绕细长体空化器的垂直超空化流分析

对于绕轴对称细长体空化器的超空泡流问题,提出了一种积分方程方法.用奇异性离散化方法对积分方程进行了求解.在垂直来流时,考虑了Froude数对定常和非定常超空泡长度和形状的影响;比较了不同形状细长空化器的超空泡长度和横截面尺寸.应用时间有限差分离散化方法,计算了空化数变化时超空泡形状和长度的非定常变化.计算表明,空泡的形状变化具有时间滞后性和波动性.用Logvinovich空泡横截面独立膨胀原理对扰动波形沿空泡表面的传播过程作了定性分析.     

基于MEMS的细长体非对称涡控制机理研究

目前,微机电系统（MEMS）作为致动器和传感器已被广泛应用于航空航天领域中。MEMS器件具有很好的功能性、集成性、可控性和鲁棒性等等。根据MEMS器件的特性,采用NS数值计算技术,对细长体在大迎角飞行状态下的非对称涡进行了气动控制。分析了MEMS器件控制流场的机理和将非对称涡转变为对称涡的流场控制机理,获得了MEMS器件控制流场特性的宏观效果。研究表明：MEMS器件对控制大迎角细长旋成体非对称涡和复杂流场具有良好的控制能力。     

利用DES方法进行细长旋成体纵向俯仰大迎角气动特性的计算研究

在亚临界流动范围内,利用DES方法对俯仰细长旋成体的流动特性进行数值模拟,给出了细长旋成体在大攻角纵向俯仰中的截面流态特点。研究发现,迎角变化跨越对称至不对称流态的上仰运动会产生明显的气动力迟滞现象,推迟了非对称的产生迎角,并延缓了细长体背风面流态之间的过渡。对细长体大攻角运动气动分析在国内外研究尚少,研究成果对充分利用非定常气动力有指导意义。     

细长体大攻角非对称分离的数值模拟研究

对于旋成体大攻角非对称分离进行数值模拟.通过对DES方法和RANS方法模拟细长体非对称分离流动不同结果的比较,揭示了DES方法在大攻角分离流动模拟方面具有明显的优势,能充分模拟出大攻角分离的非对称特性.通过对比研究,说明DES方法是适合细长体非对称分离研究的数值方法.     

方柱绕流的大涡模拟

采用大涡模拟(LES)方法对雷诺数为2.2×104的方柱绕流流场进行了数值模拟.使用非交错网格的有限差分法,分别对准三维物理模型和真实三维物理模型求解不可压N-S方程,将沿流向方向方柱水平中心线上的时均速度的计算结果与实验数据进行了比较,结果表明,三维模型的模拟结果优于准三维模型的模拟结果.比较升力系数和阻力系数发现,与二维模拟(RNG)方法相比, 三维模拟的结果更加接近实验测试数据.     

前体不对称涡占空循环等离子体流动控制机理研究

针对大迎角状态下,流动绕过顶角为20°的圆锥-圆柱组合体模型产生的一对不对称分离涡,通过等离子体激励器对其进行主动控制,并对控制过程机理进行了分析。实验在实验段为3.0 m×1.6 m的低湍流风洞中进行,实验攻角是45°。基于圆锥体底部直径的雷诺数为50 000。等离子激励器为一对,分别位于实验模型顶部左右两侧,通过频率为10 Hz的占空循环调节,交替对流动产生扰动。实验数据表明,当带有占空循环的激励作用时,分离涡的变化成周期性趋势,并在两个相似于双稳态分离涡型态之间过渡。实验结果表明,当左右激励器在一个占空循环周期中交替开启时间相等时,几乎消除了原有不对称分离涡产生的侧力,实现对不对称分离涡稳定性的控制。     

近水面细长体的兴波问题

本文采用细长体假定,把三维的定常兴波问题化为沿船长步进的二维不定常兴波问题,自由面条件是非线性的。二维问题的计算应用边界元法,非线性的自由面条件用拉格朗日法表示,用有限差分近似。作为例子,本文计算了细长回转体的近水面兴波问题,细长比ε=D/L=0.10,绘出了波形、细长体的升力系数和阻力系数随Froude 数变化的曲线。为检验数值计算的合理性,进行了细长回转体模型的PMM 试验。试验结果与数值结果比较吻合。     

方柱绕流的大涡模拟

采用物理分步法对方柱绕流的流动分离现象进行了大涡模拟(LES).物理分步法将N-S方程剖分为对流、扩散及波动过程,对不同的物理过程分别采用适宜的方法进行求解.对流过程采用逆风——中心差分格式求解;扩散过程采用中心差分格式求解;压力方程采用SOR迭代法求解.计算的方柱四周的平均压力系数的分布与物理模型试验结果吻合良好;模拟的流动现象也得到了物理模型试验的证实.     

细长体绕流流态拓扑结构轴向演化的数值研究

运用数值方法研究了细长体大攻角绕流背风面两侧主涡沿轴向交替形成、飘起、脱落的过程,提出了绕流截面流态拓扑结构的轴向演化规律,详细描述了主涡诱导产生二次涡、二次涡分割主涡衍生出tertiary涡、主涡与异侧二次涡绕合、主涡分割异侧主涡形成脱体涡等现象,突出了二次涡、tertiary涡的作用.分析了攻角大小对拓扑结构的影响:随攻角增大,轴向演化进程加快,非对称性增强,非对称流态向头部靠拢,准定常流动区域向前体收缩.     

列车绕流的瞬态与稳态数值模拟对比

采用大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)和基于雷诺平均(Reynolds Average Navier-Stocks,RANS)的SST(Shear Stress Transport)k-ω湍流模型,分别对高速列车单车明线运行进行瞬态和稳态的仿真计算,通过与实车测试数据比较对数值模拟进行了验证.对比分析LES和RANS的计算结果发现:对于车头表面测压点,LES和RANS都能给出高精度的计算结果,且LES的瞬态计算结果表明,表面压力最大值在一个很宽的范围内波动;对于列车绕流结构,LES较RANS表现出更强的小尺度涡的捕捉能力,尤其表现在复杂的尾流区;通过气动力系数的傅里叶变换分析了波动的频域特性.LES在较复杂列车模型外流场模拟中的高计算精度,及其广泛的结果信息可以为列车的系统耦合设计提供可靠的数据参考.     

旋成体滚转过程中Bistable流场的数值模拟与实验

通过风洞测压与数值模拟研究了旋成体滚转过程。结果表明,侧向力的滚转角效应与模型加工精度有关;位于模型头部尖端一定量级的微扰动不仅能触发非对称,而且促使流场呈现Bistable状态。然而法向力无明显的滚转角效应。研究流场表明Bistable的左右两类涡系在结构上无明显差异,也并非完全的镜像状态。通过控制微扰动的周向位置可以获得期望的非对称多重涡流场。涡系诱导作用增强,对侧向力和法向力都有增值。     

A source term model of perturbation in a numerical study on flows around a slender body of revolution at a high angle of attack

A numerical study on flows around a slender body of revolution at a high angle of attack is conducted to investigate the influence of strength and circumferential angle of perturbation on flow asymmetry.A source term model is applied to simulate a real geometrical perturbation near the tip of the slender body.It can greatly facilitate the adjustment of perturbation strength.The results show that the bistable phenomenon does not appear any more at a small perturbation strength.For different perturbation strengths,the energy of the asymmetric perturbation flow experiences a similar spatial exponential growth regime with the same growth rate.The appearance of the bistable phenomenon is closely related to nonlinear saturation of the perturbation flow as perturbation strength increases.     

高雷诺数情况下钝体绕流的数值模拟

在高雷诺数 (Re=1× 1 0 4)情况下 ,利用流函数———涡量法在二维空间对半圆半椭圆的拼接体 (新月形覆冰导线的截面 )绕流流场的流动结构、涡的变化及气动力特性进行数值模拟 .将模拟过程用于圆柱体和半圆半椭圆拼接体 ,结果与前人的研究结果及试验值相吻合 ,验证了此数值模拟过程的合理性     

Kinematics and forces of a flexible body in Karman vortex street

Experiments of a flexible filament in the wake of a cylinder and in free stream were conducted in a vertical soap film tunnel. The experiments distinctly visualized the movement of the filament. Based on the experimental kinematic results, a 2-d panel method was used to calculate the forces acting on the filament. The experiment and numerical results revealed that different from that in free stream, the filament in Karman vortex street flapped at the same frequency as the vortex street, and with smaller amplitude and larger curvature. The filament suffered an evident thrust in Karman vortex street, while a drag appeared in the case of free stream. The dependence of the drag coefficient on the phase relation between the movement of the filament and the Karman vortex street was also studied. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 10832010) and Innovation Project of Chinese Academy of Sciences (Grant No. KJCX2-YW-L05)     

数值模拟圆柱统流旋涡生成、分离及演化

本文应用有限差分方法求解涡量－流函数形式的Ｎ－Ｓ方程，数值模拟了圆柱瞬时起动后流动分离，旋涡生成、脱落以及随时间推进涡街产生和长期非定常演化过程，包括对称涡的生成，二次涡形成的α结构及卡门涡街等．本文方法效率较高，数值模拟结果与实验结果吻合较好，可推广到模拟其他复杂钝体在中等或高雷诺数下的非定常绕流问题．     

新型非对称齿轮滚刀设计理论与方法

从齿轮啮合和滚刀设计的基本原理出发,提出了非对称渐开线圆柱齿轮滚刀的设计方法,推导了相应的计算公式,给出了计算实例,实现了非对称齿轮滚刀的参数化实体模型.根据齿轮加工原理,分别用面向对象的Visual Basic和Autolisp语言对非对称齿轮范成加工进行参数化编程,模拟仿真了非对称齿轮加工的包络过程.     

进气温度及冷流率对涡流管制冷性能的影响

采用基于实际生产应用的涡流管模型,以空气为介质,模拟分析了不同进气温度和冷流率对涡流管制冷性能的影响,结果表明：冷流率一定时,涡流管的冷端出口温度、热端出口温度、制冷温度效应及单位制冷量均随进气温度的升高而增大,而制冷效率基本不受温度影响;在相同进气温度下,涡流管的制冷温度效应、单位制冷量及制冷效率都随冷流率的增大呈先增大后减小的趋势;存在一个最佳冷流率范围使得制冷温度效应、单位制冷量、制冷效率最大,但它们各自的最佳冷流率范围不同。