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基于凹槽结构的导管螺旋桨梢部流动研究

船舶力学 2024年第6期28卷 866-876页

作者：金志辉王鹏董华超温志文丁永乐西安精密机械研究所西安710077 西北工业大学航海学院西安710072

针对导管螺旋桨的梢部流动,受压气机中“机匣处理”的启发,将矩形凹槽结构应用于导管内壁,用于降低导管螺旋桨梢涡强度和抑制梢涡空化,进而有望改善导管螺旋桨的水动力和空泡性能。采用计算流体力学方法,针对19A导管和Ka4-70螺旋桨有无... 详细信息

针对导管螺旋桨的梢部流动,受压气机中“机匣处理”的启发,将矩形凹槽结构应用于导管内壁,用于降低导管螺旋桨梢涡强度和抑制梢涡空化,进而有望改善导管螺旋桨的水动力和空泡性能。采用计算流体力学方法,针对19A导管和Ka4-70螺旋桨有无凹槽/不同凹槽结构进行非定常数值计算,研究凹槽结构对桨叶叶梢压力、梢涡强度、梢涡结构以及水动力性能的影响。结果表明:凹槽结构会明显改变导管螺旋桨梢部流场涡的形成,减弱梢涡强度,提高叶片梢部最小压力,并且对推进性能几乎没有影响。研究结果可为导管螺旋桨的梢涡控制以及减振降噪提供一种新的解决途径。

关键词：导管螺旋桨凹槽结构梢涡结构空泡机匣处理

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凹槽结构强化液滴合并弹跳的数值研究

表面技术 2024年第2期53卷 193-200页

作者：吴卫民郑佳宜王芳南京理工大学能源与动力工程学院电子设备热控制工信部重点实验室南京210094

目的为研究凹槽结构对液滴合并弹跳现象的影响,提高液滴自弹跳的速度和能量转化率。方法通过有限元方法模拟,研究了液滴在凹槽结构上的动态行为和槽深H、槽宽W及液滴尺寸对V型槽和矩形槽上液滴的弹跳速度、无量纲速度、表面能转化率... 详细信息

目的为研究凹槽结构对液滴合并弹跳现象的影响,提高液滴自弹跳的速度和能量转化率。方法通过有限元方法模拟,研究了液滴在凹槽结构上的动态行为和槽深H、槽宽W及液滴尺寸对V型槽和矩形槽上液滴的弹跳速度、无量纲速度、表面能转化率、动量和总动能的影响。结果凹槽内与槽外液滴间的合并弹跳包含液滴接触、产生液桥、三相线收缩和液滴弹离表面4个过程;宽高比相同时,液滴弹跳速度和表面能转化率均随液滴半径先增大后减小,凹槽宽高比为1.5,液滴合并弹跳半径为0.25 mm工况下表面能转化效率最高;矩形槽与V型槽,宽高比为1.5,液滴合并弹跳半径为0.25 mm时,液滴弹跳速度与表面能转化率随半径比先增大后减小,在半径比为1时达到峰值,二者表面能转化率最大值为27.87%和30.66%。槽宽恒定时,凹槽结构强化液滴合并弹跳存在最佳凹槽宽高比和最优弹跳半径,V型槽提升液滴弹跳效率比矩形槽高约12%。结论合并后液滴撞击V型槽侧壁的反作用力使液滴旁瓣较矩形槽更早受到侧壁面抑制而发生回流,从而提升了其能量转化效率,减少了液滴的振荡损失与黏性耗散。研究结果在设计高效的自清洁功能表面、提高冷凝表面换热效率、预防和抑制换热器表面结冰、成霜等工业领域有重要的应用意义。

关键词：凹槽结构超疏水表面液滴合并液滴弹跳强化有限元方法模拟

凹槽结构对冲击射流流场和声场特性的影响研究

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振动与冲击 2022年第22期41卷 105-112页

作者：齐龙舟冯和英赵鲲张俊龙王海涛杨成浩湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室湖南湘潭411201 中国空气动力研究与发展中心气动噪声控制重点实验室四川绵阳621000

采用数值模拟和试验研究相结合的方法探究了开槽斜板对射流冲击噪声及壁面横向射流尾迹的影响,并分析了其降噪机理。试验方面,采用PIV技术和远场传声器弧阵列在半消声室内测量了冲击射流流场和声场特性,数值模拟则采用分离涡模拟方法(de... 详细信息

采用数值模拟和试验研究相结合的方法探究了开槽斜板对射流冲击噪声及壁面横向射流尾迹的影响,并分析了其降噪机理。试验方面,采用PIV技术和远场传声器弧阵列在半消声室内测量了冲击射流流场和声场特性,数值模拟则采用分离涡模拟方法(detached-eddy simulation,DES)和FW-H声学比拟法相结合的混合方法,数值结果与流场/声场试验测量结果吻合较好。研究发现:冲击斜板的存在增加了冲击射流流场上游方向的声辐射;所有压比下,斜板表面凹槽结构都能够明显抑制横向流动,但只在NPR>2.5时,开槽斜板才能较好的抑制冲击射流噪声;开槽斜板主要是降低2500 Hz附近的纯音幅值,对3500~4500 Hz内的多个纯音基本不产生影响,因为凹槽结构会耗散掉冲击射流滞止区内的旋涡对,但不会影响射流剪切层涡脱落频率(3750 Hz)及该频率附近的纯音;开槽斜板对横向流动的抑制效果高达46%,且不同槽宽、槽深的开槽斜板均能够有效控制冲击射流横向流动尾迹。

关键词：尾迹流动控制冲击射流噪声抑制分离涡模拟(DES) PIV流场凹槽结构

凹槽结构强化超疏水表面液滴合并弹跳的动力学研究

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凹槽结构强化超疏水表面液滴合并弹跳的动力学研究

作者：吴卫民南京理工大学

学位级别：硕士

超疏水表面由于自身具有较低的表面能,可使液滴在表面上保持类球状,因而具有极高的运动性。当液滴在超疏水表面互相接触发生合并时,合并过程中会释放多余的表面能,其中一部分转化为液滴的弹跳动能,使液滴弹离表面,即为超疏水表面的液滴... 详细信息

超疏水表面由于自身具有较低的表面能,可使液滴在表面上保持类球状,因而具有极高的运动性。当液滴在超疏水表面互相接触发生合并时,合并过程中会释放多余的表面能,其中一部分转化为液滴的弹跳动能,使液滴弹离表面,即为超疏水表面的液滴合并弹跳行为。液滴合并弹跳行为大幅度提升了表面液滴的更新频率,从而强化传热。液滴合并弹跳的显著特点是,无需在外力(场)作用下即能使液滴弹离表面并发生扫掠现象,在表面自清洁、防冰抑霜、热二极管、雾水收集和发电等领域显示出巨大的应用潜力。但液滴合并弹跳发生的条件较为苛刻,液滴自身的物性参数、弹跳速度等对其最终能否脱离表面具有重大影响,因此,如何强化液滴合并弹跳,提高传热效率是未来研究的重中之重。在此基础上,本文以超疏水凹槽表面上的液滴为研究对象,通过数值模拟、理论分析和实验观测,系统地研究了超疏水凹槽表面上的液滴合并弹跳现象及其影响因素,揭示了凹槽形状、几何尺寸、液滴尺寸和表面张力等对液滴弹跳速度和表面能转化率的影响规律,相关研究成果对设计高效的自清洁功能表面、提高冷凝表面换热效率、预防和抑制换热器表面结冰、成霜等工业领域有重要的应用意义。采用数值模拟和实验观测研究了超疏水平面和凹槽表面上的液滴合并弹跳过程,研究结果表明,液滴弹跳过程可分为液桥生长、液桥撞击壁面、三相线收缩和液滴弹跳四个阶段,其中液滴内部的拉普拉斯压力差和壁面的反作用力为液滴弹离表面的主要驱动力,液桥撞击壁面是液滴合并后是否发生弹跳的必要条件。矩形槽的直角型槽脊可增大合并液滴的内部扰动及拉普拉斯压力差,提高液滴表面能转化率;V型槽的钝角型槽脊及侧壁的协同作用,增大了液滴的内部扰动及压差,抑制了液滴的横向膨胀,从而减小了液滴弹跳前的粘性耗散。梯形槽则在直角槽脊和凹槽侧壁协同作用下,当凹槽槽宽、宽高比和液滴合并半径相同时,液滴的表面能转化率分别是矩形槽与V型槽的1.65倍和1.5倍。此外,梯形槽较矩形槽与V型槽对大液滴的弹跳速度和表面能转化率表现出极显著的提升效果。矩形槽、V型槽和梯形槽提高液滴合并弹跳速度和表面能转化率与槽宽、槽深和液滴半径有关,存在最佳宽高比和最优液滴合并半径。槽宽不变时,凹槽结构强化液滴合并弹跳最佳宽高比为W/H=1.5;凹槽宽高比不变时,液滴最优合并半径随槽宽增大而增大,且液滴半径R>0.5W时,液滴弹跳速度和表面能转化率随液滴半径增大而减小。液滴合并弹跳的半径比ω对液滴合并形态、液滴弹跳速度及表面能转化率有重要影响。液滴初始合并半径RL相同,凹槽宽高比恒定时,液滴弹跳速度和表面能转化率随液滴半径比ω先增大后减小,并在ω=1时达到最大值。这说明非等直径液滴合并相比等直径液滴合并不利于液滴弹跳。在相同凹槽宽高比和液滴合并半径下,液滴弹离表面时间随表面张力增大而减小,该趋势随液滴合并半径增大而愈显著;当凹槽宽高比和液滴合并半径相同,液滴弹跳速度随表面张力增大而增大,W/H=1时,液滴弹跳速度和表面能转化率随液滴半径增大而减小,W/H>1时,液滴弹跳速度和表面能转化率随液滴半径先增大后减小,且在W/H=1.5时,液滴表面能转化率有最大值45.99%。

关键词：凹槽结构超疏水表面液滴合并弹跳凹槽宽高比液滴尺寸表面张力

凹槽结构对泵喷推进器梢涡控制效果及规律研究

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船舶力学 2021年第12期25卷 1594-1605页

作者：张凯叶金铭张颖军海军潜艇学院山东青岛266042 海军工程大学舰船与海洋学院武汉430033

为了研究不同凹槽形式对泵喷推进器的梢涡控制效果,在导管内壁开设不同形式的凹槽结构,采用数值计算方法,分析凹槽的特征参数对梢涡控制效果的影响。结果显示:导管凹槽能够有效地削弱梢涡强度,梢涡控制效果随着凹槽轴向长度、周向宽度... 详细信息

为了研究不同凹槽形式对泵喷推进器的梢涡控制效果,在导管内壁开设不同形式的凹槽结构,采用数值计算方法,分析凹槽的特征参数对梢涡控制效果的影响。结果显示:导管凹槽能够有效地削弱梢涡强度,梢涡控制效果随着凹槽轴向长度、周向宽度和径向深度,以及凹槽数量的变化而发生改变。该研究结果可为泵喷推进器梢涡控制和导管凹槽优化选型提供新的技术路径和技术支撑。

关键词：导管内壁特征参数梢涡强度凹槽结构泵喷推进器

凹槽结构对飞机制动盘制动过程中温度场和应力场的影响

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现代机械 2022年第5期 22-27页

作者：于洋黄崇莉汪涛潘晓阳李猛陕西理工大学机械工程学院陕西汉中723000

为研究动盘表面凹槽结构对制动盘在制动过程中温度场和应力场的影响,针对飞机多圆盘式刹车装置建立了有限元计算模型,分析了动盘表面凹槽结构对其温度场和应力场的影响,并利用ABAQUS对其进行仿真分析。仿真计算得到的温度场和应力场分... 详细信息

为研究动盘表面凹槽结构对制动盘在制动过程中温度场和应力场的影响,针对飞机多圆盘式刹车装置建立了有限元计算模型,分析了动盘表面凹槽结构对其温度场和应力场的影响,并利用ABAQUS对其进行仿真分析。仿真计算得到的温度场和应力场分布与实际情况基本吻合,证明了所建立模型的合理性和可行性,之后对动盘表面凹槽结构对刹车装置温度场和应力场的影响进行了分析,研究结果表明:动盘表面的凹槽结构会使制动盘在制动过程中的温度升高,并且其内部会在制动过程中产生更大的应力梯度。

关键词：制动盘凹槽结构温度场应力场

基于NSGA-Ⅱ算法的二维翼型凹槽结构优化

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工程热物理学报 2019年第4期40卷 804-807页

作者：杨筱沛王威蒋博彦王军华中科技大学能源与动力工程学院武汉430074

凹槽技术等被动控制方式可有效改善流动分离.本文利用凹槽处理对NACA4506翼型流动分离计算研究。采用NSGA-Ⅱ算法与计算流体力学(CFD)相结合的方法,将凹槽起始位置、凹槽宽度和凹槽深度作为优化对象,提升升阻比、降低翼型阻力为优化目标... 详细信息

凹槽技术等被动控制方式可有效改善流动分离.本文利用凹槽处理对NACA4506翼型流动分离计算研究。采用NSGA-Ⅱ算法与计算流体力学(CFD)相结合的方法,将凹槽起始位置、凹槽宽度和凹槽深度作为优化对象,提升升阻比、降低翼型阻力为优化目标,寻找最优凹槽结构.结果表明:NSGA-Ⅱ算法可以在翼型优化上实现快速寻优,并获得翼型最优凹槽结构.优化完成时,翼型升阻比提升5.941%,阻力系数减少6.12%,翼型尾缘分离出现起始位置后移2.08%,后缘分离得到改善。该结构对其他攻角具有一定减阻效果.

关键词： NACA4506 NSGA-Ⅱ算法凹槽结构优化

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带凹槽结构的涡轮泵平衡活塞工作特性分析

火箭推进 2022年第1期48卷 45-52页

作者：党枭睿许开富金路黄锡龙西安航天动力研究所陕西西安710100

在涡轮泵中设计平衡活塞结构是用来平衡轴向力的重要方法之一,平衡活塞通过调节涡轮泵叶轮和壳体间隙的压力分布降低轴向力大小,而在平衡活塞内增设凹槽结构则可以更好地平衡轴向力、扩大平衡轴向力的工作范围。针对凹槽结构的工作特性... 详细信息

在涡轮泵中设计平衡活塞结构是用来平衡轴向力的重要方法之一,平衡活塞通过调节涡轮泵叶轮和壳体间隙的压力分布降低轴向力大小,而在平衡活塞内增设凹槽结构则可以更好地平衡轴向力、扩大平衡轴向力的工作范围。针对凹槽结构的工作特性研究问题,建立了带不同凹槽结构的平衡活塞后泄漏流道数值仿真模型,并根据仿真结果对平衡活塞后泄漏流道内的压力分布、流动特性和敏感性进行分析。数值仿真结果表明:凹槽结构带来的进出口轴向速度,即转静空腔径向速度增加导致平衡活塞后泄漏流道总流阻降低,泄漏流量增加,迷宫密封处压降升高。流经凹槽结构的流体角动量和切向速度降低是径向压差降低的主要原因。凹槽结构上半部分对于平衡轴向力起主要作用,下半部分则无明显平衡轴向力效果。此外,轴向力对凹槽宽度变化十分敏感,凹槽深度变化则对其影响较小。

关键词：平衡活塞凹槽结构数值仿真压力分布流动特性敏感性分析

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叶片前缘凹槽结构气膜冷却特性数值研究