基于改进体积力法的导管螺旋桨水动力性能数值研究

[目的]旨在解决传统Goldstein体积力法在导管螺旋桨水动力仿真中的适用局限性问题。[方法]首先,基于机翼理论,分析导管水动力模拟失真的原因,并以质量流量和体积力分布模型为切入点,提出修正思想和方法;然后,采用RANS方法探究经质量流量修正后的2种体积力分布模型的模拟精度。[结果]结果显示,2种改进体积力法在敞水工况下其总推力系数的平均相对误差均为5%左右;在艇后工况下,前进合力的平均相对误差分别为1.8%和11.6%。[结论]研究表明,基于改进体积力法的导管螺旋桨在敞水和艇后工况下的模拟精度较传统体积力法有较大的提升,能准确实现对导管螺旋桨水动力性能的数值模拟,可为水下航行器高效、动态的操纵性仿真奠定基础。

超声血流定量参数联合弹性成像鉴别诊断BI-RADS 3~4类乳腺良恶性肿块的诊断价值

目的探究血流相关参数联合超声弹性成像(ultrasonic elastography,UE)鉴别诊断乳腺影像报告和数据系统分级(breast imaging reporting and data system,BI-RADS)3~4类乳腺良恶性肿块的诊断价值。方法回顾性分析2021年1月-2022年8月以“乳腺肿块”就诊于淮南市第一人民医院并通过常规超声证实为BI-RADS 3~4类肿块的104例患者的资料,患者均行彩色多普勒超声与超声弹性成像检查,根据病理结果分为良性组41例和恶性组63例,比较两组超声血流分级情况、超声血流参数值[搏动指数(pulsatility index,PI)、收缩期峰值血流速度(peak systolic velocity,PSV)、阻力指数(resistance index,RI)]、UE相关参数(长径、长径变化率、面积、面积比值)、通过受试者特征曲线(receiver operating characteristic curve,ROC)评估超声血流参数值联合UE相关参数值鉴别诊断BIRADS 3~4类乳腺良恶性肿块的价值。结果恶性组患者超声血流0级、Ⅰ级比率低于良性组,差异有统计学意义(P<0.05),Ⅱ级、Ⅲ级比率高于良性组,差异有统计学意义(P<0.05)。恶性组患者PI、RI、PSV高于良性组,差异有统计学意义(P<0.05)。恶性组患者长径、长径变化率和面积、面积比值均高于良性组,差异有统计学意义(P<0.05)。绘制ROC曲线发现,当超声血流参数值联合UE相关参数值时,其鉴别诊断BI-RADS3~4类乳腺良恶性肿块的AUC为0.920(95%CI:0.864~0.957,P<0.001),灵敏度为84.38%,特异度为87.50%。结论血流相关参数联合超声弹性成像鉴别诊断BI-RADS3~4类乳腺良恶性肿块的价值较高,两项技术联合应用更具优越性。

基于质量流量控制器的多组分动态配气系统研究

针对在对气体浓度监测系统进行标定时需要多种不同浓度值标准气的需求,对基于质量流量控制器的多组分动态配气系统进行了研究,设计并研制了配气系统样机。计算机通过USB接口与高精度的质量流量控制器通信,严格控制各组分气体流量,从而实现多组分动态配气。配制的标准气浓度可达10-9级,并且连续可调,稀释比达到1/2000,不确定度最小可达到0.8%。系统不受环境温度与压力变化影响,对配制高、低浓度的标准气都适合,具有很好的应用价值。

单支管中气固两相流质量流量测量的新方法

提出了一种采用电容传感器与文丘里管相结合测量单支管中气固两相流质量流量的新方法·通过电容传感器对固相浓度的测量，可以求出气固两相流的固气比，结合文丘里管上的差压信号，可以计算出相应气体单独流经文丘里管时所产生的差压，由此可以求得气体的质量流量，进而得出固相的质量流量·实测结果显示，测量误差小于３３ ％ ·此方法不直接测量管道中气体的质量流量，而是通过测量浓度和差压信号来求得气固两相的流量值·此方法特别适用于不能直接测量气体流量的场合 支管流量的测量·

塔板上流型变化对板效率影响的计算传质学

利用能够描述塔板上气液两相错流过程的流体力学模型 ,建立了同时模拟气液两相流动与传质过程的数学模型 ;通过对气液两相传质方程和流体力学模型方程的联立求解 ,计算得到了塔板上液相速度分布和气液两相浓度分布的数值解 ,考察了气相完全混合和气相部分混合两种条件下塔板上的气液两相浓度分布 。

气固两相流质量流量测量的新方法

文提出了一种采用电容传感器测量气固两相流质量流量的新方法。通过电容传感器对固相浓度的测量,可以求出气固两相流的固气比,结合气固混合之前所测得的载气流量,便可测出固相的质量流量。实测结果显示。

基于空气流量预测的发动机空燃比三步非线性控制

为降低排放并保证发动机的动力性,空燃比(Air-fuel ratio,AFR)控制成为人们日益关注的焦点。空燃比的瞬态精确控制可同时兼顾扭矩输出和尾气排放。为达到瞬态空燃比的精确控制,提出了空燃比三步非线性控制方法,包含稳态控制、参考前馈控制和误差反馈控制。当空燃比期望值为恒值时,稳态控制起到主导作用;当车辆扭矩需求发生速变时,空燃比期望值也发生跳变,参考前馈控制此时将及时做出反应;误差反馈控制以废气氧传感器(EGO)测得的空燃比作为反馈量进行修正。考虑喷油器执行机构的延迟,基于模型实时预测未来进气歧管的压力,通过前馈控制进行延迟补偿。利用仿真平台en-DYNA中的四缸发动机模型进行仿真验证,证明算法瞬态工况和参考输入快变时的有效性。

基于固体火箭发动机工作原理的质量流率法燃速测试研究

为了实现单次发动机试验测得多个压强条件下推进剂的燃速,提出了一种固体推进剂动态燃速测试方法——质量流率法。该法以质量流率计算公式为依据,通过处理推进剂燃烧过程中随时间递增的压强曲线,计算得到发动机工作全过程中不同时刻对应压强下的燃速值;对比了通过质量流率法与冲量法处理得到的双铅-2(SQ-2)推进剂燃速结果;分析了特征速度和喷管喉径变化对质量流率法燃速测试结果的影响。结果表明,两种方法得到的燃速结果随压强变化趋势完全一致;当压强为9.945MPa时,两种方法的误差为1.06%;当压强为22MPa时,误差为3.87%。造成质量流率法与冲量法燃速结果之间差异的主要原因为喷管喉径实际尺寸的变化。

两种负荷法测试PE100管材料熔体质量流动速率及熔流比

通过对PE100管材料进行多负荷自动法和单负荷手动法熔体质量流动速率(MFR)和熔流比(FRR)的测定,发现两种方法中,不同设定参数对21.6公斤熔体质量流动速率结果有影响,从而造成熔流比(21.6/5.0)有波动,但是只要固定方法,固定参数,通过一次加料进行多负荷自动熔体质量流动速率及熔流比的测定可以快速反映PE100管材料树脂的分子量及分子量分布变化情况,对聚合反应工艺调整具有指导意义。

基于IBM法的低雷诺数下涡激振动高质量比效应的研究

由深圳市赛格广场大厦在低速风场作用下的强烈有感振动事件可知,高质量比系统的振动问题仍较突出。为澄清涡激振动中的高质量比效应,该文采用一种锐利界面浸入边界法,通过C++编程计算了低雷诺数(Re=80~150)流场中,不同高质量比(m*=14.8~280)、阻尼比(ζ=0.0012~0.036)和质量-阻尼比组合m*ζ对涡激振动的影响。结果表明:通过与文献和实验结果的对比,验证了该方法的准确性和有效性;在高质量比情况下,Re<100时,结构发生"弱锁定"现象,Re=100~130时,发生传统的"锁定"现象,且发生共振时Re=110,位于锁定区间靠近Re数较小的一侧,当Re=130时,开始摆脱锁定,且升力与振动响应出现"相位突变"现象;m*、ζ对锁定区间的影响并不大,但是质量-阻尼比组合m*ζ相同时,质量比对涡激振动的影响更加显著,即质量比低的结构系统发生涡激振动时的锁定区间更广(Re=90~140),m*=14.8的高质量比系统比m*=148的较高质量比系统提高了1.67倍,而且共振时对应的雷诺数也减小;发生共振时,尾涡脱落均为"2S"模态,最大振幅均为0.5D左右,无太大变化,即高质量比和较高质量比对振幅和锁定区间的影响并不大,但是随着ζ的增加,振幅比Y逐渐减小,振动受到了抑制。

颗粒料质量流量测量误差动态估算方法

提出了一种利用冲量原理测量固体颗粒物料实时物料速度和质量流量的方法,同时给出了一种可动态估算速度和质量流量测量误差的方法。利用自行设计的实验装置,并采用大豆作为实验材料进行了测量误差估算的实验,实验结果表明:在所设计的实验条件下,估算的质量流量相对误差最大值为4.00%,平均相对误差为1.44%;估算的速度相对测量误差最大值为9.69%,平均相对误差为5.03%,动态测量精度和总质量计量精度之间有较好的相关性。

河道生态基流量的新年内展布计算法

为最大限度地满足河流的季节性生态水文需求,提出用于计算河道生态基流量的新年内展布计算法。该方法以河流天然径流数据为输入,在剔除各月径流量极值的基础上,以汛期、非汛期两时段量化"时段同期均值比",并结合多年平均月径流过程、最小月平均径流过程,计算河道生态基流量。太子河流域南甸站、本溪站的计算结果显示,新年内展布计算法得出的生态基流过程较其他方法在形态上与各月多年平均径流过程更为相似,其水量不仅符合河流对径流的季节性动态需求,而且有利于河流生态环境的可持续发展。

基于OpenMP的流化床颗粒堆积过程三维并行数值模拟

结合离散单元法(DEM)和计算流体力学(CFD)的CFD-DEM被广泛应用于流化床的数值模拟中,但受DEM计算工作量大的限制,难以达到实际流化床的模拟要求,因此开展对DEM并行算法的研究具有重要意义。针对流化床内颗粒运动的特点,基于DEM建立了气固两相流动中颗粒相的并行化计算模型,在OpenMP并行技术的基础上,实现了颗粒受力计算、颗粒速度和位置更新的并行化。采用Fortran语言开发了DEM并行数值模拟程序,模拟了三维流化床内颗粒堆积的过程,并与串行程序的模拟结果进行了对比。结果表明:基于OpenMP技术并行程序可正确模拟流化床内的颗粒堆积过程,而且具有良好的加速比,能够显著地提高计算效率、缩短计算时间;当计算线程数增加时,加速比随之增加,但增幅相对减少。

薄膜材料气体微量渗透率动态流量测试方法研究

固体材料的气体渗透是材料的固有特性,是影响密闭容器密封性能的原因之一,在某些场合材料的气体渗透已经成为导致产品压力降低和真空失效的主要因素。介绍了一种采用热阴极电离规和四极质谱计作为核心测量传感器,实现渗透低压侧总压力和分压力精确测量,并结合固定流导法实现渗透低压侧漏放气速率测量,再依据渗透机理获得薄膜材料气体微量渗透率。对利用上述原理研制的薄膜材料新型气体微量渗透率测量装置开展了典型薄膜材料渗透性能测试,结果表明,所研制装置的渗透系数测量下限小于1×10^-14 m^2/s,测得真空绝热板(Vacuum Insulation Panel,VIP)行业用典型高阻隔薄膜对H 2O和N 2的渗透率在10^-2 g/(m^2·d)量级,与国外资料给出的VIP材料渗透率10-2~10^-3 g/(m^2·d)范围相当。

复杂构型高精度静气动弹性分析方法及其应用研究

为了准确地预测增升装置的气动弹性变形,基于Navier-Stokes方程求解器和结构静力学方程,建立了一种静气动弹性分析方法。发展了一种全局/局部混合的数据交换方式,解决了复杂构型数据交换过程中相邻部件间数据干扰的问题。同时,建立了变形能力强、引入并行算法的基于RBF插值技术的动网格方法,很好地保证了复杂构型网格的变形能力。此外,为了提高静气弹分析效率,所建立方法根据收敛特点引入了加速收敛技术。通过F6翼身组合体和某大型客机着陆构型,验证文中发展的静气动弹性分析方法的可行性和鲁棒性。分析结果表明,弹性变形最终导致大型客机着陆构型8°迎角状态时的升力系数减小约1.0%。

振型叠加法合理振型数目的确定

振型叠加法是常用的动力时程分析方法之一,参与计算的振型数目是影响该方法精度的重要因素。本文揭示了确定振型参与数目的质量参与系数法、振型位移控制法的数学背景及物理含义,分析了两者存在的不足。通过推导振型截断误差估计公式,提出了更合理的确定振型数目范数形式的方法。这种方法基于严密的理论推导,适用于任意动力荷载形式。计算结果表明,振型位移控制法所确定的振型数目过大,质量参与系数法提供的振型数目偏少,而本文方法更有优势。

微尺度悬臂管颤振的研究

本文基于修正的偶应力理论并考虑Lagrange应变张量所给出的几何非线性,运用Hamilton原理建立了微悬臂管的平面振动微分方程.通过对线性方程的特征值分析,得到了微管的前四阶复频率及临界流速—质量比曲线(临界流速曲线)对材料长度尺寸参数的依赖关系;并且发现宏观管和微尺度管(或者具有不同材料长度尺寸参数的微管)的临界流速曲线可能会相交.运用基于中心流形—范式理论的投影法,计算了临界流速处系统的第一李雅普诺夫系数和退化特征值关于流速的变化率,以此为基础论证了分岔的超临界性质;并对临界流速曲线上的滞后部分及不同尺度管的该曲线的交点处的动力学性质作了探讨,发现了不同的分岔方向.

基于转捩模型的低雷诺数翼型优化设计研究

以微小型无人机翼型研究为背景,开展了低雷诺数翼型的气动特性及优化设计研究。首先采用求解雷诺平均N-S方程的有限体积法,对典型低雷诺数下NACA0012翼型标模进行数值模拟,对比分析了SA、SST k-ω湍流模型、低雷诺数修正SST k-ω模型以及k-kL-ω转捩模型的适用性和准确性。然后通过对低雷诺数下NACA0012翼型表面流场结构和流动特征的详细分析,提出了基于控制流动转捩位置改善翼型上边界层形态的低雷诺数翼型设计思想。最终基于转捩模型对SD7037翼型进行了多目标优化设计,设计结果表明优化后翼型气动性能得到了较大改善,最大升阻比可以提高约58.23%,在0°迎角下翼型上表面层流区域面积增大约26.8%,在4°迎角下翼型上表面流动转捩位置前移约0.15倍弦长,下游流动亦由优化前完全分离状态改变为实现流动再附,进一步验证了低雷诺数翼型设计思路的可靠性与可行性。

固体火箭冲压发动机直连试验分析方法研究

阐述了固冲发动机直连试验和试验方法,并根据试验获得的静温/静压/流量等参数提出了试验分析方法,能够获得燃烧效率、比冲效率。在不考虑热力计算误差的条件下,根据试验系统的测试精度,对该方法进行误差分析,表明:(1)通过补燃室尾部静压、静温、流量来换算尾部总压,相对误差较大,应该对尾部总压进行直接测量。(2)用该系统得到的燃烧效率、推力增益比冲、台架推力比冲的相对误差在±3.6%左右,主要误差来源于空气流量、补燃室尾部静压、台架推力,应该对这些参数的测试精度进行严格控制,以减小试验误差。

高炉喷吹煤粉总管质量流量的在线连续测量

提出了一种对高炉喷吹煤粉总管流量进行在线连续测量的新方法。通过电容传感器对煤粉浓度的测量，可以求出喷吹过程的固气比，结合煤、气混合之前所测得的载气流量，便可测出煤粉的质量流量。实测结果显示，测量误差小于５ ％ 。