Re增大到 96 0 0时 ,对流换热反而随Re的增加而减弱。实验结果与理论分析一致。

Magnus前缘旋转圆柱型翼的数值模拟

为探究前缘旋转圆柱对风力机叶片气动性能影响的机理,利用Magnus效应理论,结合传统翼型尾翼,提出新型前缘旋转圆柱组合叶片结构。采用Standard k-ε模型对多种工况进行数值模拟,分析圆柱转速比、前缘与尾缘间间隙、圆柱尺寸三个主要参数对组合翼型的气动性能影响。结果表明:在翼型前缘施加具有Magnus效应的圆柱有助于抑制翼型周边的流体流动分离;并有效地提高翼型的气动性能。提高转速比,导致升力系数大幅上升,阻力系数降低,增升减阻作用显著。减小前缘圆柱与尾部翼型间的间隙为NACA0015前缘旋转圆柱型翼带来更大的气动收益;合理的圆柱尺寸可以优化翼型的气动特性。