基于CFD的仿生水动力学数值计算方法及其验证

鱼类经过长期的进化与自然选择,有着优异的水中游动能力,鱼类借助尾鳍能够进行快速高效的定向游动和快速启动/机动,借助胸鳍能够进行前进、后退和灵活的转向。本文基于计算流体力学(CFD)方法,给出适用于求解鱼类尾鳍/胸鳍的刚性运动以及身体躯干的柔性运动的网格划分策略,对仿生尾鳍、仿生胸鳍和仿生鱼在均匀来流中的水动力性能以及仿生鱼在静水中的自主游动进行数值计算。结果表明:基于CFD方法,采用结构与非结构混合的网格划分策略,应用动网格方法能够对仿生鱼的各类鳍及身体躯干的刚性或柔性运动进行有效的模拟,通过与实验结果进行对比,验证了对水动力性能求解的有效性。数值计算方法和验证算例对仿生水动力学的研究具有一定的理论参考意义。

一种用于低成本两维相控阵的鳍线功分移相辐射单元设计

本文设计了一种新颖的用于两维相控阵的鳍线功分移相辐射单元,该单元中的功分器、数控PIN二极管移相器、天线均采用鳍线传输线,可以将多个通道的微波部分集成在一块鳍线电路板上。采用的鳍线数控PIN二极管移相器具有尺寸小、插入损耗低、元器件数量少、天线法向波束状态无功耗的特点。采用ANSYS HFSS软件对辐射单元的性能进行了仿真优化,测试结果表明,该辐射单元在X波段可用现有成熟工艺实现良好的性能,为低成本两维相控阵技术提供了一种新的思路。

鱼鳍型涡发生器强化管翅式换热器传热

提出了一种鱼鳍型涡发生器,并将其应用在管翅式换热器中强化传热。采用数值模拟方法研究了鱼鳍型涡发生器安装方式对换热器中流体流动和传热的影响,分析了流体流经涡发生器前后的压力变化。结果表明:涡发生器以common-flow-up方式安装在圆管下游时传热j因子提高了46.6%,摩擦因子提高了24.4%,与以common-flow-down方式安装于圆管上游相比,圆管后方的负压区更小,流动阻力更小,冷热流体的混合效果更好,因而具有更好的强化传热效果。

某型减摇鳍电控系统原理与故障分析

文章简述了某型减摇鳍电控系统的工作原理,在此基础上着重探讨了5种常见故障以及针对故障进行原因分析,并介绍了实际工作中总结出的排故方法,为该型减摇鳍电控系统的修理工作提供了依据。

间接空冷翅片管束临界防冻特性及防冻裕量研究

间接空冷翅片管束目前缺乏全面的冬季防冻运行参数。为此,首先凝练了管束防冻模型,包括热平衡方程、水侧和空气侧输运准则方程、防冻约束条件;其次依托典型顺逆流式空冷翅片管束,分析了2类管束临界防冻特性和防冻裕量;最后探究了中间型、左侧型、侧面型进水方式管束的临界值特点。结果表明:环境温度和入口水温降低、风速增加,管束防冻流量增加,且入口水温越低,风速影响更突出;逆流式管束防冻性能劣于顺流式管束,随风速增加或入口水温降低,二者差异扩大;入口水温抬升对防冻裕量影响分为3个梯次,为显著增加区间(0℃, 10℃]、变化缓慢区间(10℃, 20℃]、基本不变区间(20℃, 40℃],不可一直增加入口水温来防冻;中间型管束防冻性能优于左侧型和侧面型,空冷燃煤火电或核电机组应优先选用。研究结果可为我国空冷机组冬季防冻运行提供指导。

仿生鱼鳍运动仿真分析及试验研究

仿生水下推进技术的研究日益受到科研工作者的青睐,尤其是仿生机器鱼的研究日益引起关注。在对柔性长鳍波动推进模型研究的基础上,提出一种尾鳍摆动与长鳍波动组合推进的模型,目的是为了提高已有柔性长鳍波动模型的推进性能。对柔性长鳍波动推进模型和组合推进模型进行介绍,着重利用计算流体动力学方法分别对刚性尾鳍摆动模型和柔性长鳍波动模型进行二维数值计算,并对仿真结果进行对比和分析,对模型进行简易流场显示试验,为进一步研究组合鳍的推进特性奠定了基础,同时便于和今后模型的试验数据进行对比分析。

美洲鲥仔稚鱼脊柱及附肢骨骼系统的早期发育

使用软骨-硬骨双染色技术,描述了美洲鲥(Alosa sapidissima)仔稚鱼(1~51日龄)脊柱、胸鳍、尾鳍、背鳍等附肢骨骼的形态发育特征。结果显示,脊柱的发育开始于10日龄仔鱼尾部的髓弓、脉弓和尾下骨的出现,16日龄髓弓和脉弓延伸形成髓棘和脉棘,19日龄脊柱出现分节的硬骨环,23日龄所有椎体形成。各附鳍支鳍骨发育顺序先后依次为胸鳍、尾鳍、背鳍、臀鳍和腹鳍。胸鳍在2日龄时出现乌喙骨,13日龄形成软骨质的胸鳍支鳍骨,19日龄仔鱼肩带和上匙骨开始骨化;尾鳍的尾下骨最早出现在5日龄,12日龄尾鳍形成2枚尾上骨、1枚尾杆骨和6枚尾下骨,19日龄仔鱼尾椎和尾鳍率先开始骨化,直至23日龄尾鳍骨骼系统钙化完全。最终背鳍和臀鳍分别形成18和22根鳍条。美洲鲥骨骼发育研究对其早期发育功能趋向、环境优化及分类鉴定有重要作用。

大黄鱼仔稚鱼脊柱、胸鳍及尾鳍骨骼系统的发育观察

研究采用二重染色法对3—28日龄人工培育的大黄鱼Larimichthys crocea(Richardson)仔稚鱼的部分骨骼系统的发育进行观察。结果显示,仔鱼的脊索从6日龄(平均全长MTL3.9mm)开始分节,8—10日龄髓弓、脉弓先后开始发育,14日龄(MTL7.5mm)脊椎骨、髓棘、脉棘均已形成,至28日龄(MTL19.5mm)已发生骨化;大黄鱼仔鱼孵化时,胸鳍的上匙骨、匙骨、后匙骨、支鳍骨原基已形成,27日龄(MTL19.0mm)稚鱼具5块支鳍骨,鳍条发育完整;尾鳍发育以8日龄仔鱼脊索后端腹部2块尾下骨的形成开始,至14日龄仔鱼尾鳍已初具雏形,尾杆骨、尾上骨和尾下骨均发育完全,21日龄稚鱼尾下骨排列成弧状,第三与第四块尾下骨之间的缝隙增大,把尾鳍鳍条分为上下两部分,鳍条分节明显,28日龄稚鱼尾鳍尾杆骨及鳍条发生钙化。

不锈钢表面整体翅片犁切-挤压加工机理

通过对犁切 -挤压加工翅成形机理的试验研究 ,探讨了不锈钢三维整体翅的成形特征、条件和成翅机理 .试验结果表明 ,影响翅成形的主要因素有 :刀具的几何参数、犁切 -挤压深度、进给量、犁切 -挤压速度和第二次犁切 -挤压时叠合角度 .通过试验得到各加工参数的合理取值范围如下 :挤压面倾角 ,10°～ 35° ;挤压角 ,10°～ 2 5° ;犁切 -挤压速度 ,5～ 10m/min ;进给量 ,0 .4～ 0 .8mm .

波纹开缝翅片管换热器传热与流动性的数值模拟

提出一种波纹开缝翅片管换热器,对其传热与流动特性进行三维数值模拟,选择Re范围在1 000到5 000时与平板开缝翅片的模拟相比较。结果表明,在Re小于2 752时,平板开缝比波纹开缝的换热效果好,而Re大于2 752时,波纹开缝比平板开缝换热效果更好,并且波纹开缝翅片管换热器的流动阻力小于平板开缝,因此,Re大于2 752时波纹开缝比平板开缝综合效果更好。

开缝翅片压降和换热特性的数值模拟

利用计算流体力学软件STAR-CD研究了开缝翅片管式换热器的换热和压降特性,分析了开缝翅片厚度对换热器压降、换热特性的影响,并用场协同理论分析了计算结果.得出了翅片开缝能起到强化翅片换热的效果且开缝翅片厚度存在最佳值等结论,为优化新型管翅式换热器提供参考.同时,将模拟计算结果与实验结果加以比较.结果表明,数值模拟与实验结果基本吻合.

鲨鱼肌肉与鱼翅营养价值的比较

为全面、客观地评价鲨鱼肌肉和鱼翅的营养差异,以镰状真鲨(Carcharhinus falciformis)和大青鲨(Prionace glauca)为研究对象,比较分析了2种鲨鱼肌肉、鱼翅(包括全翅和翅针,下同)的各种营养成分。结果显示:鲨鱼的肌肉和鱼翅蛋白质量分数均很高(24.34%~37.03%),其中同一鲨鱼的鱼翅蛋白质量分数高于肌肉;2种鲨鱼肌肉和鱼翅的粗脂肪质量分数都非常低,均小于0.50%;鲨鱼全翅因其鱼皮表面有砂质导致灰分质量分数特别高(6.18%~7.09%),但肌肉的灰分质量分数(1.23%~1.63%)仅略高于翅针(0.86%~0.90%)。鲨鱼的肌肉和鱼翅中氨基酸种类齐全,总体上鱼翅中氨基酸总量(total amino acid,TAA)高于肌肉,但肌肉的必需氨基酸(essential amino acid,EAA)质量分数(41.94%~42.42%)高于鱼翅(17.93%~22.61%),且只有肌肉满足联合国粮食及农业组织/世界卫生组织提出的氨基酸模式标准(EAA/TAA≥40%且EAA/非必需氨基酸≥60%),因此,鲨鱼肌肉的氨基酸营养价值远高于鱼翅,是一种优质蛋白源,而鱼翅并非优质蛋白源。通过氨基酸评分(amino acid score,AAS)、化学评分(chemical sore,CS)和必需氨基酸指数(essential amino acid index,EAAI)3种氨基酸评分发现:鲨鱼肌肉的AAS、CS以及EAAI值均显著高于鱼翅,约为鱼翅的2倍,说明鲨鱼肌肉的氨基酸营养价值高于鱼翅。蛋氨酸+半胱氨酸是鲨鱼肌肉的第一限制性氨基酸;亮氨酸(根据AAS结果)或蛋氨酸+半胱氨酸(根据CS结果)为鱼翅的第一限制性氨基酸。鲨鱼肌肉中共检出13种脂肪酸,且饱和脂肪酸(saturated fatty acid,SFA)质量分数>多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids,PUFA)质量分数>单不饱和脂肪酸(monounsaturated fatty acid,MUFA)质量分数;鱼翅中共检出16种脂肪酸,且SFA质量分数>MUFA质量分数>PUFA质量分数。鲨鱼肌肉和鱼翅中均含有丰富的油酸、二十二碳六烯酸和花生四烯酸等具有重要生理活性的不饱和脂肪酸,且均符合理想脂肪酸的标准(PUFA/SFA>0.4),但肌肉的PUFA/SFA明显高于鱼翅。鲨鱼肌肉和鱼翅中均含有丰富的胶原蛋白,且鱼翅中胶原蛋白质量分数(7.61%~11.99%)明显高于肌肉(0.27%~0.41%)。鲨鱼肌肉和鱼翅中还含有一定的硫酸软骨素,其中全翅中硫酸软骨素含量非常高(镰状真鲨和大青鲨分别为2.67 mg/g和10.87 mg/g),而肌肉和翅针中含量较少(质量分数低于1.2%)。

板翅式换热器翅片通道中流体流动与传热的计算流体力学模拟

针对平直形和锯齿形两种不同翅片类型,利用计算流体动力学(CFD)软件FLUENT对板翅式换热器的微小通道进行了模拟,得出了通道中流体的流动与传热特性.计算结果表明,在相同情况下,平直形和锯齿形翅片中冷热流体的局部传热系数的最大值都出现在入口处;在锯齿形翅片的相邻2个锯齿的交错面上,流体的局部传热系数和压力存在突变,流体的边界层厚度要薄于在平直形翅片中的厚度,流体的局部换热系数要和压损大于其在平直形翅片中的值.

多种平直开缝翅片换热特性的数值研究

采用有限体积法商业软件FLUENT,应用SIMPLE算法对某管翅式换热器平直开缝翅片的换热特性进行了数值研究,并提出了多种改进翅片模型.将这些改进模型与原模型在相同仿真条件下进行3D数值对比分析,结果表明：翅片的形状、开缝位置对翅片的总换热量、平均压降和阻力系数等均有影响;在来流速度为5 m/s时,“前疏后密”的双向开缝翅可使传热提高11.8％,压降上升15.7％左右;双耳结构的旋转型翅片在Re=2 400～8 400时,可使传热提高5％～8.28％,压降仅提高0.25％～0.83％,综合性能最佳,为管翅式换热器翅片的设计提供了有益的参考.

扭曲尾翼弹箭的马格努斯数值研究

为提升掠飞攻顶弹箭较高转速下的飞行稳定性,运用数值计算方法研究了弹体-扭曲尾翼组合体在飞行过程中的马格努斯效应气动机理,并应用标准尾翼弹(BFM)模型的实验数据对数值方法进行了验证。分别研究了带有平板尾翼和扭曲尾翼弹体模型的马格努斯力和力矩随攻角的变化规律,并针对弹体弹翼组合体产生马格努斯效应的机理深入分析。结果表明,扭曲尾翼可有效改善翼面的压力分布,并降低弹体对翼面马格努斯效应的干扰,在大攻角时其表现更胜一筹;弹体所受马格努斯力较大,主要集中在受到涡对称畸变的尾锥部;尾翼主要由于弹体干扰以及几何外形的影响马格努斯力集中在尾部,两者产生的马格努斯力矩数值相差不大,但方向相反。

翅片结构参数对纵向翅片扁管换热器换热性能的影响

以纵向翅片扁管换热器为研究对象,分析翅片长度、翅片高度及翅片间距对换热性能的影响,并对换热器的翅片结构参数进行优化,得出进口风速为2m/s时理想的翅片结构参数为:翅片长度为400mm、翅片高度为25mm、翅片间距为2.7mm。

尾鳍形状对摆动尾鳍推进性能的影响

研究了尾鳍形状对摆动尾鳍推进性能的影响.设计了一套摆尾仿生推进装置,实验分析了仿金枪鱼、仿海豚、仿白鲸3种尾鳍的推进性能.同时采用数值方法对尾鳍的水动力性能进行了计算.实验和数值结果表明,仿金枪鱼尾鳍的平均推力系数和输入功率系数最小,推进效率最高.对尾涡的分析表明,仿金枪鱼尾鳍尾涡强度最弱,分布范围最小.

板翅式换热器空气冷却侧传热性能的数值模拟

建立了板翅式换热器冷却空气侧锯齿翅片通道的稳态湍流数学模型,借助FLUENT软件进行了数值模拟,从各段翅片中部的切片与翅片上表面两个视觉角度给出了计算区域的流场、温度场、湍流强度、换热系数、压力等分布图形,计算结果有助于更好地理解锯齿翅片板翅式换热器的强化传热机理。

空调用换热器性能综合实验台的开发研究

根据热力学和传热学中换热器性能的基本测试原理,研究开发了空调用套片式换热器综合实验台.该实验台可以在不同工况条件下对不同结构形式的R22和R410A蒸发器及冷凝器的换热性能和阻力性能进行实验.通过对R22冷凝器的实验研究结果表明,实验台自控程度高,实验数据精确可靠.

椭圆翅片管空冷器流动传热特性的研究

用稳态的恒壁温法对 3个椭圆翅片管空冷器和 1个圆翅片管空冷器的传热和阻力特性进行了研究 ,得到空冷器空气侧的传热与阻力性能。在相同的迎风面流速下 ,椭圆翅片管比圆翅片管空气侧换热系数约大 3～ 7倍 ;在相同的换热系数下 。