局部凸起在V形钝前缘模型中的降热特性研究

三维内转式进气道的唇口结构通常存在复杂的激波干扰及严酷的气动热载荷,严重威胁高超声速飞行器的性能与安全.在6.0马赫的高超声速流动中,以V形钝前缘模型为研究对象,设计了局部凸起的被动流动控制降热方案.采用数值模拟手段,首先研究了局部凸起方案的降热能力以及降热原理,然后初步优化了局部凸起的位置、高度以及宽度等关键设计参数,最后分析了优化后的局部凸起方案的攻角、侧滑角及马赫数的适用性.研究结果表明:上游凸起边缘形成的斜激波与主马赫反射结构形成的透射激波发生干扰,能够减弱其冲击壁面的强度,实现降热的目的;驻点凸起通过改变超声速射流的对撞角度,能够降低其对撞的强度,实现降热的目的.原始方案的降热能力约为37.75%,在对局部凸起的关键设计参数进行初步优化后,优化方案的降热能力将提升至44.60%.设计工况下的优化方案具有良好的攻角适用性,而高度可变的优化方案可以较好地适用于有侧滑角及高马赫数的流动.在研究范围内,高度可变的优化局部凸起方案的降热能力均高于20%.

叶片型线对纯径流式向心透平气动性能的影响

以实验室的某纯径流式可调向心透平为研究对象,应用计算流体力学软件FLUENT,比较分析了几种不同曲线为动叶叶型对透平性能的影响;在此基础上,提出以阿基米德螺线为中弧线的叶片参数化造型方法,结果得到气动性能良好的叶片型线,阿基米德螺线叶型的叶轮效率比连锁螺线提高8%;参数优化后的叶型比原曲线叶轮效率提升5%左右。以优化后的曲线为叶轮型线,在不同操作参数下,得到了透平的轴效率特性曲线。研究可为小功率向心透平的叶片设计和优化提供指导。

基于丝线流动显示技术的内转进气道起动性能实验

采用丝线法流动显示技术,在高超声速冷流暂冲式下吹风洞开展了快速获取内转进气道起动性能的实验研究。实验在中国空气动力研究与发展中心(CARDC)Φ0.5 m高超声速风洞中进行,来流Mach数为5。实验模型为椭圆转圆形内转进气道,总收缩比为5.8,内部收缩比为1.7,喉部为直径50 mm的圆形截面。模型的肩部区域种植了长度与间隔可更换的丝线,为了改善进气道的起动性能,模型进气道的内压缩段开设了可以动态堵塞的泄流孔,在喉道下游设置了可动态节流的节流锥。实验获得了丝线长度、相邻丝线间隔的推荐值,同时表明,丝线流动显示技术能够快速、准确、直观、方便地判断进气道的起动状态,并能定量给出流动分离起始位置与分离结构,所采用的丝线流动显示技术丰富了高超声速风洞实验的流场可视化方法库。研究还表明,采用丝线流动显示技术,所研究的内转进气道在Ma=5时处于双解区,实验给出了进气道重起动及退出不起动的一种可行方案。

基于向内分流和芯轴交换耦合法冷锻成形直齿圆柱齿轮的数值模拟研究

为了避免终锻成形载荷的急剧上升,达到降低直齿圆柱齿轮冷精锻成形载荷的目的,在向内分流和芯轴交换的基础上,提出了基于向内分流和芯轴交换耦合法两步精密成形工艺。建立了关于该成形工艺的三维有限元分析模型和不同实验方案,并通过DEFORM-3D软件对其进行了数值模拟分析,得到了该成形工艺的最佳成形方案及其成形过程中的金属流动规律和变形机理。模拟结果显示采用此工艺不仅可以成形出完整的齿形,且成形载荷与传统的闭式精锻成形工艺相比,降低50%左右。对直齿圆柱齿轮的生产实践具有重要指导意义。

金丝桃甙对钙离子内流的影响

研究表明，金丝桃甙（ＨｙＰ）对兔乳头肌模型，与维拉帕米（Ｖｅｒ）一样，呈剂量依赖性抑制ＣａＣｌ２诱发的正性肌力作用，使ＣａＣｌ２的量－效曲线显著右下移动，但不平行，可能系非竞争性拮抗；对豚鼠心室肌动作电位模型，Ｈｙｐ可显著缩短动作电位二相平台期，而对膜静息电位、动作电位零相上升幅度和速率及动作电位时程无明显影响；在小鼠心房组织标本上，Ｈｙｐ和Ｖｅｒ一样，可抑制高钾诱发的４５Ｃａ内流。上述结果提示Ｈｙｐ对钙内流有一定阻滞作用。

混流式转轮出口流速分布的PIV测试研究

转轮出口速度分布好坏直接影响尾水管内压力脉动的大小,是影响稳定性的内在因素之一。本文针对HL220改型的模型试验,对转轮出口的速度内流分布,采用2D-PIV激光内流速测试设备对锥管内径向面进行了内流测试,给出了最优工况下转轮出口处径向面的流动瞬态分布,清楚显示了尾水管进口位置在最优工况下的流动非定常特征与细节。试验结果表明,PIV内流测试是进行转轮出口流动测量的一种可靠方法,结果为研究尾水管内的流动分布提供了必要的依据和边界条件。

铝合金2A12-O的动态充液拉深

针对铝合金板材成形性差的特点,提出液体内向流动动态充液拉深新技术。采用铝合金2A12-O板材对成形过程进行了初步实验验证后,运用有限元方法探讨不同的径向压力和不同的预胀路线对成形零件壁厚分布的影响。结果表明,采用该方法可以显著提高铝合金2A12-O的成形极限,成功拉深出拉深比达2.85的杯形件;径向压力显著影响杯形件壁厚的分布,通常较大的径向压力下的壁厚也较大。

混合压边液体内向流动动态充液拉深

为抑制液体内向流动动态充液拉深中凸缘增厚而造成的拉深阻力急剧增长,提出混合压边液体内向流动动态充液拉深新方法。对定间隙下设定恒定压边力的混合压边充液拉深压边形式实质进行分析,采用有限元研究混合压边方式下压边间隙、压边力以及径向压力的变化对成形过程的影响。研究结果表明:定间隙下设定恒定压边力的混合压边充液拉深压边形式的实质是设定压边间隙和设定压边力压边方式的混合;采用混合压边方式可以降低实际最大压边力,降低凸缘区的摩擦阻力,减少第二个谷底点的减薄率;压边力影响零件直壁部分壁厚分布,较大的压边力得到的零件直壁壁厚较薄;压边间隙的变化影响成形零件直壁壁厚分布,较小的压边间隙成形零件直壁较薄,第二个谷底点越接近零件底部。

内转式进气道流动控制研究

为了改善内转式进气道的性能,采用数值仿真的方法研究了内转式进气道的流动特征及流场控制技术。研究表明:在近壁面唇罩激波诱发了二次流,进而发展形成流向涡,造成低能流堆积,流场分布不均,消弱了进气道的抗反压能力。采用型面流场控制技术,重构进气道肩部压力与边界层分布,能够有效抑制流向涡的强度,减小流动损失,改善隔离段出口流场均匀度,提高其抗反压能力。与原方案相比,在设计状态流场控制方案隔离段出口总压恢复系数提高20%;最大抗反压能力提高28.4%;总阻力增大9.0%,进气道自起动马赫数由原方案4.2下降到该方案3.8。

径流式涡轮排气扩压器流动性能模拟研究

本文研究了径流式涡轮排气扩压器特性对涡轮增压器与中速柴油机匹配性能的影响。在研究过程中，假定排气扩压器的气流为一元准稳定不可压缩气流，试验装置采用压缩气源供气。根据相似理论模拟中速柴油机排气的气流状态进行内壁为直线型面（定为Ａ型）及内壁为曲线型面（定为Ｂ型）这两种型面的扩压器模拟试验。计算和试验结果表明：（１）不论Ａ型或Ｂ型排气扩压器都能改善径流式涡轮的性能，从而提高涡轮效率及涡轮增压器总效率；（２）当扩张角较大时，Ｂ型扩压器因有较高的扩压器效率及压力恢复系数，其性能优于Ａ型扩压器，这将更有利于改善涡轮增压器与中速柴油机的匹配性能。

融合C-V和GVF的测地线活动轮廓模型

对于有凹陷边界或弱边界的待分割目标,采用传统的测地线活动轮廓(GAC)模型无法进行准确的图像分割.为了解决这一问题,提出了一种融合C-V模型、GVF模型和GAC模型的图像分割算法.在该算法中,GAC模型的单位内法向量与GVF模型的梯度矢量流共同作用,促使轮廓曲线向目标的边界方向运动;而GAC模型单位内法向量与C-V模型的区域信息的力场共同作用,不仅促使轮廓曲线向目标的边界方向运动,而且使轮廓曲线稳定在目标的边界上.仿真实验证明了上述方法的有效性,同时还证明了该方法对轮廓曲线的初始位置具有较好的适应性.

微型燃气轮机向心透平的性能试验

对某向心透平进行了总体气动性能试验、导向器流动特性试验以及级环境下的数值模拟，分别对数值计算结果与试验结果作了对比，分析了导向器叶片出口气流落后角的影响因素及其损失状况．结果表明：无论是总体气动性能，还是导向器流动特性，数值计算结果与试验结果都吻合良好；导向器出口马赫数及相对尾缘厚度对其气流落后角有影响，当马赫数小于0．9时，气流落后角变化平缓，而马赫数高于0．9时气流落后角变化剧烈；导向器出口马赫数在0．9～1．2，速度系数在0．975以上，能量损失系数低于5%，有助于提高级效率．

三维内转式进气道双激波基准流场的设计方法

探索了一种三维内转式进气道基准流场的设计新思路,基准流场由特征线方法设计的曲面压缩系统组成,包含一道入射激波和一道末端激波,消除了激波在内通道的连续反射。通过数值模拟对该设计思路进行了验证,结果表明:该双激波轴对称基准流场,前缘激波和末端激波入射位置与设计吻合,末端激波入射在肩点且完全实现消波;特征线计算获取的外壁面马赫数分布和CFD结果吻合较好;经过设计,在喉部截面上流动参数比较均匀,总压恢复系数达到0.91;无粘条件下流线追踪进气道完全继承了基准流场的流动特征,流量捕获系数0.999,喉道总压恢复0.88,与同设计条件流线追踪Busemann进气道相当。

内滤式袋式除尘器中气流分布特性的研究

针对内滤式袋式除尘器的运行情况,分析了气流分布不均的原因,并提出了改进进气口和在下箱体中添加导流板的措施。采用CFD软件计算得到改进前、后除尘器内的流场、流线分布和粒子轨迹等。改进后气流分布、各部分的烟气处理量、粒子分布都更均匀,气流速度变化减小,使除尘器各部分都能起到良好的收尘作用,也可以有效地减少滤袋的磨损,提高除尘效率和运行稳定性。

高超声速内转式进气道流动的壁面丝线显示

针对风洞实验观测高超声速内转式进气道内部流动困难,不易获得内流道三维激波/边界层干扰主导的复杂流场结构的问题,通过拓展壁面丝线流动显示技术的潜力,在Ma∞5.9激波风洞中,借助高速摄影实时拍摄丝线流谱,并结合纹影、壁面压强测量以及数值模拟分析,验证了丝线的动态响应特性,丰富了内转式进气道的观测技术,获得了进气道的流场结构。采用预设堵块实验方法,在激波风洞中考核了内转式进气道模型的自起动能力。结果表明,直径约为0.1 mm,长度约为15 mm的402号涤纶/棉缝纫线的跟随性较好,能够直观、动态地显示出壁面流动分离区的范围,为判断内转式进气道是否起动提供了依据。内转式进气道模型在实验条件下能够自起动,起动状态下进气道唇口附近的波系结构以及前体压缩面的丝线流谱和压力分布与数值模拟符合较好。

向心透平叶型设计与内部流动研究

利用基于一元流动的设计方法得到的结构参数,采用非可展直纹抛物面成型法设计了一种小型向心透平膨胀机叶型,并利用NUMECA软件对叶轮流道流场进行了数值模拟。按照子午面形状展开后接近直线的要求,从几何角度出发提出一种比经验设计更简便的子午流道型线成型方法,并借助数值模拟分析其内部流动,证明了此设计效率更高。

浅谈最优潮流的计算——以江西省最优潮流的计算为例

本文介绍了一个最新开发的、适用于不同类型电力系统最优潮流软件,该软件应用了最新提出的一种数学模型。通过对多个IEEE标准算例网和江西电力系统的大量计算,表明该软件具有很强的实用功能,使用方便,算速快,计算结果合理,收敛性好等诸多优点。

流线追踪内转式低音爆进气道的设计方法及流动特征

为了降低内转式进气道的音爆强度,设计了一种具有曲内收缩前体和零度唇罩角的流线追踪内转式低音爆进气道,采用数值仿真方法初步研究其在不同工况下的流场结构和流动特征。结果表明:由于零度唇罩角,低音爆进气道的唇罩激波微弱,对唇罩外侧的流场影响较小,因此内转式低音爆进气道的音爆显著低于常规内转式进气道,其中在设计马赫数Mad=2.2通流状态下相比下降约94.18%;由于内唇罩面向内偏折,导致唇口反射激波强度增加,总压损失增加,内转式低音爆进气道总压恢复系数略低于常规内转式进气道;内转式低音爆进气道的音爆不但与其唇罩角有关,而且与其飞行工况有关,飞行攻角越大、来流马赫数Ma∞<Mad越小,音爆越大;其中,在攻角α=0°时,其音爆比α=6°时减小约86.69%;在Ma∞=2.2时,其音爆比Ma∞=1.85下减小约91.93%。

唇罩内型面对内转式进气道流动特性影响研究

内转式进气道流场参数分布不均,为改善进气道的流场结构、提高其气动性能,采用数值仿真方法开展了唇罩内型面对内转式进气道流动特性影响的研究。研究结果表明:唇罩内型面影响唇罩激波强度、形态与内流道波系结构,进而影响唇罩激波与侧壁边界层干扰诱发的三维流向涡的产生、发展以及空间分布;在研究范围内,随着唇罩压缩角减小,唇罩激波减弱,内转式进气道流场参数周向分布更加均匀,出口总压恢复系数先增大后减小,抗反压能力不断增强,最高增大了12.7%。

乘波前体三维内转进气道气动融合设计

在传统三维内乘波进气道设计方法的基础上,发展了一种具有乘波压缩特征的前体三维内转进气道气动融合设计方法。通过构造合适的双波入射基本流场,结合斜激波理论,可以推导出一种上游二维乘波流动叠加下游三维内收缩流动的基准流场。在此流场基础上进行流线追踪与气动融合设计,获得了一种乘波前体加三维内转进气道的气动布局方案。对该进气道方案数值模拟研究结果表明:在Ma6.0的设计状态下,该方案流量捕获系数能够达到0.96,总压恢复系数为0.53;而在Ma4.0的非设计状态,该方案流量捕获系数能够达到0.71,总压恢复系数为0.70。此外,与典型的前体二维混压进气道进行对比研究,乘波前体三维内转进气道方案总体性能提升明显,尤其是进气道流量捕获系数在设计状态下较二维方案上升了4.1%。