气体润滑减阻研究综述

在我国“碳达峰、碳中和”战略背景下,气体润滑减阻作为一种流动控制节能与降碳方法,可有效降低船舶航行阻力,对我国船舶及航运业的低碳发展意义重大。本文介绍了气体润滑减阻研究的国内外背景及意义,阐述了气体润滑减阻的定义及分类方式,特别是提出了基于气液两相界面形态与减阻机理的离散气泡减阻和连续气层减阻分类方式,并在此基础上分别梳理了离散气泡减阻和连续气层减阻在减阻特性、减阻机理、两相流态及其影响因素等方面的进展情况,总结并展望了气体润滑减阻的研究现状和该领域的未来发展趋势。

大尺度自航模气层减阻试验研究

[目的]旨在研究气流量、航行倾角对船底凹槽内气层保持和节能效果的影响。[方法]以一艘肥大型散货船的较大尺度缩比模型为研究对象,通过设计气层减阻自航模系统和船底凹槽方案,开展开阔水域条件下自航模气层减阻试验,研究模型正浮状态下喷气减阻效果,以及模型一定纵倾角状态下对航速和轴功率的影响。[结果]结果表明:在主机转速一定时,喷气可以明显提高自航模的航速,停止喷气后,船底凹槽内的气体仍能维持较长时间;船体艉倾角为0°~0.25°时的气层减阻效果较好,较大艉倾角时气体从自航模艏部两侧溢出,气层无法对船底实现有效覆盖,减阻效果不佳。[结论]研究结果可对气层减阻技术在肥大型船舶上的工程应用提供一定参考。

船舶气层减阻技术研究综述

随着全球生态环境变化的要求以及我国“碳达峰、碳中和”目标的提出,船舶气层减阻技术作为船舶运输手段中一种有效的节能、降碳手段,近年来备受关注。文章阐述了气层减阻技术中气层的形成过程以及工作原理;从模型试验以及理论与数值计算方面分析了船舶气层减阻技术的发展和研究现状;列举分析了国内外部分研究单位的应用实例和实际效果;针对研究和应用现状,对船舶气层减阻技术面对的问题和未来发展方向进行了展望。

PSA装置C201-3一级右列做功差原因分析及处理措施

PSA装置解析气压缩机因发现振动大和异常声音而停机,检修完毕后出现一级右列做功差的现象,结合两次试机过程,并逐项排查各影响因素后,判断为气阀本身密封面失效导致吸入性能变差。结合本次检修的拆解情况,从工艺流程和气阀改型两方面提出应对措施,以期为相关研究提供参考。

汽车滑行试验道路阻力和风阻系数不确定度分析

对汽车滑行试验过程中滑行速度进行统计学分析,发现各个轮次的滑行车速偏差近似与平均滑行车速呈线性关系。基于滑行车速,分别利用v-F方法和v-t方法拟合得到汽车的滑行阻力和风阻系数,分析其对应优化问题的凸性和滑行阻力、风阻系数的不确定度;结果表明,v-F方法对应拟合问题是凸的,而v-t方法对应的拟合问题是非凸的。在拟合道路载荷时,需要选择泛化能力较强的迭代算法,同时需要根据参数的物理意义,设置合理的初始值和约束边界,以便得到合理的拟合参数值和道路阻力;而且相比v-F方法,v-t方法得到的风阻系数不确定度更小,置信区间也更窄。另外,基于车辆滑行速度的统计规律,进行蒙特卡洛模拟,分别应用v-F和v-t方法,得到道路阻力和风阻系数近似为正态分布;结果表明,v-F方法会放大随机因素的影响,v-t方法得到的道路阻力和风阻系数均更为稳定。

滚装船空气润滑减阻机理及性能数值研究

设计一种新型空气减阻装置,基于数值模拟法和理论分析法开展船舶空气减阻机理和空气减阻性能研究。通过分析船底喷气前后船体表面湍流粘度、动力粘度、剪切力分布等关键物理量的动态变化过程,揭示了空气减阻相关机理。对比船底通气前后船体总阻力的变化,探索了空气减阻的相关性能。研究结果表明,在船底持续释放空气后,船体表面流体密度降低、湍流粘度和动力粘度降低、雷诺应力减小,导致船体摩擦阻力减小。在设计航速、较低通气速率(3.92×10^(-4)kg/s)下空气减阻性能达到了9.53%,减阻效果明显,为绿色船舶设计提供了参考。

水下高压抗润湿V型槽分级铜纳米线簇超疏水表面的减阻研究

针对水下减阻超疏水表面气层稳定性差的问题,提出了在金属铜基底上使用两步电化学沉积法,制备了一种具有V型槽结构、区室化簇状结构和微纳分级结构的铜纳米线超疏水表面,进行了水下高压气层稳定性测试和减阻测试。结果表明,该表面最高可在0.45 MPa水压下维持76%的未润湿区域。同时,该表面在平板流变仪层流减阻测试中可取得高达56%的减阻率,具有优异的减阻性能。V型槽分级铜纳米线簇超疏水表面兼具水下高压气层稳定性和减阻效果,可应用到实际船舶航行领域,为解决超疏水表面减阻应用的瓶颈问题提供方案。

船舶气泡润滑技术对螺旋桨抽吸效应的影响

基于CFD软件STAR-CCM+,以KCS船模及KP505桨模为研究对象,考虑气泡与水的相互作用力,利用船体建模的方法,基于欧拉多相流,通过改变孔内通气量、通气孔的位置和螺旋桨转速对船桨耦合的船模气泡减阻进行数值模拟。结果表明,孔位置一定时,高通气量下,气泡对螺旋桨影响更显著,使得螺旋桨产生振动与噪声,推力减小;通过改变通气孔位置可以得出,通气孔排布在船尾位置时气泡对螺旋桨影响最小;通过改变螺旋桨转速得出,螺旋桨转速越大气泡对螺旋桨影响越小。

单叶风阀调节性能试验研究

文章主要研究了不同规格的单叶风阀在不同开度或风量下的调节性能。本文在保持风量不变的情况下,通过改变风阀的开度,测试了风管内部压力、风速、阻力等参数,以及在开度不变的情况下改变风量,测试了不同开度下风管内部压力、风速、阻力等参数。找到了不同工况下,风管内部气流从距离阀门6倍管径处开始稳定,以及风阀阻力、风速随风阀开度变化的规律基本呈“指数型”,风阀阻力随风量变化的规律基本呈“线性”,风阀调节对管路影响的不敏感区处于0°~45°,敏感区域处于45°~80°。以上结论在200×200 mm与300×300 mm规格的方形风管与阀门中均成立。

超低轨吸气式电推进飞行器维轨关键问题探讨与展望

气动阻力过大导致的轨道快速衰减问题是超低轨飞行器面临的主要挑战,需采用发动机推力进行阻力补偿,而能否产生充足的净推力是超低轨飞行器任务成败的关键.介绍了吸气式电推进飞行器的阻力情况和混合工质离子发动机的推力情况及主要影响要素,提出了有关减少阻力及增加推力的几点建议.基于吸气式电推进飞行器长期维轨及可能的轨道调整需求,建议采取最大净推力及最大推阻比两种构型设计方案.针对空间环境变化带来推力器性能不足的问题,分析了基于蓄电池调节和储气调节这两种方式的优缺点及各自适用范围.就吸气式电推进长期维轨需要的关键技术及涉及的科学问题进行了讨论,并给出了未来研究方向以供参考.

球形破片长距离飞行时速度衰减规律研究

通过二级轻气炮发射方式、激光无阻测量方法测量了不同材料、不同直径的球形破片在不同初速条件下长距离 (最大距离达 1 2 0m)飞行时的速度衰减规律。试验结果表明 :在同一初速条件下 ,球形破片长距离飞行时的衰减系数为常数 ;破片飞行空气阻力系数与破片初速有关 ,在战斗部设计关心的范围内 (1 .2～ 2 .2km/s) ,阻力系数与初速成线性关系。

高速列车减小空气阻力措施的风洞试验研究

本文采用高速列车模型开展减小空气阻力措施的风洞试验研究,对采用不同减小空气阻力措施的高速列车模型的空气阻力特性进行对比分析,得到不同减小空气阻力措施的减阻效果。研究结果表明:在侧偏角为0°状态(列车直行和无侧风状态)下,在车顶采用优化空调导流罩3减阻效果最好,全车减阻效果可达4.59%;车身侧面裙板包住转向架外露的部分越多越有利于减小空气阻力;全封闭外风挡与半封闭外风挡的减阻效果相当;在车底部转向架周围空腔安装底部导流板2的减阻效果最好,全车减阻效果可达3.7%。通过对高速列车减小空气阻力措施的风洞试验研究,为高速列车减小空气阻力和外形优化提供了参考依据。

动力刚化问题的实验研究

针对当前柔性多体系统动力学的热点问题——动力刚化现象进行了相关的实验研究,以大量文献中研究过的旋转悬臂梁为实验对象,验证了理论分析中的一些结论:在某些高速旋转情况下,传统零次近似模型在计算梁的横向振动响应时会产生错误的结论,而柔性梁实际的横向振动是稳定的,其振动频率随着转速的增加而升高,即所谓的动力刚化现象.进一步的定量分析表明,实验得到横向振动响应与一次近似耦合模型所预测的结果基本一致,说明了该模型的正确性和有效性.

球形钨合金破片空气阻力系数实验研究

实验研究了理想球形钨合金破片和经历爆轰驱动的球形钨合金破片长距离飞行时的速度衰减规律。实验结果表明:(1)对于理想球形钨合金破片,在同一初始速度条件下,衰减系数为常数,空气阻力系数与初始速度有关,两者成线性关系;(2)对于经历爆轰驱动的球形钨合金破片,由于有轻微的质量损失和变形,速度衰减规律与理想球形钨合金破片有明显的区别,空气阻力系数与飞行速度有关,两者成线性关系。

大气阻力引起卫星轨道衰减的数值模拟

本文以德国低轨道卫星CHAMP为例,联合考虑地球扁率和大气阻力摄动的影响,对相应摄动方程进行数值积分,计算轨道根数变化,并进而计算得到卫星空间位置,由此模拟考察大气阻力引起的轨道高度衰减.模拟中使用综合考虑了太阳辐射和磁暴等多种因素影响的最新国际大气标准JB2008模式来计算热层大气密度.选取CHAMP卫星轨道高度自然衰减(无点火提升卫星高度操作)的2005全年进行模拟;为了考察不同年份阻力系数的可能变化,对2002年1—3月处在较大高度的轨道也进行了模拟.考虑到CHAMP卫星的特殊几何构形及飞行高度的热层温度条件,取阻力系数大于2.8,并在一定范围内变化,以求得模拟与实际轨道衰减符合较好.结果表明,对于2005年,阻力系数为2.91时模拟得到的轨道高度的衰减与实际轨道衰减符合得最好,模拟与实际轨道半长轴全年的标准偏差为81m;在卫星高度稍高的2002年,模拟的最佳阻力系数为3.0;模拟所得最佳阻力系数值比传统使用的值2.2大30%以上.由于在模拟中忽略了高阶保守力分量,所得近/远地点高度没有出现实际轨道所显示的周期性起伏.

高速列车模型风洞试验数据的影响因素分析

研究列车风洞试验模拟方式和试验条件等因素对试验数据尤其是气动阻力数据的影响规律。研究结果表明:与有路基相比,在无路基状态下,头车、中间车、尾车和全车气动阻力都明显增大;路基前端伸出车头的长度不少于3倍车身宽度,路基前端斜坡坡度不大于35°,则路基前端长度和坡度的变化对气动阻力数据的影响较小;与单腿支座相比,双腿或多腿支座下模型各节车厢的气动力重复性精度更加优良;一般可以不考虑阻塞影响修正,而应根据模型区域的轴向静压梯度作相应的修正;固定地板表面附面层厚度偏大,将导致气动阻力试验结果偏小。

爆轰驱动对钨珠终点弹道性能的影响

通过实验比较了理想球形钨珠和经历爆轰驱动的钨珠(初始为球形)主要终点弹道性能的差异,结果表明:(1)钨珠经爆轰驱动后,发生轻微的质量损失和变形现象,直径6.0 mm和7.5 mm钨珠的质量损失平均为8.4%;(2)对于理想球形钨珠,在同一初始速度条件下,衰减系数为常数,空气阻力系数仅与初始速度有关,两者成线性关系,而对于经历爆轰驱动的钨珠,衰减系数不再为常数,空气阻力系数与飞行速度有关,两者成线性关系;(3)爆轰驱动明显降低了钨珠的穿甲能力,但长距离飞行后,钨珠仍具有较强的穿甲能力,是破片式战斗部或杀爆战斗部较理想的选择。

汽车空气阻力系数的二次滑行测量法

在分析与论述国内外测量汽车空气阻力系数常用试验方法的基础上 ,采用二次滑行试验方法测量汽车空气阻力系数 ,并对实车进行了相应的滑行试验 .通过对试验结果的分析与比较 ,证明了二次滑行法可有效地提高空气阻力系数测量的精度 ,误差范围控制在 5 %左右 ;同时简化了试验条件 ,缩短了试验路段长度 ,提高了试验可靠度 .

气层减阻技术关键因素影响研究

气层减阻技术可显著降低船舶阻力、减少燃料消耗和提高船舶航速,是极具潜力的新型船舶节能减排技术。在大型低速船上应用这项技术时,由于航速低的原因,气层难以在船舶底部生成并稳定保持。针对气层减阻技术在低速船上的应用难点,以平板为研究对象,进行气层生成和稳定保持的试验研究,探讨低速状态下气层能稳定保持的关键因素。对喷气方式、喷口形式、气流量等因素展开了系列研究,获得了低速状态下具有较高减阻节能效果的喷气模式(喷气方式+喷口形式)和关键设计参数。以此为设计依据,对船模、百吨级原理样船以及沿海实船等为多种尺度的研究对象进行气层减阻方案设计,获得了较好的减阻节能效果,船模减阻率达47%,百吨级原理样船净节能11%,沿海实船净节能7%以上,验证了寻获的气层减阻关键因素的合理性和有效性,为气层减阻技术在低速船上应用提供技术支撑。

迫弹一维弹道修正引信阻力器结构的空气阻力特性研究

为了研究不同阻力器结构的增阻特性,设计了多种结构10个方案的某型迫弹一维弹道修正引信阻力器,测量了配用这些一维弹道修正引信阻力器的某型迫弹在零攻角、低风速下的空气阻力,计算了一维弹道修正迫弹的空气阻力系数及其相对于制式迫弹的增阻倍数,探讨了不同阻力器结构的增阻特性.当引信结构允许设计较大的增阻面积时,选用简单的平面阻力器结构较为合理.