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镜像对称顶盖驱动方腔内流过渡流临界特性研究

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力学学报 2022年第9期54卷 2409-2418页

作者：安博孟欣雨桑为民西北工业大学航空学院西安710072 中国空气动力研究与发展中心结冰与防除冰重点实验室四川绵阳621000 翼型、叶栅空气动力学国家重点实验室西安710072

流场过渡流临界特性是指流场因流动状态改变而引起的流场物理特性变化.如流动从定常演化为非定常周期性时,流动处于过渡状态的物理性质.它从根本上决定了流动演化模式和流场特性等物理规律,对认清流动现象的形成机理有重要意义.本文在... 详细信息

流场过渡流临界特性是指流场因流动状态改变而引起的流场物理特性变化.如流动从定常演化为非定常周期性时,流动处于过渡状态的物理性质.它从根本上决定了流动演化模式和流场特性等物理规律,对认清流动现象的形成机理有重要意义.本文在之前腔体内流流场过渡流临界特性研究的基础上,针对镜像对称顶盖驱动方腔内流开展数值模拟和流场稳定性分析研究,捕捉各流动分岔点,如Hopf流动分岔点和Neimark-Sacker流动分岔点等,并揭示其对流场特性的影响;分析流场演化模式,随着雷诺数增大从定常状态依次演化为非定常周期性流动、准周期性流动和湍流;揭示各种流动现象的形成机理,如流动滞后、对称性破坏、能量级串等;分析流场拓扑结构,阐明流场镜像对称性和流场稳定性的关系.本文研究成果有助于揭示该流场的物理特性,进一步完善了内流流场特性的研究.研究发现,针对本文镜像对称方腔顶盖驱动内流,流场稳定性的破坏总是以Hopf流动分岔点的出现而发生并且伴随着流场对称性的破坏;流场演化模式符合经典的Ruelle-Takens模式;流动从定常状态演化至非定常周期性流动时存在流动滞后现象.

关键词：镜像对称顶盖驱动方腔过渡流临界特性流场稳定性流场对称性流动分岔点

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深纵比对方腔过渡流临界特性的影响研究

力学学报 2023年第6期55卷 1247-1256页

作者：安博孟欣雨郭世鹏桑为民西北工业大学航空学院西安710072 中国空气动力研究与发展中心结冰与防除冰重点实验室四川绵阳621000 翼型、叶栅空气动力学国家重点实验室西安710072

流场过渡流临界特性是指流场因流动分岔而引起的流动状态和流场物理特性变化.它从根本上决定了流动演化模式和流场特性等物理规律,对解释复杂流动现象意义重大.文章针对不同深纵比(R∈[0.1,2.0])的顶盖驱动方腔内流开展数值模拟和流场... 详细信息

流场过渡流临界特性是指流场因流动分岔而引起的流动状态和流场物理特性变化.它从根本上决定了流动演化模式和流场特性等物理规律,对解释复杂流动现象意义重大.文章针对不同深纵比(R∈[0.1,2.0])的顶盖驱动方腔内流开展数值模拟和流场稳定性分析研究.预测Hopf,Neimark-Sacker和period-doubling流动分岔及湍流始现的临界雷诺数;分析流场演化模式,发现对应不同的深纵比,有些流动遵循经典的Ruelle-Takens模式,有些流动则会由周期性流动跃变至湍流;捕捉和分析各种流动现象,如流场稳定性丧失、能量级串、流场拓扑结构变化规律等.研究成果对于揭示深纵比这一几何参数对腔体内流过渡流临界特性的影响规律意义重大,进一步完善了内流流场特性的研究.研究发现,Moffatt效应不仅存在于拥有尖锐夹角的内部流动中,也出现于挤压拉伸的狭长空间;无论是深腔还是浅腔,流场稳定性最初的破坏总是以Hopf流动分岔的出现而开始;就浅腔(R流场稳定性变得越来越容易被破坏;就深腔(R>1.0)而言,相较于经典方腔驱动内流(R=1.0),流场稳定性更容易丧失;沿纵向的几何外形拉伸并不是提升流场稳定性的强制约束.

关键词：顶盖驱动方腔流动过渡流临界特性流场稳定性深纵比流动分岔

常规岛凝结水调节阀在小流量工况下的流场特性研究

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汽轮机技术 2023年第4期65卷 241-246,255页

作者：张贤王凯孟维岩张洪泰张磊袁威国核电力规划设计研究院有限公司北京100089 华北电力大学能源动力与机械工程学院保定071000

为研究小流量工况下常规岛凝结水调节阀内部流场特性及能量耗散过程,以某新型国产调节阀及其管路系统为研究对象,建立三维瞬态仿真模型。选择电厂实际运行中存在工况,分析和探讨小流量工况下的调节阀流动特性,并通过速度功率谱密度对可... 详细信息

为研究小流量工况下常规岛凝结水调节阀内部流场特性及能量耗散过程,以某新型国产调节阀及其管路系统为研究对象,建立三维瞬态仿真模型。选择电厂实际运行中存在工况,分析和探讨小流量工况下的调节阀流动特性,并通过速度功率谱密度对可引起调节阀流致振动的流场激振力进行研究。结果表明:多级套筒孔式结构为调节阀的主要压降机构,且各级槽道承担压降不均匀,其中第Ⅰ级承担压降份额最大,约为总压降的70%,并逐级递减;随着阀门入口压力上升,最大流速逐渐增大,流场稳定性下降,但整体流场分布相似;新型国产调节阀设计的迷宫环路使得不同槽道间的流体相互掺混,能量不断耗散,流场均匀性增强,有利于流场稳定;调节阀流体激振力主要在多级套筒孔式结构附近及内部迷宫环路,其中环路部分的振动强度和频率均高于相邻槽道,振动均为低频振动,集中在0~20Hz的低频波段,其可造成流致振动和阀内噪声。

关键词：凝结水调节阀多级套筒孔式结构流场稳定性功率谱密度激振力

高超声速飞行器环形喷流减阻降热数值模拟研究

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高超声速飞行器环形喷流减阻降热数值模拟研究

作者：张道毅哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

高超声速飞行器因其超快的飞行速度和优秀的突防能力等因素被各国所重视,逐渐应用于军用和民用的领域,然而高超声速飞行器在运作期间其机体前端会产生类似弓形的激波层,这大大增加了飞行器的飞行阻力和气动热,因此高超声速的减阻降热是... 详细信息

高超声速飞行器因其超快的飞行速度和优秀的突防能力等因素被各国所重视,逐渐应用于军用和民用的领域,然而高超声速飞行器在运作期间其机体前端会产生类似弓形的激波层,这大大增加了飞行器的飞行阻力和气动热,因此高超声速的减阻降热是高超声速飞行器总体设计中要考虑的重要内容,同时环形喷流、中心喷流和脉动喷流等概念的引入推动了对逆向喷流不稳定的长穿透喷流模式的研究,本文在控制喷流质量不变的基础上,通过改变喷口尺寸来研究了环形及组合喷流对高超声速飞行器减阻降热等方面的影响。介绍了Navier-Stokes控制方程、和SST湍流模型并对高超声速半球头体二维喷流模型进行了数值模拟仿真,之后将有关文献中的试验结果数据与模拟结果进行了比对,从而验证了计算方法的可靠性。在5.8马赫下,控制喷流质量不变,对不同喷口尺寸的环形以及组合喷流模型进行了数值模拟仿真,分析其阻力系数随喷压比的变化以及其壁面热流和流场结构后发现环形喷流及其组合喷流均会对逆向喷流模态的转换产生影响,组合喷流中,环形喷口尺寸越大,中心喷口尺寸越小,长短穿透模式转换的临界喷压比也就越大;且环形喷流相对中心喷流有更好的降热效果。研究了环形喷流和组合喷流对流场稳定性提升的影响,建立了中心喷流、环形喷流和组合喷流的长模态喷流模型物理模型,并在2.5马赫的边界条件下对其进行了数值模拟仿真,通过分析其阻力系数随时间变化的关系和流场结构变化,研究发现环形喷流和组合喷流均对逆向喷流的长穿透模态喷流流场稳定性有提升作用,环形喷流对流场稳定性的提升主要是通过改变喷流穿透模态而影响的;而组合喷流对流场稳定性的提升则是由于喷流形成的回流区被环形喷口喷出的流体隔离成两部分,从而提高了流场的稳定性,且组合喷流喷口尺寸改变对流场稳定性有影响,存在着最佳喷口尺寸使得流场结构振荡趋近为无。研究了将脉动喷流和组合喷流结合后对流场稳定性提升的影响,通过对不同的脉动喷流压力变化周期和幅度进行数值模拟研究发现,在较高的脉动频率和脉动压力下,脉动喷流和组合喷流组合起来对流场稳定性有进一步的提升作用,但是错误的脉动喷流组合会降低流场的稳定性。

关键词：高超声速流长短穿透模态转换流场稳定性环形喷流组合喷流

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织物喷雾上浆雾化质量评价

纺织学报 2021年第12期42卷 90-96,102页

作者：王博文林森明岳晓丽钟毅陈慧敏东华大学机械工程学院上海201620 东华大学纺织科技创新中心上海201620

为衡量织物喷雾上浆工艺参数配置的合理性,对织物喷雾上浆雾化质量进行了量化。首先介绍了织物上浆液的特性,给出浆液雾化流场图像的获取方法和预处理过程;然后计算了雾化流场喷雾角和喷雾图像相似度,评价浆液雾化流场的稳定性;最后,以... 详细信息

为衡量织物喷雾上浆工艺参数配置的合理性,对织物喷雾上浆雾化质量进行了量化。首先介绍了织物上浆液的特性,给出浆液雾化流场图像的获取方法和预处理过程;然后计算了雾化流场喷雾角和喷雾图像相似度,评价浆液雾化流场的稳定性;最后,以相对喷嘴同一位置处的局部喷雾图像为计算区域,计算雾化粒径并统计雾化粒子数量,分析了液滴颗粒的分布,评价了浆液雾化流场的均匀性。结果表明:浆液雾化流场的稳定性评价和均匀性评价,从不同尺度量化了织物喷雾上浆雾化质量,揭示了高黏度浆液的稳定运动状态;通过探究入射在织物表面的浆液小液滴的大小及其分布,为织物喷浆工艺参数的微量调整、织物喷浆质量的在线评价提供参考。

关键词：喷雾上浆雾化质量织物上浆液流场稳定性流场均匀性

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速冻机宽度方向上流场的实验分析

热能动力工程 2018年第4期33卷 110-114页

作者：王金锋李文俊谢晶陆卫华农业部冷库及制冷设备质量监督检验测试中心上海201306 上海海洋大学食品学院上海201306 上海冷链装备性能与节能评价专业技术服务平台上海201306 南通四方冷链装备股份有限公司江苏南通226371

在速冻机宽度方向上,速冻机两侧的冻品冻结速率远大于速冻机中心,为解决速冻机宽度方向上冻品冻结速率不均匀的问题,通过实验分析沿速冻机宽度方向上冻结速率差别较大的原因及速冻区域内气流的稳定性。研究表明：在速冻机宽度方向上,速... 详细信息

在速冻机宽度方向上,速冻机两侧的冻品冻结速率远大于速冻机中心,为解决速冻机宽度方向上冻品冻结速率不均匀的问题,通过实验分析沿速冻机宽度方向上冻结速率差别较大的原因及速冻区域内气流的稳定性。研究表明：在速冻机宽度方向上,速冻机中心流速最低,两侧流速最高;靠近压力出口,喷嘴出口流速为19.11 m/s;远离压力出口,喷嘴出口流速为14.03 m/s。测点S_1、S_2、S_3和S_4的速度不均匀度为32%、99.92%、31.81%和79.62%。速度不均匀度是引起冻结速率不同的关键因素。速冻区域内气流的不稳定性会削弱换热,降低冻结速率,测点S_1、S_2、S_3和S_4的速度极差数值反映了气流的波动性。波动性最小的是S_1点,极差最小值为0.69 m/s。

关键词：速冻机条缝喷嘴流场不均匀性流场稳定性

基于特殊工况的高低温试验箱温场流场特性分析及应用研究

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基于特殊工况的高低温试验箱温场流场特性分析及应用研究

作者：解家顺中北大学

学位级别：硕士

虽然高低温试验箱在各行各业已有大量应用,但在某些特殊工况下,如高电压、高盐雾等环境,高低温实验箱还需定制研究。在该背景下,本文依托实际的项目需求,重点解决高电压工况下高低温试验箱的定量分析和优化问题。首先针对高电压工况容... 详细信息

虽然高低温试验箱在各行各业已有大量应用,但在某些特殊工况下,如高电压、高盐雾等环境,高低温实验箱还需定制研究。在该背景下,本文依托实际的项目需求,重点解决高电压工况下高低温试验箱的定量分析和优化问题。首先针对高电压工况容易发生击穿事故,设计了一种灌封块结构,解决了高压隔离问题,并将灌封块与温箱内空间结合,对温箱整体机械结构进行了设计,计算温箱稳态负荷,得到温度与负荷的函数关系;新的结构对温箱的温度传递会产生影响,故而通过仿真分析,对温箱内空间结构进行优化,得到了一种最优结构;在最优结构的基础上,对送风流量展开定量分析,通过仿真结果的对比,得到最优送风方案;为验证温箱结构的正确性,进行组件选型,开展实物的制作;在实物制作的基础上,开展相关实验,将实验结果与仿真结果进行对比,验证整套系统设计的正确性。仿真结果表明,当温箱内空间圆角R=100mm时,温箱的温场均匀度最好,温差范围最小,且压差维持在较低的水平;在所选的4种送风方案中,当送风速度为1.8m/s时,瞬态工况研究中系统温度的均匀度可以达到?2℃,压差不超过5Pa,系统的均匀度和稳定度都可以达到预期要求,所选的方案在-40℃85℃都可以适用,整个系统满足设计要求。在进行其他送风方案仿真时,系统的温差和标准差都偏大,经研究分析,这是由于送风速度过小会导致系统内热交换不足,送风速度过大会导致热量流失过快,系统温度动态平衡不是最佳状态。连续仿真结果表明,在既定送风方案下系统的温升速率可以达到3℃/min,温降速率可达到2℃/min。实验结果表明,在最佳送风速度方案下,系统的稳态温度工况和连续实验工况都可以达到设计要求,送风速度与温度极差也满足二次函数关系,实验数据曲线与理论温升、温降函数曲线的温度误差基本维持在2℃以内,系统的温度均匀度和流场稳定度都达到设计要求,这些都为后面电子器件的测试提供了理论和数据支撑,方便后续的深入研究。

关键词：高电压高低温模拟系统温场均匀度流场稳定性送风方案实验研究

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水泥气力卸船机分离器的设计与研究

水泥气力卸船机分离器的设计与研究

作者：许胜涛合肥工业大学

学位级别：硕士

随着建设需求的不断提升,水泥卸船效率的不足,导致港口卸船占据了大量的时间和空间,且经常导致环境的污染,主要原因是水泥与空气分离效率不足。为了提高水泥分离器的卸船效率,需要设计出合理结构和大小的分离器,并且能够满足卸船效率需... 详细信息

随着建设需求的不断提升,水泥卸船效率的不足,导致港口卸船占据了大量的时间和空间,且经常导致环境的污染,主要原因是水泥与空气分离效率不足。为了提高水泥分离器的卸船效率,需要设计出合理结构和大小的分离器,并且能够满足卸船效率需求和绿色环保理念。本文通过查询国内外分离器的发展现状,对分离器内水泥颗粒进行力学分析,并得到水泥颗粒运动的影响因素。针对这些影响因素,借助ANSYS Fluent软件,Euler气固两相流分离模型的数值模拟方法,考察分离器入口大小、入口形状、入口数量、入口对称性、筒体直径、筒体竖直部分与锥形部分高度比以及筒体锥形部分倾角等方面对分离器内水泥颗粒沉淀量、出口逃逸和混返量、流场稳定性以及运动轨迹等的影响规律。得出以下结论:(1)在水泥颗粒等微小颗粒气固两相分离中,旋风分离能合理的利用了分离器内高速运动的两相流体运动而分离开来,效率普遍比其他方式好。(2)在入口流量和筒体大小相同等条件下,分离器的分离效率与入口大小、入口形状、入口数量、入口对称性等有关。在入口轴向宽度为0.4m、径向宽度为0.25m、入口流速为10m/s、双入口轴对称分布的条件下分离器的性能更好、流场更稳定、混返和逃逸颗粒量更少、分离效率更高。(3)在入口流量和大小相同等条件下,分离器的分离效率与筒体直径、筒体竖直部分和锥形部分高度比、筒体锥形部分倾角等有关,但对流场的稳定性影响较小。在筒体直径较大不利于颗粒的沉淀效率,筒体直径较小出口颗粒逃逸量较多;高度比越大分离效果越低,高度比越小出口颗粒逃逸量越大;合理的范围内增加筒体锥形部分倾角有利于提升分离效果和降低混返现象。综合这些影响规律,设计出了合理结构和大小的分离器,再结合数值模拟结果表明设计出的分离器满足港口高效率、占用空间小和绿色环保的设计要求。

关键词：水泥分离器卸船效率气固两相流动数值模拟流场稳定性

航天高低温环境模拟试验台温场和流场特性的模拟优化和实验研究

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航天高低温环境模拟试验台温场和流场特性的模拟优化和实验研究

作者：李冬冬上海交通大学

学位级别：硕士

空间高低温环境的模拟试验是保证空间飞行安全性和可靠性的重要保障。要实现空间高低温环境的地面模拟,对航天机构进行性能检测和结构优化,保证空间运行能够顺利进行,设计和研制能够满足特定环境模拟试验要求的高低温环境模拟试验系统... 详细信息

空间高低温环境的模拟试验是保证空间飞行安全性和可靠性的重要保障。要实现空间高低温环境的地面模拟,对航天机构进行性能检测和结构优化,保证空间运行能够顺利进行,设计和研制能够满足特定环境模拟试验要求的高低温环境模拟试验系统成为问题的关键。本文根据航天试验的环境要求和任务需要,对高低温模拟试验系统进行了理论计算、模拟分析和实验研究,对系统的温场环境及气流组织等关键性问题进行研究和优化,并在此基础上,设计了一套稳态高低温环境模拟试验台,对其运行过程中的温场和流场的特性进行了实验研究。通过分析研究,得到的主要结论为:试验空间内的温场和流场的均匀性和稳定性的分析与优化,主要是针对送风系统中的送风孔板气流组织进行模拟分析与优化,设计了非均匀布孔方式优化方案,并优化送风风量,使得气流更为均匀地进入环境模拟实验箱内部,较好的改进试验空间内的温场均匀性和流场稳定性。通过模拟分析知,优化后的孔板气流组织形式下,可以使进入空间温场内的气流速度小于1.3m/s,温度均匀度达到较好的±1.5K,可以获得均匀性和稳定性较优的温场和流场,优化方案在-100℃135℃整个温度范围内具有普适性。通过实验,验证了该气流组织和送风流量的优化能很好的改善温场和流场的均匀性与稳定性,使得空间内部的温度梯度在不同温度工况下都能保持±3K以内,最大压力差保持在50Pa以下,减小空气流动对内部被测件的影响,保证地面模拟过程的真实性和可靠性。实验研究表明,设计研制的环境模拟系统和经过优化的孔板气流组织能够完全满足不同温度试验工况下对温度均匀性和流场稳定性的要求,达到了设计目的,为后期的试验提供有利的保障。

关键词：高低温环境温场均匀性流场稳定性气流组织