几何参数对V字形钝前缘气动热特性影响

针对三维内转式进气道V字形唇口部位气动热载荷严酷的问题, 将唇口简化为V字形钝前缘, 在来流马赫数6条件下, 采用数值模拟并辅以激波风洞实验, 研究了气动热随前缘几何参数的变化规律. 结果表明, 在半径比R/r (根部倒圆半径R和前缘钝化半径r之比)和半扩张角β的联合作用下, V字形根部主要出现三种激波反射类型, 其壁面热流峰值的位置和大小均差异明显. 在(R/r, β)几何参数空间中, 当R/r和β都相对较小时, V字形根部发生异侧激波规则反射, 超声速气流冲击驻点附近壁面, 并产生极其严酷的第一类中心热流峰值, 最高可达相同钝化半径圆柱驻点热流的12倍. 当R/r或β较大, V字形根部发生马赫反射时, 异侧超声速射流对撞以及激波/边界层干扰分别导致了第二类中心热流峰值和外侧热流峰值, 其严酷程度仅次于第一类中心热流峰值, 采用R/r和β建立了第二类中心热流峰值和外侧热流峰值强弱转变的边界. 当R/r充分大, V字形根部发生同侧激波规则反射时, 第二类中心热流峰值和外侧热流峰值都减小至相同钝化半径圆柱驻点热流的水平.      

高雷诺数下多柱绕流特性研究

采用改进的延迟分离涡方法数值模拟了高雷诺数下的柱体绕流,包括单圆柱绕流、单方柱绕流、串列双圆柱绕流和串列双方柱绕流,研究了不同雷诺数下圆柱绕流与方柱绕流的水动力特性.计算结果与实验数据及其他文献的数值计算结果吻合良好,研究表明,单方柱绕流在2.0×10~3Re1.0×10~7范围内未出现类似于单圆柱绕流的阻力危机现象,其平均阻力系数C_d、升力系数均方根C'_1及斯特劳哈尔数S t维持在一定范围内波动.串列双圆柱绕流与串列双方柱绕流中,均选取L/D=2.0,2.5,3.0,3.5和4.0这五中间距比进行计算.串列双圆柱绕流中,当Re=2.2×10~4时,在3.0L/D3.5内存在一临界间距比(L_c/D)使得L_c/D前后上下游圆柱的升阻力系数发生跳跃性变化,且当L/DL_c/D时,下游圆柱的阻力系数为负数.而当Re=3.0×10~6时,则不存在临界间距比,且下游圆柱的阻力系数始终为正数.串列双方柱绕流在Re=1.6×10~4和Re=1.0×10~6两种工况下的临界间距比分别处于3.0L/D3.5和3.5L/D4.0区间内,且当L/DL_c/D时,两个雷诺数下的下游方柱阻力系数均为负数.     

侧柱与串列双柱绕流之间的干扰

本文给出了关于串列双柱与创柱间流动干扰的实验研究结果。当三个圆柱排成等边三角形并靠得很近时，由于三圆柱间强烈的缝隙流动，大大地改变了绕流其中的串列双圆柱的流态。特别，当三圆柱中心距等于二倍圆柱直径时，在串列双柱的前、后柱之间形成了强烈的偏斜的缝隙流，出现了独特的压力分布以及要比单柱高出三倍以上的旋涡脱落频率。     

侧柱与串列双柱绕流之间的干优

本文给出了关于串列双柱与侧柱间流动干扰的实验研究结果。当三个圆柱排成等边三角形关靠得很近时，由于三圆柱间强烈的缝隙流动，大大地改变了绕流其中的串列双圆柱的流态，特别，当三圆柱中心距等于二倍圆柱直径时，在串列双柱的前，后柱之间形成了强烈的偏斜的缝隙流，出现了独特的压力分布以及要比单柱高出三倍以上的旋涡脱落频率。     

相同雷诺数下串列双圆柱绕流的仿真分析

为研究均匀水流场中串列排布的柱群之间的干涉影响,本文以三维串列双圆柱为例,通过计算流体力学(CFD)软件FLUENT15.0中双方程k-ε模型,分析模拟了双圆柱所受平均阻力、平均升力、后柱周向压力、斯特劳哈尔数等水动力特性。结果表明:在雷诺数为Re=2×10~4的串列双圆柱绕流中,两圆柱中心间距L与圆柱直径D的比值为L/D=4时,后柱受前柱绕流尾流影响大,明显高于单圆柱绕流的平均阻力系数,后柱的周向压力值也随前柱尾流的摆动呈现显著的不对称性;当L/D=8时,前柱绕流尾流对后柱影响逐渐减弱;当L/D=12时,两圆柱之间的相互干扰几乎可以忽略,可以看作是相互独立的单圆柱绕流。最后,计算的斯特劳哈尔数与单圆柱绕流对应的斯特劳哈尔数相近且仿真数值在计算数值范围之内,验证了整个仿真分析的准确性,也进一步说明了双圆柱绕流的柱群的干涉影响。双圆柱间距越大,前、后柱之间的干涉影响越弱。     

较高Re数圆柱尾流的控制

引入一个窄条作为控制件，在Re=3.0×10 3~2.0×10 4范围内对圆柱尾流进行控制实验。窄条长度与柱体长度相同,厚 度为柱体直径的 0.015~0.025倍,宽度为柱体直径的0.18倍. 窄条的两个长边 与柱中心轴平行, 而且三者共面. 控制参数为窄条位置, 可由间距(窄条到柱轴)比λ/(0.5D)和风向角β (窄 条面与来流的夹角)确定. 采用流动显示和热线测量方法,对控制和未控制尾流的流动状态, 平均速度分布和脉动速度情况,以及作用于柱体和控制件的总阻力进行了研究和比较. 研究结果证明, 当窄条位于柱体尾流中一定区域内时, 可有效抑制柱体两侧的旋涡脱落.有效控制后的尾流湍流度也相应减小. 在不同Re数下,找出了有效抑制旋涡脱落的窄条位置区域, 并用动量积分估计了作用于柱体和窄条上的总阻力与光圆柱阻力的比值及其随风向角的变 化. 对λ/(0.5D)=2.9情况,得到了减阻的风向角区域(β=0°~40°与180°附近)以及最大减阻率32%.以上事实表明，在近尾流局部区域施加小的干扰,可改变较高Re数圆柱尾流的整体性质.     

过渡领域圆柱间Couette流动

圆柱间Couette流动问题是最简单的流动情况之一,当圆柱转速较大(M≈1)而间隙与半径之比[δ=(R_2-R_1)/R_1]不为小量时,却可用以检验求解过渡领域中非线性问题的各种方法。不久前,文献[1,2]在M≈1,δ=0.5条件下用电子束做了同心圆柱间氩气密度分布的测量,提供了一组比较流场结构的实验数据。在较早的稀薄气体Couette     

不同热物性下串联双圆柱共轭传热的数值分析

基于Chimera网格采用有限体积法模拟串联双圆柱在亚临界区的共轭传热,采用二维瞬态N-S方程,结合RNG k-ε湍流模型和压力Poisson方程方法,分析亚临界区(Re=6×104)不同固体与流体热容比以及导热系数比下,圆柱表面努赛尔数和圆柱内无量纲温度的变化规律.结果表明,圆柱内温度稳定后最高温度随着导热系数比的提高减小并逐渐趋于平缓,但体积热容比对于稳定后的温度场影响并不明显;另外圆柱内部最高温度位置随导热系数比提高而向后圆柱后部移动;下游圆柱的表面温度以及柱内最高温度均高于上游圆柱,而上游圆柱努赛尔数要高于下游圆柱.     

同轴双方柱气动力载荷的相互干扰

本文研究了在大气边界层气流中同轴双方柱气动力载荷的相互干扰,讨论了这种干扰与风向角和间距比之间的关系.结果表明处于相邻方柱的干扰下,上游方柱的最大气动力载荷大于单体的载荷;而下游方柱则受到前柱明显的阻挡作用,不仅如此,当风向角为0°,小间距下的后柱,不但没有阻力,还会受到反向的摧力.还发现在串列情况下存在和双圆柱类似的临界间距,阻力和升力在临界间距附近有明显的突变.同时将本实验的结果和一些文献中的结果进行了比较.     

管间距对串联双圆柱表面压力分布特性的影响研究

对气液两相流中串联双圆柱表面压力分布特性进行了系统的实验研究 ,着重讨论了管间距的影响。实验双圆柱的间距比分别为 2 .0 ,3.0 ,4.0 ;截面含气率的范围为0～ 0 .3;来流雷诺数的范围为 3× 1 0 4 ～ 8× 1 0 4 。     

NUMERICAL INVESTIGATION ON FLOW-INDUCED VIBRATION OF TWO CYLINDERS IN TANDEM ARRANGEMENTS AND ITS COUPLING MECHANISMS

对雷诺数Re= 100 条件下串列双圆柱的流致振动进行了数值模拟. 圆柱的质量比m^*均为2.0,间距比L/D 为2.0 5.0. 考虑两种工况:(a) 上游圆柱固定,下游圆柱可沿横流向自由振动;(b) 上、下游圆柱均可沿横流向自由振动. 结果表明:无论上游圆柱静止或者振动,下游圆柱横向振幅明显大于单圆柱的. 工况(b) 的下游圆柱最大振幅要大于工况(a) 的,这是由于两圆柱均振动时,两圆柱之间耦合作用增强,上游圆柱的尾流和下游圆柱的振动之间“相互调节” 作用显著. 对工况(b) 的下游圆柱振动和间隙流之间的作用机制进行了详细的研究,发现当上游圆柱脱落的自由剪切层重新附着于下游圆柱上并且完全从间隙之间通过时,下游圆柱的振幅最大.     

基于格子Boltzmann方法的低雷诺数四圆柱绕流流动模式与受力特性模拟

利用格子Boltzmann方法模拟了雷诺数为100时,均匀来流条件下的二维菱形排布的四柱绕流现象,得到了不同柱间距比下的绕流流动模式及阻力变化规律。结果表明:圆柱互扰效应与柱间距比有关,当L/D≤1.2时为单钝体模式,圆柱互扰效应以临近效应为主;当1.2相似文献   

串列双圆柱流致振动的数值模拟及其耦合机制

对雷诺数Re= 100 条件下串列双圆柱的流致振动进行了数值模拟. 圆柱的质量比m*均为2.0,间距比L/D 为2.0 5.0. 考虑两种工况:(a) 上游圆柱固定,下游圆柱可沿横流向自由振动;(b) 上、下游圆柱均可沿横流向自由振动. 结果表明:无论上游圆柱静止或者振动,下游圆柱横向振幅明显大于单圆柱的. 工况(b) 的下游圆柱最大振幅要大于工况(a) 的,这是由于两圆柱均振动时,两圆柱之间耦合作用增强,上游圆柱的尾流和下游圆柱的振动之间“相互调节” 作用显著. 对工况(b) 的下游圆柱振动和间隙流之间的作用机制进行了详细的研究,发现当上游圆柱脱落的自由剪切层重新附着于下游圆柱上并且完全从间隙之间通过时,下游圆柱的振幅最大.      

大湍流度高雷诺数时并列双圆柱的平均和脉动压力分布

本文通过风洞实验研究了来流湍流度,Iu=10％雷诺数分别为Re=1.95×10~9和Re=6.5×10~5时单个圆柱和不同间距比下并列双圆柱的平均和脉动压力分布。结果表明:在Re=1.95×10~5时单个圆柱的平均压力分布类似于低湍流度高超临界雷诺数时的压力分布;当雷诺数增大至6.5×10~5时,绕圆柱表面流动的分离点前移和背压绝对值提高,总的阻力系数随之增加。并列双圆柱的间距比变化对圆柱表面压力分布影响很大,在极小间距比(N/d=1.05)时,双圆柱间的缝隙流使附近柱面产生高达-5的压力系数峰值(Re=6.5×10~5),同时脉动压力也大为增加;在较小间距比时(1.5     

表面台阶引起的高超声速湍流边界层分离

介绍了圆柱、方柱和二维台阶前干扰热流分布及油流和液晶热图的实验结果。来流马赫数Ｍ＿１＝５—９，雷诺数Ｒｅ＝（２—５）×１０￣７／ｍ，台阶高度与边界层厚度比ｈ／δ＝０．０６—　２．５．实验发现干扰压力和热流高峰值出现在台阶前０．１５倍台阶高度处的再附点附近，方柱台阶前压力和热流最高峰值不在中心线上，而在两侧角之内０．５倍台阶高度处附近，结果还表明干扰区几何特征参数，如分离距离、热流峰值和谷值点位置，与马赫数、雷诺数和台阶展宽无关，只随台阶高度线性增加。     

一端弹性支撑的串列双柱和并列双柱在气流中自由端的振幅响应

本文研究了一端弹性支撑的并列双柱和串列双圆柱在气流中自由端的振幅响应，与单圆柱相比，在小间距时，串列双圆柱中前柱的横向振幅受到较强的激励。而在大间距时，振幅受到抑制，特别当Ｌ／Ｄ＝３．５和４．０时，其振幅响应仅为单柱的１／３左右，而对于后柱，则在大间距时，纵向振幅响应有所增大，而且后柱的振幅响应要比前柱的大得多，而并列双圆柱的自由端振幅基本上受到抑制，在Ｔ／Ｄ＞３．０之后，干扰很快减小到接近单个圆     

多层刚架的分析——无剪力分配法

1.单跨多层刚架的计算图1(a)所示,单跨多层刚架,其中任一层柱AB、ab的角变位移方程为 M,。=41,。乡, 2‘,。6。一61月。刀,。(a) M。月=41,。8。 Zf月。0,一6‘,。刀,。(b) M。。=4iaoo。 Ziaoo。一61。。口,。(e) M。。=41。。8。 Zfaoo。一6‘a。刀,。(d)、少、.了(e(fQ,。61月刀(夕, 0。)一气竺刀ABQ。。一争‘“· “‘,-12fa、刀,B式中,￡=El/h,刀二J/h,J为柱两端的相对线位移. 横梁月a两端无相对线位移,其角变位移方程为MA一4‘“·OA十“‘A·e·不M。搜=4f通a夕。 Zf刀。0月,(1)尸.尸.尸_广毛·尸l_}BPO。5尸 由图1(b)的…     

最大偏心圆环空间自然对流传热的数值分析

采用正切圆坐标变换 ,对不同直径比以及上、下、侧面三种偏心位置 ,偏心率达到最大值± 1的变壁温水平圆柱环形封闭空间内空气的自然对流传热进行了数学模拟 ,求出的二维空间温度分布与实验拍摄相应的温度干涉条纹图片吻合良好。计算结果同时给出流线分布及内、外壁面的局部传热系数、热流量。并与现有的偏心率小于 1的有关资料作对比分析。数值计算的范围是 :2 .0× 1 0 2 ≤ Ra≤ 3 .0× 1 0 5,1 .3≤ Do/Di≤ 3 .8,Pr=0 .70 6,|ε|=1 .     

气液两相流中旋涡诱发圆柱振动时的脉动升力研究

一定条件下 ,垂直上升矩形截面管内的气液两相流横向冲刷水平布置的圆柱时 ,圆柱在与来流垂直的水平方向上受到了脉动升力的作用。本文在 1.6× 10 4到 6 .0×10 4的 Re数范围和 0到 0 .32的来流含气率范围内 ,进行了实验研究。实验中 ,流体工质为由空气和水混合而成的泡状流 ,采用弹性梁 -电阻应变式小力值传感器来测量圆柱受到的脉动升力 ,利用计算机对传感器的输出信号进行连续采集 ,采集频率为5 0 0 Hz。对由实验得到的脉动升力数据进行自功率谱分析 ,得出在两相流中只有在小于 0 .10～ 0 .12的来流含气率范围内 ,圆柱后部才会形成涡街 ,且此时的 Strouhal数随来流含气率的增大而增大 ;由脉动升力数据的均匀方根值算出脉动升力系数 C′L发现小 Re数时 C′L 随来流含气率的增大而增大 ,而在大 Re时 C′L 随来流含气率的增大先稍下降后再增大。     

碳纤维约束高强混凝土圆柱压弯构件非线性全过程分析

为分析塑性铰区碳纤维约束高强混凝土圆柱的抗震性能,编制了可得到荷载-位移曲线软化段的非线性全过程分析程序,保护层和箍筋约束混凝土采用Mander本构模型,碳纤维约束混凝土采用ACI 440.2R-08给出的本构关系,将程序计算结果与试验结果进行比较,两者吻合较好;利用该程序分析了轴压比、混凝土强度、碳纤维包裹长度及层数、纵筋配筋率等参数对碳纤维约束混凝土圆柱荷载-位移关系的影响规律,结果表明:当轴压比超过0.55后,柱构件的水平承载力开始降低,柱的破坏形式由延性的受拉破坏向脆性的受压破坏转变;剪跨比大于3的圆柱,碳纤维在塑性铰区包裹长度大干1.2倍柱直径时,即可达到与全柱包裹基本一致的效果;对混凝土强度为50 MPa～80 MPa的高强混凝土圆柱,以包裹3～4层碳纤维为宜;随着纵筋配筋率的增加,柱的水平极限承载力及延性均有所提高.