基于激波管实验的空气袋织物透气率的测试研究

提出一种基于激波管实验和理论的空气袋织物透气率的测试方法.实验中空气袋织物被固定在激波管低压段末端,与大气相通.当一道平面激波与织物相撞击时将被反射,与此同时会在织物前方形成一个高压,由于空气袋织物是一种多孔介质,此高压将导致透过织物的气流流动,此流动的流率,即透气率,可通过对反射激波速度的测试而计算得到.

差分精度对液压滑阀内流体数值解析的影响

以液压控制系统中常用的滑阀为研究对象,通过对滑阀内流体流动的仿真计算,对本文中采用的数值解析手法的差分方法、空间计算格子系等计算参数对计算结果的影响进行了分析和讨论。结果表明,上述计算参数对流场构造以及流量的计算结果影响相对较小。2种不同计算方法对滑阀轴向流体力的分析比较得出:作用在滑阀轴方向上的流体力对差分方法、空间计算格子系等计算参数非常敏感。如要得到较高精度的计算结果,采用压强和壁面切应力来直接计算流体力要比应用控制体内流体的动量守恒原理需要更密的计算格子系。这一结果有助于我们在进行流场数值计算时,根据不同的对象选取合适的解析手法和计算参数,节省计算时间,提高计算效率。

一种新型车用导流器的研究及其气动性能优化

针对传统导流器仅能单一地减小阻力或升力的问题,基于某直背车型设计一款能同时减小阻力和升力的新型导流器。首先,基于其需满足的流场条件确定导流器横截面初始的上下型线,并使用准均匀B样条进行拟合,再沿y方向拉伸出导流器的型面。接着,通过改变截面型线控制点,得到一系列不同的型面,运用遗传算法寻优找到导流器最优型面。最后,为进一步减小阻力和升力,基于导流器最优截面,改变导流器的宽度和安装位置与角度,并采用实验设计、近似模型和NSGA-II遗传算法进一步优化。模型风洞实验验证的结果表明:整车阻力减小3.8%,升力减小7.9%。

非定常粘性空化流动模型及其数值计算

基于气液两相当地均相介质模型,本文给出了一种模拟非定常粘性空化流动的计算模型。认为空化绕流流场中流动介质是一种当地均匀的气液混相物。控制方程采用了应用两相流模型的N-S方程。基于液相和气相的状态方程推导了混合介质密度的表达式。为了保证数值计算的稳定性,控制方程的数值求解采用了TVD-MacCormack格式。为了评价计算模型的可靠性,分别计算了绕台阶和管道水锤的空化流动,所得结果是合理的,说明该方法可以用于空化流动的数值计算。

基于智能算法的汽车气动外形参数多目标优化

为了对汽车外形进行优化设计,利用CFD软件与智能算法相结合的方法,以在天窗微开高速行驶状态下的汽车为优化的对象,选取气动阻力最小、气动升力为0、天窗后缘压强最小为`优化目标,以汽车关键外形参数为设计变量,对汽车气动外形进行多目标优化设计.同时,应用了数据挖掘技术评价设计变量与3个目标函数的影响关系,选取优化后的最佳关键参数制作汽车模型并进行风洞试验验证.研究结果表明:通过遗传算法优化的车身外形,在其他设计目标满足要求的条件下成功地将阻力系数降低了9.5%,并通过风洞试验验证了该智能算法结果的准确性.基于智能算法的汽车气动外形设计具有指导意义与实际应用价值,为汽车气动外形的多目标优化设计提供了一种高效、精确、可靠的先进优化方法.

某柴油发动机缸内燃烧的数值模拟及优化分析

采用基于克里精(Kriging)代理模型的混合多目标梯度优化算法(HMGE),通过FLUENT软件平台,对柴油发动机燃烧过程进行了多目标优化,优化变量为缩口率、余隙高度、凸台高度、喷油锥角,优化目标为平均温度、平均压力、碳烟(Soot)排放、氮氧化合物(NOx)排放。完成多目标优化计算后,应用数据挖掘的总变差分析方法(ANOVA)和自组织映射分析方法(SOM)对优化变量和优化目标函数进行定性和定量分析,揭示出优化变量与优化目标之间的相互关系。分析结果表明:较好的动力性能需要较小的缩口率和较小的余隙高度;较少的碳烟排放需要较大的余隙高度,较低的氮氧化合物排放需要较小的凸台高度和较小的缩口率。

基于一维模拟的排气歧管流固耦合瞬态热管理

由于高温高压气体的流动冲击,发动机排气歧管会产生较大的温度梯度并承受较大的热应力。以热应力和应变为目标,该研究对某车型发动机排气歧管进行优化。首先对一维发动机进行建模和计算,利用流固耦合方法计算排气歧管的温度场,并做了网格无关性的验证。将结果作为热负荷,计算排气歧管的热疲劳参数并以热应力和热变形为目标对该排气歧管进行改进。结果表明:改进后的排气歧管热应力和热变形明显降低,其中最大热应力减小了21MPa,降幅为8.5%;热应变减小了0.07 mm,占4%,疲劳寿命提高了约1100次。该研究为车辆发动机排气歧管的设计和优化提供了一种有效的方法,具有参考意义。

汽车进气格栅多目标优化设计（英文）

基于kriging模型和NSGA-Ⅱ算法,采用多目标优化设计的方法研究了进气格栅对汽车气动性能和发动机舱散热性能的影响,并通过数据挖掘技术研究设计变量与目标函数间的影响机制。进气格栅优化变量有3个:格栅倾角、格栅条数量和格栅条宽度。优化目标为汽车的气动阻力系数、气动升力系数以及进入发动机舱的气流质量流量。通过总变差分析和自组织映射图分析,得出了各设计变量对不同目标的影响程度以及变量与目标之间和目标与目标之间的相互关系。最后对比分析了优化后的模型和原始模型的气动性能和发动机舱散热性能。

某SUV内外场气动噪声数值分析

运用分离涡模拟(DES),以商用软件Star CCM+为研究工具对某SUV在车窗封闭状态下,对汽车后视镜区域进行了外流场稳态和瞬态的计算分析,获得车身表面和周围的压力脉动,以此作为激励计算车内噪声。应用声学软件对后视镜以及周围进行流场到声场的耦合分析,得到声压级的频谱图。通过分析基础模型和改进模型内、外场气动声学特性表明:后视镜柄的长度,镜柄与镜罩的夹角以及镜罩形状对后视镜下游流场和声压级影响较大。改进模型相比基础模型前侧窗玻璃外表面总声压级得以降低,驾驶员左耳处内场总声压级降低了6.41%,语音清晰度提高了33.89%,取得很好的改进效果。

空气中平面激波同圆柱的非定常干涉

平面激波在圆柱上的反射与绕射是目前国内外研究激波非线性复杂现象的典型课題。近年来,Takayama(1987)在入射激波马赫数M_i=1.3及2.6的条件下,得到了在圆柱周围的激波绕射与反射的光测实验结果。众所周知,激波在圆柱上的反射与绕射是一非定常现象,为了了解和分析整个非定常过程的发展和变化,应得到圆柱后较远区域的结果。本文利用两次曝光全息激光干涉仪不仅得到了圆柱周围的波系图案,而且也得到了激波脱离圆柱后驻点后约10倍圆柱直径的范围内的流动形态。同时也给出了不同M_i条件下的三波点轨迹和入射激波与反射激波之间夹角ω随距离变化的实验结果。

基于等离子体激励器后台阶流动控制的数值模拟

为探究表面介质阻挡放电(SDBD)等离子体对后台阶流动分离的控制效果,采用Suzen等提出的等离子体对流体作用的数值模拟方法,应用Fluent软件计算电场分布及电荷密度分布方程,最后得到等离子体体积力,并将结果与现有实验数据进行对比,验证仿真方法的准确性。在此基础上,在台阶前部施加等离子体激励,观察其对后台阶流动分离的控制效果。仿真结果表明:等离子体气动激励能明显减小后台阶流动的再附着距离;当来流风速为1 m/s时,可将再附着长度减小53.92%;当来流风速逐渐增加时,等离子体气动激励控制效果逐渐减弱;当增加激励强度时,控制效果增强。

预喷射参数对柴油机性能的影响（英文）

以高压共轨系统柴油机为研究对象,利用流体动力学仿真软件FLUENT,研究了喷射参数变化对发动机的排放性能和缸内流场的变化规律。结果表明:在一定的预喷油量下,随着预喷射和主喷射间隔角的增加,预喷射燃油燃烧开始较早,缸内压力升到峰值的时间越早,NO的排放量越低。在固定喷射和主喷油的间隔角时,随着预喷射量的增加,气缸压力升高的速度越快,释放的热量越多,NO排放越高,Soot排放量则会先增加,然后减少。

微小圆管中分裂火焰的实验与理论研究

对丙烷/空气在内径2 mm的圆管内的预混燃烧进行了实验研究,借助于高速数码摄像机发现了分裂火焰现象,其中一个为向上游传播的较亮的常规火焰,另一个为向下游传播的较暗的微弱火焰。这些火焰先后熄灭,经过一段时间后又重复发生自着火、分裂、反向传播、灭火过程。这种现象在富燃、化学恰当比以及贫燃火焰中都有存在。一维非稳态计算表明化学反应速率的轴向分布曲线存在大小不同的两个峰值,它们分别对应实验观察到的两个不同亮度的火焰。其中,常规火焰是由于向上游较冷的壁面散热而熄灭,微弱火焰则是由于下游燃料耗尽而熄灭的。

天然气水合物藏裂缝注热的数值模拟研究

天然气水合物因其能量密度大、储量丰富、无污染等特点而被认为是一种新型的替代能源,如何提升天然气水合物储层渗透率是实现其商业化开采的关键。本研究提出使用人工压裂技术在水合物储层中形成裂缝网络,然后再将高温水注入储层来提升储层渗透率,并对沿裂缝注水过程进行了数值模拟。结果表明:人工压裂后,注入储层的热水能够到达储层深处,形成高温区和高渗透区,且注水量越大,形成的高渗透区范围越大。

剪切层区域旋涡空化的发生机理

为研究高速水流中旋涡空化的形成机理 ,用高速摄影和录像的方法观察了发生在中空射流阀内部流场的空化现象 ,采用数值模拟的方法计算了阀内部非定常粘性流场。发现流场中空化的产生与流动分离以及所伴随的剪切层区域的非定常旋涡运动有关。旋涡空化水流中有两种空穴 ,即空化泡与空化旋涡。在剪切层非定常旋涡从流动分离点产生的过程中 ,旋涡形成区域的压力进一步降低 ,在空化条件下产生大量的空泡 ,部分空泡被旋涡所包容 。

基于涡流成像的碳纤维增强树脂基复合材料细观结构可视化

对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)的细观结构成像方法进行了研究,利用涡流成像技术实现了CFRP层合板中纤维方向及纤维缺失、褶皱和空隙过大等缺陷的可视化。首先通过有限元仿真和电路理论分析了CFRP板中涡流的生成机制和分布特性,阐述了基于涡流法的CFRP细观结构成像机制。然后介绍了用于扫描成像的高频涡流检测(HF-ECT)实验系统并确定了涡流探头的形式及其参数。最后利用涡流成像技术分别对单层板、正交层合板和四方向斜交层合板进行了检测,绘制了涡流检测(ECT)信号的三维伪彩图并得到了清晰的纤维纹路分布。通过引入滤波去噪技术和二维快速傅里叶变换(2D-FFT)对图像进行进一步处理,提高了图像分辨率并完成了不同方向上纤维纹路的分离,从而实现对层合板每单向层中缺陷的精确定位。

静气动弹性影响下带小翼汽车尾翼的设计与优化

翼尖小翼能利用机翼翼尖产生的三维绕流为机翼提供额外的升力和前进的推力,其独特的作用机理同样适合用在汽车尾翼上。由于汽车的尾部流场与航空器有较大差别,使传统的航空器翼型很难满足汽车用翼尖小翼的设计需求,同时翼尖小翼的附加会使尾翼翼面因额外的弹性变形而产生新的气动载荷分布,这就需要对车用翼尖小翼进行设计和优化。首先,利用准均匀B样条曲线来拟合翼型,再对拟合的翼型进行小翼的三维参数化建模,最后,使用双向流固耦合的分析方法来考虑静气动弹性对附加了小翼的汽车尾翼的实际影响,并在三维流场中通过数值仿真的手段对小翼翼型及其形状参数进行优化设计。最优样本进行了风洞试验验证和比较,结果说明仿真具有较高的模拟精度,同时风洞试验与数值仿真的结果表明:翼尖小翼通过优化设计能为安装有普通尾翼的汽车带来额外下压力的同时减小其气动阻力;相较于刚性翼,考虑静气动弹性的新型尾翼,其最优解集有使汽车模型的升力系数增加而阻力系数减小的趋势。