Interaction of two edge dislocations in free-space propagation

This paper studies in detail the interaction of two edge dislocations nested in a Gaussian beam propagating in free space. It shows that in free-space propagation the edge dislocations are unstable and vanish, and two noncanonical vortices with opposite topological charge take place when off-axis distances cl and c2 of two edge dislocations are nonzero, and the condition k2w08＋ 32c1c2（w02- 2C1C2）Z2 〉 0 is fulfilled （k-wave number, w0-waist width）. A noncanonical vortex appears when one off-axis distance is zero. However, one edge dislocation is stable when two edge dislocations are perpendicular and one off-axis distance is zero. Two perpendicular edge dislocations both with zero off-axis distance are also stable. The analytical results are illustrated by numerical examples.

波流环境中多孔射流三维数值模拟

建立了波流环境中多孔射流的三维大涡数学模型,探讨了波流共同作用下多孔射流的扩散和稀释机制,分析了孔间距对双孔射流、射流与环境水体相互作用的影响,并给出了最优相对孔间距。模拟结果表明:在波谷相位时刻,由于横流与波浪相互作用强烈,流场内的三维涡旋结构丰富、尺度较大、数目众多,有利于射流与环境水体、射流与射流之间的掺混,这是波流环境比单一横流环境中多孔射流运动扩散效果更佳的主要原因;随着孔间距的增大,双孔射流之间的相互作用慢慢削弱,而射流与环境水体之间的相互作用却在不断增强;双孔射流在孔间距为7.0倍管口直径时扩散效果最好。

串列双矩形断面涡振特性与机理试验研究

为研究串列双矩形断面涡振特性规律及其发生机理,采用刚性模型同步测振测压风洞试验的方法,测试并分析了宽厚比为4∶1的双矩形断面在不同间距比下的涡振响应与表面风压分布特性。同时,对比了单矩形断面的试验结果,以便分析两者之间的差异。在间距比D/B(双矩形断面的净间距与单矩形断面的宽度之比)的变化范围为0.1~6.0的工况下进行了研究。研究结果表明:由于串列双矩形断面之间发生明显涡振现象,迎风侧断面的涡振响应得到了显著增强,而背风侧断面的涡振响应则受到了明显抑制,特别是在D/B=0.4时,迎风侧断面的涡振最为明显,最大振幅是单矩形断面的1.7倍,涡振区间长度是单矩形断面的1.2倍;当D/B=0.4时,表面压力脉动在迎风侧断面下游区域表现最为显著,导致局部气动力与总体气动力之间的相关性增强,进而引起了最大涡振振幅。

波纹通道板间距对通道内流动与换热影响的数值研究

应用数值模拟方法,分析了流体在不同板间距的正弦型波纹通道内,周期性充分发展的稳态层流流动与换热的特性;探讨了板间距对流动与换热的影响,并对其综合性能进行评估。结果表明:在Re相同的条件下,通道内所形成旋涡的尺寸随相对间距λ/H (波长/间距)的减小而增大。

西北太平洋热带气旋变性的客观判据研究

利用体现热带气旋(TC)热力学特征的"相空间"(简称CPS)方法,加入了体现TC动力学特征的两个参数,即中低层风速切变参数和涡倾斜参数,对2000—2007年的222个TC进行检验。结果表明,CPS方法在增加了动力学参数后,可以更好地描述西北太平洋地区的TC变性过程,弥补了CPS方法对TC动力学特征描述的欠缺,同时客观判据的判断结果与《热带气旋年鉴》资料更相近。

飞机尾涡流场的建模与仿真计算研究

飞机在飞行中形成的翼尖涡会使跟进的后机发生倾斜、滚转、失速等影响飞行安全的情况.通过对尾涡机理的分析,本文建立了尾涡消散模型、运动模型,采用镜像涡方法,根据涡核间距加大的程度来评估地面效应影响的强弱,较好地反映地面效应对尾涡运动和消散的影响.基于建立的模型,对尾涡流场进行仿真计算,计算结果与激光雷达实测或大涡模拟结果基本一致.与常用的大涡模拟方法相比,文中计算模型具有形式简单、速度快的优点,可以用在机场尾涡间隔系统研究中.

孔板通气气液两相流动特性研究

采用实验与数值模拟相结合的方法研究了孔板通气气液两相流动特性和气层形成机理.应用高速录像观察了通气气液两相流流动形态,采用Level Set方法和RNGk-ε湍流模型对通气平板流场进行了数值计算.结果表明气层覆盖区域压力是判定气层形成的重要参数:泡间高压消失表明当地的气泡开始形成气层,当气层基本形成时,壁面压力趋于一致.旋涡结构在气层形成不同阶段具有明显的特征,在气层初始形成位置前后,肾形涡由于气泡接触相互作用而逐渐消失;在气层完全形成位置前后,旋涡结构重新生成.随着孔间距的增加,气层形成位置由于横向距离增加而向下游移动,但相互作用区域变化不大.

轴向间距对两级轴流风机失速先兆的影响机制

基于节流阀函数以及SSTk-ω湍流模型,对某电站两级动叶可调式轴流风机的非定常失稳过程进行数值模拟,分析了3种轴向间距对风机失速先兆起始位置、表现形式以及失速三维非定常演化过程的影响机制.结果表明:风机稳定运行范围随着轴向间距的缩短得到拓宽;不同轴向间距下,第二级动叶内首先出现失速先兆,且失速先兆表现形式相同,均为突尖型;轴向间距增大时,失速先兆从第二级动叶传播至第一级动叶所用时间增加;轴向间距对叶顶间隙分离涡的产生具有重要影响,轴向间距较小时,分离涡主要由相邻流道的泄漏流绕过尾缘附近反向流入流道并与主流相互作用形成,轴向间距较大时分离涡的形成主要与叶顶间隙的泄漏流有关.

几种翼型涡流发生器对CaCO_3污垢特性影响的数值模拟

为研究翼型涡流发生器结构以及布置对换热面污垢的影响,对矩形通道内布置翼型涡流发生器后壁面CaCO3析晶污垢的沉积进行了模拟。计算并分析了在温度为50℃,流速为0.2m·s-1,浓度为1000mg·L-1的CaCO3过饱和溶液下,翼形涡流发生器的翼型、攻角和纵向间距等几何因素对表面污垢沉积的影响。结果表明:表面单位面积结垢量随着翼型涡流发生器攻角的增大而减小,随着涡流发生器列间距的增大而增大,当间距为60mm时达到最大,超过60mm后表面单位面积结垢量呈现下降趋势。

不同间距串列双方柱流致振动运动特性分析

多钝体流致振动是涉及流体工程安全性的重要问题,为了探究多钝体流致振动的相互影响,针对不同间隙距离串列弹性支撑双方柱流致振动进行研究,方柱间距变化范围为2-6倍方柱边长D,分析折减速度在4.04-13.46时双方柱振幅及频率响应特性,并与串列被动控制双圆柱流致振动和相关方柱实验进行比较。研究结果表明,当方柱间距大于4 D时,上游方柱振动响应与单方柱实验结果相似,受下游方柱的影响较弱;双方柱流致振动在间距为4 D时得到加强,上下游方柱达到最大振幅,分别为1.06 D和1.10 D;当间距小于4 D时,双方柱流致振动减弱,与单方柱实验结果相比振幅减小;间距对双方柱的振动频率没有表现出明显影响。在折减速度为8.00时,随间距增大,上游方柱能在双方柱间隙内形成完整脱体旋涡,下游方柱的尾涡模态经历了2S(双单涡模态)、P+2S(涡对+双单涡组合模态)、2S的转变过程。

结构对圆形楞涡流发生器CaSO_4污垢特性和综合换热特性的影响

为研究圆形楞涡流发生器结构对换热面污垢和综合换热的影响,分别选取CaSO_4过饱和溶液和去离子水作为流动工质,采用数值模拟方法对布置有圆形楞涡流发生器矩形通道内壁面CaSO_4析晶污垢的沉积特性和综合换热特性进行了研究。分析了在两种不同工质下,圆形楞涡流发生器的楞长、间距和半径分别对矩形通道的污垢热阻Rf值和综合特性R值的影响。研究结果表明,当流动工质为CaSO_4过饱和溶液时,圆形楞涡流发生器的污垢热阻Rf值随着楞长的增加先减小后增大,且在4/8H楞长处出现最小值;而当流动工质为去离子水时,圆形楞涡流发生器的综合特性R值随着楞长的增加先增大后减小,且在4/8H楞长处出现最大值;无论流动工质是CaSO_4过饱和溶液还是去离子水时,污垢热阻Rf值和综合特性R值均随着间距的增大而增大,随着半径的增大而减小。最终,通过综合对比可以认为,当楞长为4/8H、间距在35~50mm、半径在4~5mm时,圆形楞涡流发生器都能保持一个较好的抑垢和综合换热效果。

小间距比下串列双圆柱涡激振动数值模拟研究:振动响应和流体力

对小间距比(L*=1. 1～1. 5)下串列双圆柱涡激振动进行了数值模拟研究,其中Re=100,折合流速为U_r=3～30,质量比为m*=2. 0。为保证圆柱之间的距离不变,两圆柱均仅作横向振动。根据圆柱响应的不同将间距比范围内的涡激振动分为三种:(1)间距比L*≤1. 1时,响应存在于较大的折合流速(U_r=4～28)范围内;(2)间距比L*=1. 2～1. 3时,在大折合流速时,类似于高雷诺数时的尾流弛振出现;(3)间距比L*≥1. 5时,响应随折合流速增加并达到最大值,之后随折合流速缓慢减小,并最终稳定在较大的幅值上。对应不同的响应类型,上游和下游圆柱的流体力也呈现不同的变化;由于受到上游圆柱的屏蔽,下游圆柱的阻力均值要明显小于上游圆柱;在出现尾流弛振的区域,两圆柱的升力均方根随折合流速增加;此外,某些折合流速下圆柱之间的非稳定耦合作用也被反映出来。

多股射流入流间距对下游水力特性影响分析

基于RNG k-ε紊流模型和VOF自由表面追踪法,采用非均匀结构网格技术,建立了三维紊流数学模型,并对多股底流水跃进行了三维模拟,详细分析了入流间距对多股底流消能下游流态的影响规律,探讨了不同孔距比下消力池内的漩涡特性。研究结果表明:入流间距对单股主流两侧流态影响显著,当孔距比大于1.5时,有回流形成;当孔距比大于等于2.0时,在弗汝德数约为7.0条件下,下游消力池底板附近已形成不同强度的立轴漩涡,所得成果可为相似研究提供参考。

小间距比下串列双圆柱涡激振动数值模拟研究:尾流和耦合机制

对小间距比(L*=1. 1～1. 5)下串列双圆柱涡激振动的尾流和耦合机制进行了全面的研究,其中Re=100;两圆柱均仅作横向振动。对尾流的研究发现,当间距比L*=1. 1～1. 3时,小折合流速时对应经典的卡门涡街,而折合流速较大时,尾流则变得混乱起来,难以分辨其模式;当间距比L*=1. 5时,尾流均为规律的2S模式。耦合机制分析发现,串列双圆柱平衡位置差的变化促成了在间距比L*=1. 1时广折合流速响应的存在;而多频成分参与的不稳定耦合作用成为在间距比L*=1. 2～1. 3时类尾流弛振现象的诱因;大振幅响应在间距比L*=1. 5时得以持续的动力则源于上游圆柱脱落旋涡产生的低压区和下游圆柱低频的运动;此外,一种新的平衡位置间歇跳跃现象在间距比L*=1. 1和折合流速U_r=15时出现,且响应在上侧的新平衡位置能稳定更长的时间。

临近空间螺旋桨气动性能分析

基于叶素理论和儒可夫斯基涡流理论,通过求解螺旋桨合成速度、速度环量及诱导速度的非线性方程组,分析了高度为20 km的临近空间中桨叶数目、桨径长度、旋转速度及前进速度对螺旋桨气动性能的影响。结果显示:诱导速度、拉力、扭矩沿桨径的分布规律都是先增大后减小;螺旋桨拉力随桨径长度、旋转速度的增大而增大,随前进速度的增大先增大后减小且峰值在0.45 Ma左右;螺旋桨效率随桨叶数、桨径长度和旋转速度的增大而减小,随前进速度的增大先增大后减小且峰值在0.1 Ma左右。

旋涡泵压力脉动特性的研究

旋涡泵作为低比转速泵越来越多地应用于船舶、航天航空和化工等领域。但是旋涡泵内部的流体压力脉动会引起泵和装置的振动噪声问题,成为高性能旋涡泵设计应用过程亟待解决的问题。本文通过数值模拟和试验分析相结合的方法分析一台旋涡泵的压力脉动特性,并探讨通过非等距叶片分布方式以降低压力脉动的方法。结果表明:叶片均布条件下,叶频是压力脉动的主要频率,且在阻隔面附近叶频的幅值最大。与均布叶片旋涡泵相比,非等距分布叶片旋涡泵在不影响其性能的同时能够显著降低在叶频处的脉动峰值,但在叶频两侧产生了附加的频率,而振动总级有明显的下降。该研究为减小旋涡泵的压力脉动和泵体振动提供了一个可行方案,对含旋涡泵系统的减振降噪具有参考意义。

大攻角下分离双钢箱梁间距对涡振特性的影响

以某座分离双钢箱梁桥为背景,开展了一系列的节段模型风洞试验。首先分析了-5°^+5°间8个不同风攻角下单箱梁的涡振特性,然后详细研究了+5°风攻角下分离双箱梁在16个不同间距(双箱梁的净间距D与单箱梁宽B之比D/B的变化范围为0.025~4.0)时的涡振特性,并将结果与单箱梁的结果进行了对比。研究发现,间距对上游箱梁和下游箱梁涡振特性的影响均可大致分为4个区间。

圆形楞涡流发生器结构对矩形通道内CaSO_4污垢沉积特性的影响

为探讨圆形楞涡流发生器结构和布置方式对换热面污垢的影响,采用数值模拟方法研究了布置圆形楞涡流发生器矩形通道内壁面CaSO4析晶污垢的沉积过程,同时计算并分析了入口流体温度为300 K、速度为0.5 m·s-1、浓度为3.0 g·L-1的CaSO4过饱和溶液下圆形楞涡流发生器的楞长、布置方式、半径的大小以及纵向间距等几何因素对表面污垢沉积的影响。结果表明:污垢热阻值随涡流发生器楞长增加先减小后增大,而且在(4/8)H楞长处出现最小值;随涡流发生器列间距增大而增大,当间距超过55 mm后污垢热阻值逐渐趋于光通道的污垢热阻值;随涡流发生器半径增大而减小;相同列间距、半径以及当楞长为(4/8)H时,顺排靠边布置时其污垢热阻值最小。

近距平行跑道配对离场关键因素研究

相比于目前国内近距平行跑道的离场方式,近距平行跑道配对离场能大幅减少飞机的离场时间间隔,从而提高机场的容量.在应用近距平行跑道配对离场程序时,需要确定配对机的离场时间间隔与运行该程序的侧风条件,其中离场时间间隔分为起始时间间隔和离场航段参考点的最大时间间隔.根据不同机型的飞行参数,建立数学计算模型,得到配对机的离场时间间隔,并在此基础上考虑侧风对尾流的影响,得出允许应用该程序的最大正侧风风速,结合风向,得到侧风条件.以上海虹桥国际机场作为实例,计算得到配对机的初始时间间隔为30 s,在离场航段参考点的最大时间间隔分别为50 s、68 s,最大正侧风风速为3.3m/s.

动态尾涡间隔计算工具的开发与实现

基于建立的尾涡消散模型、运动模型、遭遇模型,以Delphi 7.0为平台,采用面向对象的设计思想,开发了动态尾涡间隔计算工具,包括前机诱导尾涡流场计算、后机遭遇响应过程分析、安全间隔计算等功能模块。根据输入的飞机参数、气象数据、机场数据,实现对尾涡间隔的实时、高效计算。基于开发的计算工具,以B777-200和B737-800为前后机进行了验证计算。