双涡控径向分级燃烧室流场特性

针对新设计的一种双涡控径向分级燃烧室流场特性,采用粒子图像测速仪试验的方式,获得不同压降(1.5%~5.5%)下该型燃烧室不同展向截面和流向截面上流场结构、流线、流速分布和回流区特性。试验结果表明,燃烧室在凹腔内形成了耦合展向涡与流向涡的三维涡系;主燃级旋流器后外旋螺旋流场与中心回流区共同构成三维涡球结构;凹腔与主燃级流场在主燃孔进气作用下相互耦合。随着压降变化,燃烧室冷态流场存在2种流态,压降小于3.5%时,旋流器旋转气流明显强于凹腔气流,凹腔气流被压至外壁流出,与主流掺混较为困难,在火焰筒下游与主流相互作用;压降大于3.5%时,旋流器旋转气流减弱,凹腔气流一同与旋转气流流出并相互作用,凹腔气流往主流掺混相对较为容易。

大跨度公铁两用双层钢桁桥涡激振动控制研究

桥梁的涡激振动主要受到主梁断面的气动外形、结构动力特性与来流特性的影响,而大跨桥梁是典型的风致敏感结构,所以在大跨度桥梁的设计中应当引起重视。以某大跨度公铁两用双层板桁组合桁架桥为背景,在XNJD-1回流串联风洞中进行了风洞试验,研究了该主梁的涡激振动现象。通过计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)数值模拟分析了其主梁断面的涡激振动机理,并且将展向周期摄动法应用于钢桁梁的涡激振动控制,采取了一系列气动控制措施来抑制主梁的涡激振动,其中L型分流板与波浪形风嘴完全抑制了主梁的涡激振动。还通过风洞试验研究了波浪形风嘴的几何参数对抑振效果的影响,试验结果表明,波浪形风嘴的抑振效果对幅值变化比较敏感,增大幅值可以有效抑制主梁的涡激振动。

双转子风力机气动建模与控制仿真研究

为研究双转子风力机的气动特性和风能利用率,基于NREL 5 MW和WindPACT 1.5 MW风力机转子,搭建了双转子风力机模型,并进行了功率优化控制仿真。首先,建立了双转子风力机的气动、塔影效应、传动链与发电机模型,在Matlab/Simulink中搭建了双转子风力机模型。其次,基于自由涡尾迹法(Free Vortex Wake, FVW)对双转子风力机流场进行了不同风况下的仿真计算。最后,基于模糊控制设计了双转子风力机功率控制策略,并与PID控制策略进行了比较。结果表明:与CFD相比,FVW计算的流场风速相对误差绝对值小于10%,能够快速动态计算双转子风力机的流场分布;对比不同风况,双转子风力机的风能利用率可提高约24%;模糊控制策略在双转子风力机功率动态响应和抑制功率波动方面改善明显。

基于双极化编码超表面生成的双模式轨道角动量

本文提出了一个超薄的4-bit双极化编码超表面,通过正交线极化波的独立操控来实现双模式涡旋波束的生成.提出的超表面从顶至下依次由“H”形的金属贴片、介质基板层和金属接地层组成.为了证明所提出的概念,设计并制造了一个编码超表面.制造的编码超表面,在正交线极化波的入射下被设计为携带不同拓扑荷的涡旋波束,工作中心频率为24.0 GHz.实验测试结果表明,理论设计与仿真结果吻合,从而证实了所提出的4-bit双极化编码超表面具有生成双模式涡旋波束的能力.这种超薄双模式涡旋生成器有着广泛的应用前景,特别是在图像和微波领域的无线通信系统中.

风控热晕对双模涡旋光束大气传输的轨道角动量和相位奇异性的影响

本文研究了不同风向和风速下大气非线性热晕效应对双模涡旋光束轨道角动量(orbital angular momentum,OAM)和相位奇异性的影响.由于不同模式叠加的双模涡旋光束具有不同的对称性,热晕效应对其的影响不仅与风速有关,还与风向密切相关.研究发现:在一定风向角度下,风速越小,热晕效应越强,OAM值越大,即热晕效应促进了双模涡旋光束的OAM增大.因此,在一定风向以及风速下双模涡旋光束可以获得大于自由空间的OAM,并且大于单模涡旋光束的OAM.模式越高的光束需要更小的风速才能使得OAM值大于自由空间中的OAM值.此外,构成双模涡旋光束的两束子光束的拓扑荷数相差越大,不同风向下其OAM值越稳定.另一方面,还研究了风控热晕效应对线刃型位错奇点演化的影响,研究表明:线刃型位错线和风向垂直时,位错线消失;线刃型位错线和风向平行时,位错线始终存在;线刃型位错线和风向为钝角或锐角时,位错线演化为光学涡旋对.上述研究结果对激光大气传输和光通信领域具有理论指导意义.

一次东北冷涡天气过程双偏振雷达降水粒子相态识别

利用辽宁省S波段双偏振天气雷达资料,对2019年6月7—9日辽宁地区一次东北冷涡强对流天气过程及双偏振雷达的偏振参量在降水粒子相态识别中的作用进行分析,并对模糊逻辑算法中的判别规则进行改进和分析。结果表明:双偏振雷达的偏振参量可以对水凝物的种类、空间分布、物理形态进行大致判断,但水凝物相态识别结果仍需细化。采用非均匀权重相加的判别规则能够有效地对两次天气过程中的降水粒子相态进行识别。不同的判别规则得到的水凝物分类结果在弱回波区虽存在一定差异,但在大部分观测区域的分类结果基本一致,符合天气演变规律,能够为气象预报预警提供鉴别参考。具有广泛时间、空间适配性的模糊逻辑算法,仍需大量实测案例数据的验证与仿真。

基于涡方法的串列式双风轮风力机功率特性分析

基于势流理论建立一种串列式双风轮风力机非定常气动模型。模型中,升力面法用于计算叶片环量,使用自由尾迹模型实现尾迹畸变计算,通过诱导速度耦合前后风轮的叶片气动载荷与尾迹。以串联NREL 5 MW风力机为模型,2个风轮以相同转速相对旋转,考察对转双风轮功率在不同转速下的时均与动态特性。计算结果显示:双风轮最优总功率系数较单风轮提升34%,高转速运行时性能下降。对转双风轮功率周期波动,前后风轮相互势流干涉,前风轮尾迹干扰对应后风轮功率波谷。

基于GPM卫星探测的夏季高原涡降水结构特征

利用GPM卫星的双频反演产品DPR_MS和ERA5再分析数据,对2016~2020年夏季青藏高原上空能被GPM卫星探测到的32例高原涡降水特征进行研究。结果表明:(1)高原涡在高原上降水强度偏小,绝大部分低于2 mm/h,雨顶高度主要在6~9 km。降水类型以深厚弱对流为主(占59.64%),其次是浅薄降水(占40.35%),深厚强对流极少。(2)高原西部降水涡绝大多数为深厚弱对流、平均雨顶高度明显高于东部涡,但东、西部涡的平均降水强度没有明显差异。浅薄降水频次呈“东高西低、北高南低”的空间分布特征,深厚弱对流降水则相反。(3)深厚弱对流降水受高原涡强上升运动影响显著,在6.5~7.5 km高度有大量有效半径为1.1 mm的雨滴粒子堆积,近地面较强降水(7 mm/h)的雨滴破碎过程明显。浅薄降水的反射率因子在各个高度持续增大,其地面降水主要由雨滴粒子碰并形成,地表雨强受雨滴浓度影响明显。

一种W频段宽带多模卡塞格伦天线设计

介绍了一种W频段宽带多模涡旋电磁波卡塞格伦天线设计.采用双极化开口方波导单元构建圆形波导阵列,结合多模馈电波导网络,实现了波束的涡旋模态(l=0,±1,+2)与极化(X极化,Y极化)独立复用;并以此作为卡塞格伦反射面天线馈源,实现了多模式、宽频带、高增益多波束的兼顾设计.仿真结果表明,该卡塞格伦天线能够提供8个模式波束,-10 dB阻抗带宽超过24.4%,覆盖频率范围72~92 GHz,各模式波束增益均超过46.1 dBi.该设计可用于百米量级距离的涡旋电磁波对传,为高速复用传输系统终端设计提供了一种新的解决思路.

一种基于S波段缝隙贴片的双频涡旋波天线

随着5G等新一代通信技术的迅速发展,对信道容量和频谱利用效率的需求越来越高。以双频天线为阵元进行组阵,将同时在两个谐振频率处产生OAM波束,大大提高了频谱的利用率。本文提出一种基于S波段缝隙贴片的双频涡旋波天线。其由八个阵元以60mm为半径均匀排列,阵元为切角U型槽天线,采用同轴馈电。通过调节该双频涡旋波天线各阵元的馈电相位,实现了在2.7 GHz和3.7 GHz处同时产生七种不同模态的OAM波束。仿真结果显示:其在低频处|S11|<-10dB的回波损耗带宽为0.24 GHz(2.57~2.81 GHz),高频处为0.25 GHz(3.57~3.82 GHz)。双频带内隔离度均大于23dB。本天线可以进一步提高雷达系统的分辨率。

导流片结构参数对先进旋涡燃烧室性能影响研究

为了研究带导流片的先进旋涡燃烧室燃烧及流动性能,对导流片不同结构参数下燃烧室的流场分布、温度分布、总压损失、燃烧效率及污染物排放进行了数值模拟。结果表明,带导流片的先进旋涡燃烧室性能表现出明显的优越性,能够在不依赖凹腔射流的情况下形成理想的双旋涡结构,有利于增强凹腔稳焰及燃气掺混,大幅度提高燃烧效率,改善出口温度分布,降低NO排放。导流片结构参数对燃烧室性能影响呈现出一定的规律。当导流片伸入凹腔的长度与前钝体高度之比（a/B）为0.2,导流片到前钝体上端面的距离与燃烧室进气通道高度之比（b/H）为0.4,导流片到前钝体后端面的距离与凹腔长度之比（c/L）为0.1-0.2时,燃烧室在贫燃条件下可以实现低压降、低污染的稳定燃烧,而且出口温度分布均匀。

双钝体涡街流量计流体振动特性的试验研究

研究了双钝体旋涡脱离的流体动力学特性以及利用双钝体增强流体振动的最佳组合结构。给出了多种钝体组合结构的斯特劳哈尔数的试验结果,表明双钝体结构具有常定的斯特劳哈尔数。用50mm口径涡街流量计进行的试验证明,双钝体组合在一定的条件下能获得理想的旋涡重叠,从而增强流体的振动。在钝体的轴对称点上,还观察到强度和频率相同,相位相差180°的流体振动点,利用优化的双钝体结构和差动传感技术,研制出小流量灵敏度和抗干扰性能很好的新型旋涡流量计。

中等后掠角三角翼前缘双涡结构的形成机理数值研究

采用数值计算的方法,对前缘后掠角为50°的三角翼布局在不同迎角下的绕流结构及其演化进行了研究。在不同迎角下,计算的压力分布与实验结果吻合较好。对数值计算的流场结构分析发现:对于中等后掠角三角翼,在一定的雷诺数和迎角下,在机翼翼面上会出现前缘双涡结构。其形成取决于三角翼前缘附近三维分离产生的自由剪切层强度和涡轴方向的速度分量之间的大小关系。一般而言,当涡轴的速度大到足以将剪切层涡量带走时,在机翼前缘常常会表现为单涡结构;反之将导致剪切层分叉,由此形成双涡结构。

叶片数量和一次风率对双调风旋流燃烧器流场的影响

在冷态实验台和两台1025t/h锅炉上,利用等温模化方法对双调风旋流燃烧器的空气动力特性进行了冷态试验。试验表明:具有12个内二次风叶片的双调风旋流燃烧器回流区最大直径、长度与燃烧器最外层直径之比分别在1.38、1.48以上,扩展角大于80°,可卷吸足够的高温烟气及时引燃煤粉;在具有8个内二次风叶片时,没有回流区,扩展角在61.9°和69.5°之间,不利于稳定燃烧。采用较低的一次风率具有较大的回流区,有利于稳定燃烧。

双同向旋流场中液液变质量流动压降特性研究

轴流式井下旋流油水分离器是一种可用于油井中进行油水分离的新型分离器,在室内对影响其压降的因素(入口流量、分流比、含油率等)进行了试验研究。结果表明,与压降相关的无量纲参数Eu主要与Re_m、F和导流片结构有关。当导流片结构一定时,Re_m为主控参数。采用无量纲参数分析法还得到了压降的计算关系式,该关系式综合考虑操作参数、物性参数等对压降的影响,适用范围更广,为轴流式井下旋流油水分离器在井下应用时的压降预测提供了指导。

双油路离心喷嘴喷雾锥角特性试验

为研究双油路离心喷嘴特性参数对喷雾锥角的影响,对不同特性参数喷嘴的喷雾锥角进行理论分析和试验研究。结果表明:主、副油路单独供油,喷嘴中心形成了负压空气兰金涡,在较小雷诺数下产生“油泡”形状雾锥;随着雷诺数的增加,由于空气兰金涡、康达效应和边界层的综合影响,雷诺数对单独供油的主油路和副油路喷雾锥角特性影响不同。主、副油路同时供油,雷诺数相同,主、副油路旋向一致的喷雾锥角大于旋向相反的喷雾锥角;采用动量守恒的方法对喷雾锥角进行预测,通过试验数据确定修正系数,在某些情况下可供具体工程设计参考。

一种新型强稳燃低温低氮双涡预热解燃烧器开发及应用展望

新能源发电的大幅增长对燃煤电厂深度调峰提出了更高要求,针对目前燃煤电厂20%以下低负荷难稳燃的现状,开发了一种新型强稳燃低温低氮双涡预热解燃烧器,煤粉先进行高温预热解再与卷吸的高温烟气混合着火,达到强稳燃目的。搭建了25 t/h试验台,试验结果表明:配置单台燃烧器整体炉膛火焰温度均匀,低于1000℃,呈现低温低氮环境,且在燃烧器设计功率30%~35%以下火焰十分稳定;中试试验台锅炉效率达到92.75%,NO_(x)排放质量浓度为218 mg/m^(3)(φ(O_(2))=6%),采用炉内喷尿素溶液可实现NO_(x)排放质量浓度小于80 mg/m^(3)。基于此,针对大型燃煤锅炉,无论旋流燃烧系统或直流燃烧系统,通过在中层或上层前后墙改造安装新型燃烧器后,均可实现10%~20%低负荷稳燃,且无需改造制粉系统,具有良好的推广应用前景。

对偶超导模型n=90—110的近似解析解

研究了对偶超导模型的大n涡旋。基于变分原理得出了Abelian-Higgs模型在n=90—110的近似涡旋解析解,并计算了涡旋张力对n的依赖性。发现,每根涡旋的张力大致随n线性增长。期望该解对理解Abelian-Higgs模型中的大量子数涡旋的墙行为具有一定价值。

新型组合卸料器数值研究

目的与方法:提出一套新型组合卸料器——套管卸料器与高效分离器的组合;利用CFD技术对其三维两相流场进行模拟研究;结果:套管卸料器内的"短路流"几乎全部进入外排气管,改善了分离效果;套管的侧面排气方式有效利用排出气流的旋转动能,降低了不必要的损失;整套组合卸料器使实际的分离操作一步到位,具有重要的工程实用价值。

自稳火双旋流杯在非受限空间内的燃烧特性

采用试验方法研究了一种适用于切向驻涡燃烧室的自稳火双旋流杯在非受限空间内的燃烧特性.自稳火双旋流杯的方案特点是采用两级径向旋流器,燃油从中心离心喷嘴喷出,根据旋流器旋流强度和气量分配形成不同布局形式.在常温常压条件下,以RP-3航空煤油为燃料,测量了三种结构的自稳火双旋流杯火焰特性以及贫油熄火油气比,结果表明:随着内旋流器气量减少和旋流数增加,火焰稳定性将有所增强,但火焰长度及总体形状没有变化.