阶梯式涡流场涡运动特性研究

针对收缩管内收缩截面处复杂的流动情况,运用Fluent中的LES湍流模型,模拟了不同雷诺数、不同突缩比下收缩管内的流动状态,分析了不同流动状态下收缩截面下游涡流区的形成过程,通过监测下游的压力变化,探究了涡脱频率的影响因素。结果表明:在层流状态下,涡流区内仅存在一个回流涡结构,流动稳定,不存在涡脱现象;在湍流状态下,涡流区的长度不稳定,涡流区中存在多个涡结构,脱落涡在合并多个主涡后从涡流区脱出;脱落涡的强度及涡脱频率随雷诺数的增大和突缩比的减小而增大。

合成射流抑制机翼失速颤振的频率控制方法

提出合成射流抑制机翼失速颤振的频率控制方法。建立了大展弦比轻质复合材料机翼的动力学方程,研究了复合材料机翼经典颤振特性,发现其临界颤振速度通常都高于大展弦比无人飞行器的巡航速度。着重讨论机翼失速颤振的幅频特性,基于合成射流可改变涡脱频率这一已有的试验事实,提出利用合成射流分段打乱机翼展向的涡脱频率,使其避开机翼结构固有频率,从而抑制机翼的失速颤振。以NACA0012翼型为例,数值验证了合成射流抑制颤振的效果。结果表明,此方法可显著降低颤振振幅。

梯形截面斜拉桥竖向涡振分析数值模拟方法比较

采用Ansys有限元数值模拟平台,以大跨度梯形截面斜拉桥节段模型为研究对象,分别通过单、双向流固耦合方法对节段模型进行竖向涡激振动的有限元分析,总结出从1 m/s到15 m/s的低风速下节段模型的升力和阻力随时间的变化规律.通过对比分析得出,双向流固耦合方法中升力和阻力的模拟结果较好,节段模型的竖向振动明显且具有周期性,这说明双向流固耦合方法模拟竖向涡激振动优于单向流固耦合方法.比较了两种方法求得的涡振锁定区间,发现双向流固耦合方法的锁定区间较长,双向流固耦合造成的动能耗散是锁定区间变长的重要原因.最后通过理想平板理论与数值模拟的结果对比验证了双向流固耦合的合理性.

不同间距比下串列平板绕流尾迹的LDA试验研究

本文以串列平板为研究对象,运用激光多普勒测速技术(LDA),研究了亚临界雷诺数Re D=3×104下,间距比T/D在1~6之间的上下游平板近尾迹区时均速度、脉动速度分布及其频谱特性,探讨了间距比变化对串列平板绕流尾迹的影响。试验结果表明:小间距比下(T/D<3),上游平板尾迹受下游平板抑制作用显著,无明显涡脱产生;随着间距比增大,这种抑制作用逐渐减弱,上游平板尾缘处出现明显涡脱。上游平板近尾缘区(x 1/D≤0.5),间距比对其尾迹影响较小;远离尾缘区(x 1/D>0.5、x 2/D>0.5),间距比对上游平板尾迹影响更为显著。间距比T/D≥3时,上下游平板均能形成稳定涡脱,且随着间距比增大两平板流动状态趋于一致,均趋向于单平板绕流。T/D=3可作为该雷诺数下,串列双平板绕流的临界间距比,此处St数有极小值。

输电线风噪声的声学风洞试验

针对输电线的风噪声问题,研制用于风致噪声试验的声学风洞,测试光滑圆柱杆件的风噪声以校验风洞试验的测试结果,进行不同风速下的导线和地线风噪声试验,研究输电线缠绕扰流线的抑噪措施.结果表明:研制的声学风洞具有很好的声学特性,适用于输电线的风噪声研究;圆柱风噪声的卓越频率随着风速的增加而增大,通过卓越频率反算所得的斯托罗哈数为0.2;较低风速时导线的声压级比地线大,较高风速时导线的A计权声压级小于地线;输电线缠绕扰流线后具有很好的降噪效果,最高A声级降噪水平大于10dB.

水下跨接管的外部绕流及振动分析

以垂直式M形刚性跨接管为研究对象,通过Solidworks软件建立了跨接管的三维模型,并将模型导入ABAQUS中进行模态分析,得到了跨接管各阶模态的固有频率,然后通过Fluent软件分析了不同海水来流速度下跨接管表面的涡脱频率。分析结果表明,当海水流速在0.1-0.4m/s范围内时,跨接管尾流区的涡脱频率与海水流速呈线性关系,其固有频率超出了涡脱频率的范围,不会因涡脱而产生共振现象。研究结果可为水下油气安全生产及输送提供指导。

一种模拟动边界绕流的锐利界面浸入边界法

为避免复杂贴体网格的更新和畸形对动边界流场计算效率、精度的影响,以充分掌握结构场的受力特性,采用一种改进的锐利界面(sharp-interface)浸入边界法模拟具有动边界绕流的流动问题。该方法将计算域中的固体视为流体,固体边界离散为若干个拉格朗日网格点,通过在界面单元处插值重构流动参数(速度),将其直接作为流动求解器的边界条件,由此来反映固体边界的影响。即通过构造“虚拟点—受力点—垂足点”的计算结构,借助双线性插值得到虚拟点的速度,再通过强制满足固体边界的无滑移条件计算出受力点的速度,以此为边界条件,最终求解基于浸入边界法的耦合系统方程,实现复杂动边界的流动数值模拟。采用C++编写该浸入边界法的数值程序,以单圆柱绕流为验证算例,通过与文献和实验结果的对比,验证了该方法的准确性和可靠性。在此基础上,对主动运动椭圆柱绕流问题进行了精细计算,探讨了不同轴长比(A_(R))、不同攻角(θ)下的椭圆柱对尾涡结构分布特征和水力不稳定现象的影响。捕捉到了反对称S型、“P+S”Ⅰ型、“P+S”Ⅱ型尾涡脱落模态,漩涡强度、涡脱频率和升阻比随AR和的变化规律,以及确定了升阻比临界攻角(25°)。

风载荷作用下的塔群瞬态绕流及受力分析

以某石化企业的3塔柱作为研究对象,分别对塔群和3个塔柱单独建立计算模型.运用Fluent流动软件,模拟计算3种风速下的塔柱瞬态绕流问题. 3个塔柱直径D分别为2. 8 m、3. 3 m和2. 5 m,间距比L/D分别为1. 98、2. 72和4. 69;雷诺数Re=(1. 50～6. 65)×10~6.计算得到了塔柱和塔群的涡脱频率以及所受升力、阻力随时间的变化规律,由此分析了单塔情况下受力和塔群合力的关系,探讨了单塔和塔群的涡脱频率关系及其群体干涉效应,为石化企业的安全运行提供技术支持.

悬链线管体三维流场数值模拟研究

基于计算流体力学开源代码OpenFOAM开展不同雷诺数(100≤Re≤3900)下弯曲管体绕流流场三维数值模拟研究。对比分析不同雷诺数条件下弯曲管体的瞬时和时均流场特征,研究了弯曲管体不同位置处的时均压力系数和旋涡脱落频率。结果表明:当Re=100时,尾流中仅有展向涡存在;当300≤Re≤3900时,流向涡出现且强度逐渐增加,展向涡减弱,随着局部曲率增大,沿弯管展向涡脱强度减小。随着雷诺数的增大,回流区沿流向的延伸尺度减小,但其沿展向的分布范围增大。沿弯管展向随着深度减小,前后驻点时均压力系数的绝对值递减,圆周时均压力系数变化幅度减小。在300≤Re≤3900范围内,管体曲率会对展向涡脱频率产生一定影响。

覆盖多孔介质的圆柱减阻特性和机理研究

多孔材料由于其独特的孔隙结构,可用于声学降噪以及流动控制领域。首先,采用大涡模拟(Large eddy simulation,LES)方法,开展了亚临界雷诺数条件下有、无覆盖多孔介质的圆柱绕流数值计算;其次,对比了两种不同工况的升、阻力系数大小,分析多孔介质的减阻控制效果;最后,结合气动力以及流场结构变化,揭示出多孔介质的减阻控制机理。研究结果表明:雷诺数为5.6×10^(4),圆柱表面后缘处铺设位置角为270°的多孔介质时,减阻效果可达到8.53%。由于多孔介质表面具有渗透性,一方面可提高多孔-流体交界面处的滑移速度,稳定圆柱表面的分离剪切层,降低涡脱落频率;另一方面,流体穿过多孔介质可产生类似微射流的作用效果,增强分离区圆柱表面的压力,降低圆柱上下游的压力差,从而显著减小圆柱表面的总阻力。

基于二维流场圆柱绕流湍流数学模型的确定

本文分别采用二维SST k-ω、Transition SST以及大涡模拟法(LES)湍流模型对雷诺数Re=1.4×10^(5)时的二维圆柱绕流进行数值计算,研究不同湍流求解模型下的二维圆柱绕流数值模拟精度及涡场特征。通过对比实验分析,采用LES湍流模型能够很好的模拟二维圆柱绕流。

基于振动和风速大数据的大跨度悬索桥吊索风致振动研究

大跨度悬索桥吊索由于其结构特点,在风荷载作用下容易发生风致振动。本研究基于棋盘洲长江公路大桥结构健康监测系统采集的吊索振动和风速大数据,以吊索加速度脉动值分布云图的方式研究了吊索振动响应的空间和时间分布规律,并进行了来流风速预测涡脱频率与吊索加速度振动频谱分析结果对比,结合吊索不同振动类型特点分析判定了本桥吊索振动形式和易发生风振的风速区间。结果表明,近塔处吊索振动响应明显较大,吊索振动加速度频率与由风速预测涡脱频率大致接近,属于多高阶耦合的涡激振动,且在低风速2~6 m/s下易发生涡激振动。本研究结果为吊索涡激振动在线识别和报警提供了数据和技术积累,为吊索养护管理决策提供了数据支撑。

节径凸起结构对串列双圆柱干涉噪声的影响

为探究周期性节径凸起结构对串列双圆柱体钝体杆件干涉噪声的降噪效果与降噪规律,在0.55 m×0.4 m声学消声风洞开展了串列双圆柱降噪实验,设计了8种不同参数的周期性节径凸起结构,实验研究了4种不同来流速度(雷诺数为0.4×10^(5)~1.6×10^(5))下周期性节径凸起结构对串列双圆柱干涉噪声的影响。研究表明:周期性节径凸起结构可以减弱甚至完全抑制单音峰值噪声的产生,最大峰值噪声降噪量可达近30 dB,总声压级最高降噪量可达18.1 dB。不同工况状态下,各种参数化结构对噪声抑制能力有所不同,均存在最佳值,其中凸起高度为(0.1D~0.15D)、凸起间距为0.5D左右(D为基准圆柱直径)的周期性节径凸起结构在较广工况范围下都具有较好的降噪效果。周期性节径凸起结构的引入,不仅改变了串列双圆柱对应的峰值特征频率和涡脱落频率,而且抑制圆柱杆件卡门涡街的产生。

串列平板叶栅尾迹速度场的LDA实验研究

绕流叶栅的尾涡脱落是诱发水力机械振动噪声的重要因素。本文以串列布置平板叶栅为研究对象,进行雷诺数Re=5000与10000下的叶栅绕流尾迹速度场的LDA测量实验,分析不同雷诺数下绕叶栅流场速度分布,探究涡脱频率特性。实验结果表明：同一雷诺数下平板尾迹区中心线上速度分布可分为回流区、快速增长区、缓慢增长区三个区域;双平板绕流场,下游平板的存在明显抑制了上游平板尾迹的发展,与单平板模型比回流区流向长度减小;雷诺数从5000增大到10000时,平板尾迹回流区的流向长度变小,但最低流速分布升高;下游平板的存在抑制了上游平板的涡脱,使其频率降低,上、下游平板涡脱频率一致。

串列平板叶栅尾迹速度场的LDA实验研究

绕流叶栅的尾涡脱落是诱发水力机械振动噪声的重要因素。本文以串列布置平板叶栅为研究对象,进行雷诺数Re=5000与10000下的叶栅绕流尾迹速度场的LDA测量实验,分析不同雷诺数下绕叶栅流场速度分布,探究涡脱频率特性。实验结果表明:同一雷诺数下平板尾迹区中心线上速度分布可分为回流区、快速增长区、缓慢增长区三个区域;双平板绕流场中下游平板的存在明显抑制了上游平板尾迹的发展,与单平板模型相比回流区流向长度减小;雷诺数从5000增大到10000时,平板尾迹回流区的流向长度变小,但最低流速分布升高;下游平板的存在抑制了上游平板的涡脱,使其频率降低,上、下游平板涡脱频率一致。