亚临界雷诺数下波浪型圆柱绕流的数值模拟及减阻研究

采用大涡模拟数值方法对亚临界雷诺数Re=3000下波浪型圆柱的绕流现象进行研究分析。研究结果表明,波浪型圆柱的三维尾迹涡结构能得到很好的控制,它在轴向方向呈现周期性正负涡的交替分布特性。随着幅值的增大,波浪型圆柱表面的自由剪切层得以延展,使得旋涡的脱落发生在波浪型圆柱下游较远处,从而达到减阻的目的。波浪型圆柱与普通直圆柱相比,其幅值对平均阻力系数及脉动升力系数的减少及尾迹控制有着更重要的影响,最大减阻可达16%。

基于定常吹吸气的波浪型圆柱主动控制研究

基于定常吹吸气对波浪型圆柱近尾迹流动进行控制以增强柱体振动,采用大涡模拟研究了亚临界雷诺数(Re=3000)下前吹后吸和前后吸气控制方式在不同吹吸气工况对波浪型圆柱升阻力特性、时均压力系数、环量、湍动能及近尾迹流动结构的影响.研究发现:前吹后吸和前后吸气控制下波浪型圆柱在不同吹吸气动量系数工况脉动升力系数均显著提高,最大较未受控直圆柱和波浪型圆柱分别提升高达636%和391%,这主要可能归因于吹吸气控制使波浪型圆柱回流区变短,高强度涡集中向钝体后方靠拢,旋涡形成长度缩短,展向涡流与顺流向涡流相互作用在波浪型圆柱下游形成的“肋状涡”变大变长,近尾迹环量显著增大,从而导致脉动升力系数增大,这可能将诱导柱体产生更强的振动;同时两种控制方式均改变了波浪型圆柱表面的压力分布,由于在波浪型圆柱前驻点吹气使前端趋于流线型,前吹后吸在不同吹吸气动量系数下波浪型圆柱的高压区减小,但在后驻点吸气使得低压区增大,而前后吸气在不同吹吸气动量系数下波浪型圆柱的高压区基本不变,低压区增大.研究结果可为低风速地区分布式风力俘能结构俘能效率提升提供基础理论支持.

基于TRIZ理论的圆柱波浪型刺梨采摘机设计与试验

为解决目前刺梨机械化采摘过程中损伤大、稳定性差、采摘效率受成熟度影响的问题,设计一种适应于山区作业环境的采摘机构。基于TRIZ理论对已设计出的耙型刺梨采摘机构进行功能组件系统分析,定位有害功能和过度功能,围绕采摘效率、运行稳定性、适应性三个指标,应用TRIZ理论标准解确定发明原理,再通过物场模型寻找问题的解决方案,设计圆柱波浪型采摘结构。应用ADAMS软件进行模拟仿真,验证设计的可行性,通过三个单体组合的背负式刺梨采摘机田间试验,结果表明:刺梨采净率为96.05%;采净率受到刺梨果成熟度影响不大;破损率为0.66%;采摘效率为11.22 kg/min,此设计可有效保证刺梨机械化采摘作业的有效性和可靠性,为新型高效低损采收机研究提供重要参考。

外形变化对圆柱体结构绕流特性的影响

基于CFD流体计算平台Fluent计算软件,对雷诺数Re=3900下波浪型圆柱体结构三维绕流问题进行了研究,主要分析波长比(λ/D_(m)=1.8~5.0)与波幅比(a/D_(m)=0.05~0.2)两个关键参数对波浪型圆柱体的绕流特性及其尾流场分布特性的影响且引入了光滑圆柱(UC)计算结果作对比,并进一步揭示其内在的尾流控制机理。研究表明:波浪型圆柱体尾流特性存在强烈的三维效应,节点处与鞍形处流场特性分布存在明显差异;波浪型圆柱尾流区的顺流向时均速度分布呈现出半对称U型,而轴向方向的时均速度分布则呈现出强烈的三维效应;波浪型柱体沿径向方向压力分布也呈现出强烈的三维效应,一般在节点处的压力达到最小值,在中间截面处压力值达到最大;随波幅比增大,阻力系数平均值与脉动性升力系数大致呈现出衰减趋势,并在a/D_(m)=0.2处达到最小值。波浪型柱体结构压差阻力的减少为结构流动控制提供相关支撑。