固体火箭尾流场对舱体冲击效应研究

火箭燃气射流对搭载平台的冲击效应是搭载平台表面防护和结构设计的重要依据。为研究不同射角下高速射流对舱体的冲击效果,基于有限体积法,采用SST k-ω湍流模型,建立固体火箭发射过程的三维仿真物理模型。分别在70°射角和56°射角工况下,对固体火箭发动机喷出的燃气射流进行数值模拟,得到了不同时刻射流的特性以及两射角下舱体上表面受射流影响情况,分析射流对舱体表面的冲击效应。分析结果表明,射流冲出喷管后在空气中膨胀,形成曲面激波。抵达舱体表面后压缩,产生高温高压区,随后温度和压力沿舱体表面流动逐渐降低。舱体表面温度和压力变化趋势相一致,56°射角时舱体表面温度较低,受到的冲击效应更大。

风资源精细化测量评估-测风塔塔影效应分析

在风电项目开发中,塔影效应分析至关重要。选用实际风电场测风塔10 min实测风数据,根据风电行业风资源评估标准及国际IEC对于风资源数据评估的要求,借助Windographer软件对同一座测风塔同一高度不同风速仪安装朝向所测风数据进行处理分析。首先对比2个风速仪不同朝向的风速相关性,然后利用标准及软件对塔影效应的风向进行处理,得到风速仪拟合后不受塔影效应影响的风速结果,将其与该风塔塔影效应影响的风速对比,即得塔影效应对风速影响的程度。

考虑尾流影响的降落伞弹射拉直过程研究

降落伞的弹射拉直是其工作的第一个也是至关重要的一个环节。航天器在超声速状态下的尾流性质也非常复杂,因此,如何考虑前体航天器尾流对降落伞弹射拉直过程的影响是一个值得研究的问题。文章首先采用CFD方法计算出航天器的超声速尾流数据,然后建立降落伞弹射拉直过程的动力学模型。由于降落伞的拉直过程持续时间很短,故在研究过程中将连续尾流离散化为不同时刻的尾流,仅考虑尾流气动力对降落伞弹射拉直过程的影响。具体方法是将弹射拉直时刻计算的航天器尾流区速度场叠加于弹射分离降落伞伞包的空速上,计算考虑航天器尾流影响的伞包气动力,然后通过动力学仿真研究航天器尾流对降落伞弹射拉直过程的影响,重点研究了对伞包运动稳定性的影响。利用该方法对典型工况超声速尾流影响下的降落伞弹射分离过程进行了动力学分析,重点分析了尾流对伞包的运动轨迹和姿态的影响,研究方法和结论对稳定伞弹射拉直过程的验证评估具有重要的参考价值。

流体边界层上电磁力的控制效应研究

利用作用于流体边界层上的电磁体积力改变流体边界层的结构,研究电磁力对流场的控制作用效果,电极与磁极交替分布的电磁场激活板包覆在圆柱体表面置于流动的电解质溶液中,产生的电磁力沿圆柱体表面分布,可以改变流体边界层的结构,从而实现对流场的控制,用电磁屏蔽和时域控制的方法调整电磁力的时空分布参数,圆柱绕流分离点可以在前驻点和后驻点之间变动,产生不同的控制效果,流体边界层上的电磁力能连续控制圆柱绕流、尾流涡街的形态,正向电磁力具有较好的消涡、减震和减阻控制效应,反向电磁力具有明显的增涡控制效应,具有较强的制动控制效应,此时圆柱体表面涡量分布的对称性和稳定性被破坏。

风电场流场特性及风机布局数值模拟研究

针对风电场流场特性研究对风力机工作性能提高的重要意义,采用计算流体力学(CFD)方法在单机风力机模拟验证的基础上,对某风电场单风力机和三种布局条件下的风电场流场特性进行了数值模拟研究。考察了不同布局条件下风电场速度、叶轮表面压力以及湍流涡的分布特性。结果表明:叶轮后方尾流效应明显,速度损失随着相对距离的增加而逐渐减小,风力机处中心尾流速度比率最低降为0.4;当相对距离超过4 d后,风速可恢复为初始速度的90%以上;尾流速度与涡流粘性呈负相关性;三风力机平行布置时,各风力机尾流速度比率基本一致;三风机组在错落布置时,尾流效应对下游风力机工作性能影响较小,错落角度越大,尾流损失越小。

水平轴风力机尾迹流场掺混流动的实验研究

为研究风力机尾迹的流动状态以及掺混规律,在水平轴风力机模型不同尖速比、不同风速的条件下,利用高频PIV系统对风力机下游远至4.5倍风轮直径范围内的尾流数据进行采集。首先对轴向平均速度云图和曲线图进行分析,发现尾迹流场与外部主流区的掺混现象;对比尖速比为4和6,相对半径为0.1R处的平均轴向速度曲线图,发现随着尖速比的增加,尾迹区域的轴向速度恢复的更快,掺混现象更加严重。然后观察径向平均速度云图,发现风轮后方的流体在径向方向的运动规律是外部主流区的流体通过叶尖涡诱导效应区的输运和卷吸作用下持续进入尾迹区域,并与之掺混。最后通过对比不同相对半径处的径向曲线图,得到尾迹流场的状态:先节流降压膨胀,然后压力恢复尾迹收缩;随着外部高压流体的的持续流入,尾迹再次膨胀,直至恢复到来流状态。

不同高度混凝土模型礁背涡流特性的定量研究

在实验室条件下，于水槽中对6种混凝土人工鱼礁模型的背涡流特性进行了研究（来流速度为13．5、23．5、33．5cm／s），并对背涡流规模进行了定量分析。结果表明：3种来流速度下，6种混凝土模型礁背涡流长度、高度、面积均随礁高的增加而增加，而其背涡流相对值均随礁高的增加呈下降趋势；6种混凝土模型礁其背涡流长度为礁高的2．02—3．73倍；背涡流高度为礁高的1．06—1．70倍；背涡流面积为礁迎流面面积的2．45～4．80倍。

考虑尾流效应的风电场建模以及随机潮流计算

采用变量变换法拟合了风速频率的三参数Weibull分布函数,在风能分布的Jensen和Lis-saman模型的基础上,结合风速的频率分布模型与风力发电机组的单机稳态模型,建立了大型并网运行风电场的综合模型.该模型同时考虑了尾流效应和风电场地形因素对不同位置风机风速的影响,得到了考虑以上因素时风电场的输出功率.在此基础上,应用蒙特卡罗法对风电场接入系统进行了随机潮流计算.最后,以40机的风电场为例建立了风电场模型,将此模型引入到IEEE14系统中,通过随机潮流计算得到系统节点电压的概率分布以及风电场输出功率的概率分布,分析了风电场并网运行对系统各节点电压的影响,从而为减小风电接入系统的电压波动提供参考.

轴流压气机气动扩稳一类新措施的实验探索

采用外部绕流激励的方法研究非定常绕流对压气机气动稳定性的影响规律,并在此基础上探索了该措施的工程应用前景。通过模型实验验证了利用压气机内叶排间绕流的非定常耦合作用,优化匹配其周向气动布局方案,可有效的提升压气机稳定工作裕度,并改善其气动稳定性。结果表明:当绕流撞击强度达到某一阈值,并且当非定常绕流频率与非定常旋涡脱落特征频率发生耦合时,可较大幅度的提高压气机稳定工作裕度,其相对值可提高约22.1%。这一结论在压气机不同的折合转速工作状态下仍然得到了验证。

高层建筑风致动力干扰效应机理的试验研究

在风洞中用高频动态天平研究了两个高层建筑间的风致干扰效应。通过分析上游施扰模型的尾流和动态天平试验中受扰模型的基底弯矩谱 ,得到了上游建筑的旋涡脱落、上游建筑对受扰建筑自身涡脱特性的影响以及上游建筑尾流中紊流的增强这三种因素是建筑物风致动力干扰效应的机理。最后分析了风场对动力干扰效应的影响。

标称伴流尺度效应的数值模拟

本文针对标称伴流场进行研究,计算航母M8503的尾流场,在桨盘面内对三维速度进行插值,更加直观地绘出桨盘面的标称伴流分布,并计算出周向平均伴流的径向分布,又在整个桨盘面上对伴流积分,得出平均伴流分数,并且对不同的积分方法所得的计算结果作比较。同时又针对不同量级的雷诺数作了计算,并分析雷诺数对标称伴流带来的影响。

颗粒增强湍流的新模型和气粒流动的湍流变动

用雷诺应力方程模型和极细的网格系对单个颗粒受湍流气体绕流进行了数值模拟,研究了改变颗粒直径和气体相对速度时颗粒增强气体湍流的规律。据此构造了颗粒尾涡增强气体湍流的新模型。将此子模型加入到两相流动模型中,对竖直和水平通道内气粒两相流动进行了数值模拟,和实验结果的对照表明,考虑颗粒尾涡增强气体湍流效应得到的气体湍流脉动速度的模拟结果比不考虑此效应的模拟结果好得多。

干扰板作用下飞机尾涡流场近地演变机理研究

为了更好地控制和规避飞机尾涡对飞行安全和机场运行效率的不利影响,本文重点研究近地尾涡的强度消散与涡核运动规律。使用ANSYS中的DM模块建立A320飞机机翼模型,并基于雷诺平均法(RANS)采用RKE涡黏模型对雷诺应力项进行方程封闭,在天河一号超级计算机上采用多段拼接方法开展大尺度脱体尾涡数值模拟实验。基于实验数据分析了地面效应对涡核的下沉趋势和水平运动、涡间距、涡量及涡核速度等的影响,然后在尾涡流场中增加接地竖板,研究在机场跑道端设置人工干扰板时的尾涡运动和消散规律。结果表明,地表附面层能分离出二次涡,其缠绕于主涡周围诱发主涡加速消散并改变尾涡速度场的分布;人工干扰板能有效削弱尾涡的湍流动能,诱导主涡分离出二次涡系,触发涡系产生Rayleigh-Ludwieg相交不稳定性,加快主涡的下沉与迸裂,显著提高尾涡强度消散率。

跨声压气机动静干涉效应的数值研究

采用数值方法对一轴流跨声压气机在设计点的非定常流场进行了模拟,对级内动静干涉进行了深入分析,研究了尾迹和位势作用等对动静叶表面气动负荷的影响.计算结果表明:在压气机中,上游动叶的尾迹等对静叶通道内部流动,叶片表面静压的波动,以及边界层流动损失的发生、发展和输运产生明显的影响,需要在设计中加以考虑.

亚声速低反力度吸附式压气机的非定常数值研究

为明晰转静干涉对吸附式压气机气动性能的影响,对某单级亚声速低反力度吸附式压气机设计工况点进行数值模拟,详细对比分析了定常与非定常一维气动参数、参数沿展向分布以及内部流场之间的差异。研究结果表明,在转静干涉条件下,单级吸附式压气机时均总压比及效率与定常计算结果相比基本无变化,但吸力面抽吸量增加,端壁抽吸量减小;静叶对动叶势流干涉作用降低了动叶中部区域的做功能力;动叶反"C"型尾迹在静叶内部输运的过程中进一步扭曲,两端向叶展中部靠拢,级出口气动参数沿展向分布均化。

气体“拟颗粒”模型

介绍了适用于气固两相流动的气体“拟颗粒”模型．气体被离散为大量气体微团，即“拟颗粒”；发生碰撞的拟颗粒间有相互作用的粘滞力和压力；气体的运动借助拟颗粒的运动状态来描述，气体间及气体与固体颗粒的相互作用由拟颗粒-拟颗粒、拟颗粒-固体颗粒的作用代替．应用该模型模拟了气体绕流单圆柱和双圆柱的现象，分别计算了单圆柱的曳力系数CD和圆柱间的流体动力作用系数k，分析了拟颗粒的大小对CD和k的影响．

湍流等离子体尾迹雷达散射截面的计算及其影响因素分析

针对一阶畸变波Born近似模型 ,深入分析了湍流内外尺度和电子数密度脉动值对雷达散射截面的影响 ,并且给出了关于湍流外尺度的一个经验的 ,能被工程上较好使用的公式。在以上分析的基础上 ,计算了几种高程条件下再入小钝头锥体等离子尾迹的雷达散射截面 ,与已有实验结果进行了对比分析。分析和计算结果表明 ,湍流的外尺度和局部电子数密度值对雷达散射截面值影响较大 ;

考虑颗粒尾涡效应的二阶矩两相湍流模型

将作者曾提出的颗粒尾涡增强气体湍流模型加入到二阶矩-颗粒动力论两相湍流模型中,建立了新的考虑尾涡效应的二阶矩两相湍流模型,并对水平槽道、旋流突扩室和下行床内的两相流动进行了模拟.对水平槽道和旋流突扩室内稀相两相流动的模拟结果表明:与实验数据对照,新模型比没有考虑颗粒尾涡影响的模型有一定程度的改进,颗粒尾涡效应确实增大了气体湍流;在下行床内的稠密两相流动中,由于两相之间的相互作用比较明显,颗粒尾涡不仅增大了气体脉动,而且也增大了颗粒脉动.

轴流压气机尾流撞击效应机理的数值模拟

通过精确给定转子进口边界条件,以模拟上游静子尾迹对转子流场的影响,这样利用单排的计算结果模拟转/静干涉引起的非定常流动对流场气动参数的影响,因为相邻叶片排的叶片数不同,从而避免传统方法中常用的叶片数约化存在的难以正确模拟非定常激励频率的问题,对计算时间和计算能力的要求也可减少.针对一个低速转子的数值模拟结果显示,如果能合理地组织来流尾迹的扫过频率和尾迹亏损的幅度,对转子气动性能的改善是很显著的,从而为风扇/压气机中控制和利用非定常流动提供了一个可行的方向.

颗粒对湍流影响的一种新模型及其应用

用基于雷诺应力湍流模型对单个颗粒受湍流气体绕流进行了数值模拟,改变颗粒直径、来流速度,气体粘性、气体密度和多颗粒间距,获得了颗粒增强气体湍流的规律,并构造了和现有模型不同的一种颗粒尾涡增强气体湍流的新模型。将该模型加入到二阶矩两相湍流模型中,并对水平槽道和旋流突扩室内两相流动进行了模拟。与没有考虑颗粒尾涡影响的模型对比,本模型获得的结果与实验数据吻合更好,颗粒尾涡效应确实对气体湍流有较大影响。