集装箱船上层建筑气动干扰特性与风阻优化

为优化具有多个尺寸巨大的上层建筑物集装箱船的风阻,本文以某20000TEU超大型集装箱船上层建筑为研究对象,开展风载荷和PIV流场测量风洞模型试验。根据得到的风阻与流场干扰特性,采用数值模拟对主体建筑纵向间距和局部构型进行优化布置,并通过风洞试验对优化结果进行验证。研究结果表明:主体建筑纵向间距是影响集装箱船风阻和甲板上方绕流场气动干扰的主要因素,合理调整上层建筑物纵向间距同时对建筑物棱角边缘倒圆角处理可以得到风阻性能更优的布置方案,经风洞试验验证,优化方案较初始方案风阻降低47.19%,具有较大优化空间,可为超大型集装箱船总布置设计提供参考。

250 km/h动车组气动载荷及动态气密特征的实车试验

为了对长期运行的现役列车车体疲劳及静强度提供载荷边界输入条件,并加强对车体气动载荷特性和车内压力舒适性的长期运用评估,采用实车试验的方法得到CRH5A型动车组线路气动载荷和频率特征及不同隧道运行工况下车内外压力波动和车内压力舒适性特征,结合实测数据和所提出的动态气密指数分析方法,计算整车动态气密指数。研究结果表明:在京沈客专沈阳—朝阳试验段,车体绝对气动压差变化范围为−2.53~0.71 kPa;车体外两侧压力无明显主频;间隔1 s和3 s的车内压力变化量最大值分别为294 Pa和383 Pa,尾车的车内压力波动最剧烈。列车通过黑山隧道、下窝堡隧道、扣莫明洞隧道、三棱山隧道4个典型长度隧道的整车动态气密性指数计算结果分别为10.46、12.13、11.06和14.40 s,对于同一列车而言,列车的动态气密指数未因所通过隧道长度的不同而有较明显的离散特征。

京港高铁万安隧道音爆现象分析及缓解措施研究

列车运营速度不断提高容易引发高速铁路长大隧道音爆现象,对洞口声环境及行车秩序造成负面影响,而音爆发生机制及相关空气动力学指标特性尚不明确。基于京港高铁万安隧道实车试验,从音爆产生机制和原因、音爆声波频域特性、压力梯度与微气压波规律展开分析,并结合三维精细化数值仿真增补实车测试工况,针对测试隧道探究不同缓解措施的气动缓解效果。结果表明:1)压缩波在无砟轨道隧道内传播过程中,在非线性效应作用下发生激化,由此诱发了音爆的发生。2)音爆发生时,隧道洞外和洞内的音爆噪声中0~20 Hz的低频段占主要部分。3)列车时速低于300 km时,压缩波在隧道内激化较弱,隧道洞口未出现音爆噪声;当列车时速达到300 km时,压缩波在隧道内激化显著,洞口微气压波幅值较时速250 km时增长近5.5倍,洞口能够监测到明显的音爆噪声。4)对于测试隧道,3种缓冲结构型式缓解措施对于微气压波的缓解效果排序为进、出口同时增设动力学开孔<出口增设动力学开孔<开启3处斜井。

W型火焰锅炉炉内气流组织优化及模拟研究

利用计算流体力学(CFD)软件,建立W型火焰锅炉数值模型,研究冷态试验前后,炉内气流组织变化以及飞灰冲蚀和炉膛壁面磨损情况。研究结果表明:经冷态试验优化气流组织,可以得到良好的W形态;调平后炉膛内部流场优化,炉膛内部整体磨损情况改善,磨损速率由调平前的4×10^(-6)kg/(m^(2)·s)降低到1.5×10^(-6)kg/(m^(2)·s);合理的气流组织对炉膛壁面的磨损影响较大,调平前波动幅度最大达到25×10^(-7)kg/(m^(2)·s),调平后波动幅度则在5×10^(-7)kg/(m^(2)·s),合理配风是保证炉膛壁面磨损减弱的重要因素。

自由射流可调喷管技术对比研究与试验验证

为了适应自由射流高空模拟试验中马赫数连续可调对喷管设计的要求,针对等长高比情况下,单支点喷管流场品质与动态调节性能难以保证的特点,同时研究了单支点半柔性喷管和型面旋转喷管技术。首先,基于相同气动原理与设计方法,分别对单支点半柔性喷管的刚柔耦合型面技术和型面旋转喷管的设计点评价方法进行了研究;其次,通过数值计算,分别对这两类喷管的关键技术进行了验证分析,并在此基础上研制了用于技术验证的小尺寸模型喷管;最后,开展了该模型喷管的风洞验证试验研究。结果表明:这两种喷管技术均实现了良好的气动型面响应和动态调节性能,其流场品质优于规范指标要求,但单支点半柔性喷管的整体性能更优,为自由射流高空试验舱研究提供基础。

电驱可控震源永磁同步电机气动噪声特性分析

为分析电驱可控震源永磁同步电机在不同运行工况下的气动噪声特性,采用了定常SST_(к-ω)湍流模型,建立了永磁同步电机仿真模型,开展了永磁同步电动机的气动噪声流场分析,锁定了永磁同步电机离心风扇与导风罩部位为电机最主要的气动噪声源区域。基于声类比法(FW-H)耦合非定常流场计算了永磁同步电机气动噪声声场特性,开展了永磁同步电机声场试验,结果表明:离心风扇表面声功率级峰值达到166 dB,为永磁同步电动机的主要噪声源;离心风扇远场气动噪声具有明显的指向性并沿着轴向方向进行传播,噪声的主要能量集中在频率225~2500 Hz;试验与仿真结果在不同测点处声压级基本一致,验证了仿真模型与结果的准确性。

高速铁路隧道气动效应现场测试分析

通过现场测试高速铁路列车引起的隧道气动效应,分析列车速度、列车编组、隧道长度等因素对气动荷载、振动加速度和微气压波的影响。结果表明:列车通过隧道时,隧道壁面及附属设施表面气动荷载峰值与列车速度近似呈2次方关系;8编组列车通过较短隧道时气动荷载峰值大于通过较长隧道时,16编组列车则相反;控制箱左右两侧气动荷载峰值相差较小,顶底部气动荷载峰值相差明显;在隧道防护门中部气动荷载峰值大于上部和下部,上部和下部气动荷载峰值接近;隧道壁面无显著振动,隧道附属设施表面振动明显;在距隧道入口200 m处压力梯度峰值与列车速度呈3次方关系,列车运行速度超过一定值后,出口附近压力梯度峰值高于入口附近;隧道出口20 m处微气压波峰值与列车速度近似呈6次方关系。

轴流压气机试验台及流场测量技术综述

流动特性实验是研究轴流压气机气动性能的重要手段,而轴流压气机气动性能测试台是进行压气机试验研究的工具。文章结合国内外轴流压气机试验台的现状,总结了轴流压气机的进气系统、排气系统、驱动系统以及常用流场测量技术,分析了在设计轴流压气机试验台和实验布置时需要考虑的因素,并对轴流压气机试验台的发展趋势进行了展望。

压气机级间方向场测试技术研究与应用

提出一种用于航空发动机压气机级间方向场测试的叶型方向探针测试方案,叶型方向探针直接将方向测头集成在叶片前缘。描述了叶型方向探针气动特性仿真计算、强度仿真计算及相关的结构可靠性验证过程;并且针对该叶型方向探针,设计了专用校准方案,在标准风洞上进行了气动特性校准试验,成功获取了校准曲线。该叶型方向探针具有结构简单、安全可靠、对级间流场扰动小等优点,在发动机压气机部件试验中获得了成功应用,满足试验需求。

风力机风轮气动性能三维流场数值模拟

数值试验方法可为选择最佳形状风轮翼型和风轮尺寸,使风力机具有优异的空气动力特性提供试验依据。完善并依据计算流体动力学理论和相似理论,以风力机风轮作为研究对象,研究数值试验技术。建立考虑地形和风剪切效应影响的风电场风速湍流数学模型,利用相似理论构建风电场三维数值试验,并通过计算流体动力学软件Fluent实现,用户自定义函数(user-defined function,UDF)技术定义风力机动态风速及数值试验边界条件。研究风力机风轮的气动性能,模拟风轮在空气动力作用下的风轮表面压力、风轮转速、力矩时程等气动力作用参数。研究结果表明:利用数值试验和现场实测2种方法得到的风轮气动动态特性随时间的变化趋势具有相似性。

某特长水下隧道气动效应试验研究

采用CRH2-061C动车组,以180～320km.h-1速度往返运行,对某特长水下隧道下行线进行气动效应试验研究。研究结果表明:隧道内瞬变压力、列车风、气动载荷和隧道洞口微气压波值均随着车速的增加而增加,车厢内舒适度随着车速的增加而减少;隧道南口的微气压波值、首波压力梯度均小于北口,这主要是由于南、北口的缓冲结构型式存在差异;隧道内附属设施受到的气动荷载、车内气压3s变化值均在相关标准的要求值之内;车速大于250km.h-1时,乘员有耳鸣和不舒适感。根据研究结果提出如下建议:CRH2-061C动车组通过该隧道的合理速度为260km.h-1;开启隧道内联络通道或布置吸能材料以衰减压力波的传播能量;研究制订复合型舒适度控制标准。

W型火焰锅炉冷态模化的实验研究

为了给W型火焰锅炉的运行、设计提供科学依据 ,对从法国Stein公司引进的 360MW的W型火焰锅炉 (配备直流缝隙式燃烧器 )进行了冷态模型的空气动力特性研究 .利用热线风速仪测量了炉内的流场速度 ,得出了不同工况下炉内W型气流的流场图以及最佳工况下的风量配置范围 ,对不同工况下流场的气流速度分布规律、气流的充满度、气流行程、炉膛出口处的气流速度偏差等进行了分析 ,研究了炉内空气动力场的特性和变化规律 .研究结果表明 ,形成良好炉内流场的各次风动量流率比的最佳范围为M1∶M2 ∶M3∶M4∶M5 =1∶1 9∶0 .2∶1 .4∶3.6～ 1∶38∶0 .2∶1 .4∶3.6;验证了此种W型火焰锅炉具有不易发生火焰短路以及炉膛出口的气流速度偏差小的特点 ;指出了锅炉存在的结构缺陷 .

横向紊流风作用下桁架梁上列车气动特性的试验研究

在风洞试验室建立2种大气紊流场,并以某钢桁梁和1列高速列车为例建立1∶29.7的车桥节段模型,进行横向紊流风作用下桁架梁上列车气动特性的试验。采用同步测压法得到静止列车上的气动力分布,研究列车在不同位置、不同风攻角以及不同紊流场下的侧向力系数和气动导纳函数。结果表明:两车交汇时位于迎风侧列车的侧向力系数最大,列车单车位于背风侧时的侧向力系数相对最小,在-3°风攻角时的列车侧向力系数比+3°风攻角时大,紊流场对列车的侧向力系数有一定的影响,高紊流场中的列车侧向力系数相对更大;列车位于迎风侧(单车迎风侧和双车迎风侧)时,其侧向力气动导纳相对较小,而升力气动导纳相对较大;当折减频率小于0.1时,列车侧向力气动导纳在+3°风攻角时最大,升力气动导纳在-3°风攻角时最大;紊流积分尺度越大,列车气动导纳相对越大。在对试验影响因素总结的基础上,提出列车侧向力和升力的气动导纳函数拟合公式。

四角切圆锅炉冷态空气动力场湍流模型研究

对自建的冷态四角切圆锅炉模型的空气动力场进行了数值模拟研究,分别采用Standard k-ε、RNGk-ε、Realizable k-ε和雷诺应力(RSM)4种湍流模型计算上一次风、下一次风和三次风的速度分布,并与高精度的PIV试验测量结果进行对比。结果表明,Realizable k-ε模型不仅可以准确分析湍流特性,而且机时消耗较RSM模型大幅减少,其对四角切圆锅炉湍流场的数值模拟研究更具优越性。

电弧加热流场品质优化初步研究

电弧加热器可以提供马赫数10以上连续式风洞运行总温、总压的参数要求,将其用于气动力试验风洞加热器,需要对其流场品质进行优化。通过改进电弧加热器的结构和配置冷气混合室及稳定段,改善了喷管出口参数在空间分布的均匀性和时间上的稳定性,并减缓了流场气流的旋转和脉动,提高了试验参数的重复性。经初步流场测试及天平测力可行性研究表明:流场核心区的总温及皮托压力偏差小于平均值的2%,试验测力数据与常规高超声速风洞接近。

螺旋线参数对斜拉索气动性能影响的试验研究

给斜拉索缠绕螺旋线抑制风雨振的方式,改变了拉索的表面形态,必然会影响拉索的气动性能。在前人对风雨振机理研究的基础上,设计制作三维拉索节段模型,在长安大学风洞中利用皮托管、电子压力扫描阀、数据转换采集系统及自编程序进行了二维流场下螺旋线参数对斜拉索气动性能的影响研究。结果表明:在拉索节段模型自由端2cm处放置端板可以很好的模拟二维流场;斜拉索表面的平均风压分布形态不随螺旋线参数的变化而变化,风压停驻点、上下气流分离点位置不受螺旋线参数的影响,螺旋线附近测点的风压有不规则突变;风阻系数随螺高减小、螺距增大而减小。

燃烧器角度对W型火焰锅炉空气动力场的影响研究

对配备直流缝隙式燃烧器的法国 Stein公司 3 60 MW机组的 W型火焰锅炉进行了冷态模型的空气动力特性研究。利用热线风速仪测量改变燃烧器角度前后炉内的流场速度 ,得出了不同工况下炉内 W型气流的流场图 ,并对不同工况下的流场气流速度分布规律、炉内气流的充满度、气流行程、炉膛出口处的气流速度偏差等进行了分析 ,研究了炉内空气动力场的特性和变化规律。图 8表 1参

高超声速风洞流场非均匀性对气动力试验影响研究

高超声速风洞流场非均匀性是气动力试验误差的主要来源,但其具体影响程度还不能量化。以升力体飞行器模型和通气模型为研究对象,分别在CARDCΦ1m和Φ2m高超声速风洞中开展了“多位置试验”研究,得到了高超声速风洞流场非均匀性和常规气动力试验数据的影响关系,并对风洞试验数据重复性、初始不确定度、两座风洞试验差异等数据进行了对比分析。试验结果表明:高超声速风洞流场的非均匀性对飞行器气动力(特别是力矩特性)试验结果有显著影响,这种影响量已远超过常规的风洞重复性试验误差,甚至大于在AIAA-S071A-1999标准上建立的不确定度评估方法所获取的“不确定度”;选取流场马赫数偏差较小区域开展风洞试验可有效减小由流场非均匀性引起的气动力试验结果偏差。

风洞短试验段中基于被动技术的大气边界层模拟

针对西南交通大学XNJD-1风洞第一试验段的特点,采用被动模拟装置,通过多次流场校测、反复试凑,成功地在风洞中模拟了C类地表情况下的高湍流度大气边界层,实测平均风速剖面、湍流度剖面及风谱特性等与目标值较为吻合。此外,还对比讨论了平均风速和离地高度等因素对风场特性影响,并计算了湍流积分尺度。研究表明边界层调试过程中应重点考查气流在对应结构卓越频段范围内的脉动情况,而仅将湍流度作为参考指标。

0.6m连续式跨声速风洞槽壁试验段数值模拟

为验证0.6m×0.6m连续式跨声速风洞开槽试验段设计方案和流场指标实现程度,通过数值模拟对试验段高亚声速和低超声速流场特性进行了研究,将全槽与半槽方案进行了对比。计算表明:当前气动设计方案较为合理,试验段均匀区长度、流场偏角能够达到设计要求。在高亚声速条件下,半槽方案更优;通过抽气可以建立低超声速流场,抽气量过大时会降低试验段马赫数均匀区长度,使用全槽方案时试验段对驻室的扰动更小。对再入调节片附近的流场分析表明,开槽附近的流动具有明显的非定常特征。