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高雷诺数下串列粗糙三圆柱的流致振动试验研究

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振动与冲击 2024年第6期43卷 280-287,319页

作者：李怀军孙海哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院哈尔滨150001

通过试验研究了高雷诺数下串列粗糙三圆柱的流致振动,分析与探讨了刚度、间距比对各个圆柱振幅响应、频率响应、位移频谱的影响,并与串列粗糙双圆柱的结果进行对比,揭示了干扰圆柱数量的增加对受扰圆柱流致振动的影响规律。研究结果表明... 详细信息

通过试验研究了高雷诺数下串列粗糙三圆柱的流致振动,分析与探讨了刚度、间距比对各个圆柱振幅响应、频率响应、位移频谱的影响,并与串列粗糙双圆柱的结果进行对比,揭示了干扰圆柱数量的增加对受扰圆柱流致振动的影响规律。研究结果表明:在初始分支,上游圆柱对下游圆柱有强烈的屏蔽作用,而在上端分支,出现下游圆柱振幅超过上游圆柱的现象;在上端分支和过渡区域,低刚度条件下,下游圆柱干扰数量的增加可以明显降低上游圆柱的振动频率;在涡激振动区域,下游干扰圆柱数量的增加几乎不影响上游圆柱的振幅;在驰振区域,上游圆柱干扰数量的增加降低了下游圆柱的振幅,并随着刚度的增加对下游圆柱振幅的降低程度下降;间距比对串列粗糙三圆柱的流致振动响应具有显著影响。

关键词：涡激振动驰振串列三圆柱振动响应

底隙对装药发射安全性影响机理的数值模拟研究

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爆炸与冲击 2024年第3期44卷 131-143页

作者：吴世博陈卫东路胜卓吴培文孙明武焦子腾哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院黑龙江哈尔滨150001

为研究底隙对装药发射安全性的影响机理,基于物质点法建立了冲击载荷下受底隙影响的热-力-固耦合装药燃烧模型。该模型模拟的PBX装药底部温度与实验结果基本一致,验证了模型的正确性。采用该模型模拟了不同底隙厚度时Composition B(COM... 详细信息

为研究底隙对装药发射安全性的影响机理,基于物质点法建立了冲击载荷下受底隙影响的热-力-固耦合装药燃烧模型。该模型模拟的PBX装药底部温度与实验结果基本一致,验证了模型的正确性。采用该模型模拟了不同底隙厚度时Composition B(COM B)装药的炮弹发射过程,分析了装药温度变化规律。结果表明:发射过程中,COM B装药温度从底部到顶部逐步降低,装药底部最可能出现点火反应;装药底部温度随着底隙厚度的增加而升高。弹底载荷峰值为324.7 MPa时,COM B装药处于安全状态的底隙厚度不超过0.062 cm。底隙中的空气在发射过程中被压缩,其温度极速升高,导致相邻的装药底部易出现点火反应。

关键词：底隙装药发射安全性物质点法

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可渗透喷管壁面开孔角度对推力性能影响的数值研究

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固体火箭技术 2024年第2期47卷 199-207页

作者：靳雨祺薛玉琴李程珂关奔王革哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院哈尔滨150001

可渗透喷管是一种新型的高度补偿喷管,能够实现自适应高度补偿,具有连续补偿能力,在单级入轨技术领域极具潜力。该研究对可渗透喷管流动进行数值模拟,描述了可渗透喷管流场特征及推力性能,探讨了可渗透喷管壁面开孔角度在30°~145°范... 详细信息

可渗透喷管是一种新型的高度补偿喷管,能够实现自适应高度补偿,具有连续补偿能力,在单级入轨技术领域极具潜力。该研究对可渗透喷管流动进行数值模拟,描述了可渗透喷管流场特征及推力性能,探讨了可渗透喷管壁面开孔角度在30°~145°范围内变化时对喷管波系结构与性能的影响规律。结果表明,过膨胀状态下开孔角度过大或过小会影响喷管的补偿能力,在欠膨胀状态下开孔角度越小喷管的推力损失越小,落压比NPR=70.00时喷管的补偿效果最佳,推力系数可提升24.5%以上。依据最优全弹道性能原则,性能最优的开孔角度为30°。

关键词：可渗透喷管高度补偿过膨胀流动分离波系

沸腾传热数值模拟方法及多管耦合应用特性研究

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核动力工程 2024年第2期45卷 130-138页

作者：张振国谭思超李小畅刘思超冯艺黄玉健田瑞峰哈尔滨工程大学核科学与技术学院哈尔滨150001 哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院哈尔滨150001

针对直流蒸汽发生器(OTSG)中全流型沸腾传热及一、二次侧耦合换热等复杂物理现象,计算流体动力学(CFD)数值分析普遍面临计算难度大、计算效率低及不确定性大等问题。基于欧拉两流体多相流模型与临界热流密度(CHF)壁面沸腾模型,建立了管... 详细信息

针对直流蒸汽发生器(OTSG)中全流型沸腾传热及一、二次侧耦合换热等复杂物理现象,计算流体动力学(CFD)数值分析普遍面临计算难度大、计算效率低及不确定性大等问题。基于欧拉两流体多相流模型与临界热流密度(CHF)壁面沸腾模型,建立了管内全流型流动沸腾传热数值分析模型,并验证了模型的有效性。基于所验证的模型,开展了数值模型在多管耦合传热下的应用特性研究,明确了该数值模拟方法在多管耦合下的可靠性,并对温度与相分布计算结果对相间作用力模型的敏感性进行了数值分析。研究结果表明:基于欧拉两流体多相流模型与CHF壁面沸腾模型,能够较准确地预测管内水介质由过冷到过热的全流型流动沸腾传热过程,计算的“干涸”点位置及壁面峰值温度与实验值符合较好,最大误差小于10%;基于欧拉两流体多相流模型与CHF壁面沸腾模型的数值方法对多管耦合工况有较好的适用性,计算的二次侧温度与实验结果吻合良好;两相间曳力对壁面温度及空泡份额的计算结果有较明显的影响,但非曳力对壁面温度的影响较小,因此对于大规模工程应用计算,可在分析中不考虑部分相间非曳力的影响。本文研究结果可为OSTG的三维精细化数值分析的模型选择提供有益参考。

关键词：直流蒸汽发生器(OSTG) 欧拉两流体多相流模型流动沸腾耦合换热数值模拟

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并列切角方柱风致干扰效应的大涡模拟研究

哈尔滨工程大学学报 2024年第3期45卷 599-606页

作者：李方慧张智博张特范佳红尚靖淳黑龙江大学建筑工程学院黑龙江哈尔滨150080

针对并列切角高层建筑间的干扰影响问题,本文采用大涡模拟方法研究雷诺数22 000的均匀流场下并列切角(切角率10%)方柱的干扰效应。基于模型的网格收敛性分析及模型准确性验证,对比分析不同间距比下并列切角方柱的气动干扰效应和流场分布... 详细信息

针对并列切角高层建筑间的干扰影响问题,本文采用大涡模拟方法研究雷诺数22 000的均匀流场下并列切角(切角率10%)方柱的干扰效应。基于模型的网格收敛性分析及模型准确性验证,对比分析不同间距比下并列切角方柱的气动干扰效应和流场分布,并探寻风压干扰效应的影响规律和形成机理。结果表明:对于并列切角方柱,平均阻力系数主要呈放大效应,脉动升力系数主要呈减小效应。在并列切角方柱处于小间距(B/L=1.2)时,由于风与壁面的相互作用,产生风压力,风压力与方柱表面力叠加,对正压区域产生加强效果,表现为放大效应,对负压区域进行削弱,出现减小效应;当B/L=1.5时,结构干扰最剧烈,其中相邻立面后流场的切角处放大效明显,干扰因子最大值为2.58;当B/L≥4.0时,除相邻立面外的其他立面与切角干扰效应趋于消失;当B/L=8.0时,相邻立面仍然存在28%的放大效应。

关键词：并列切角方柱大涡模拟均匀流场气动干扰效应流场分布风压干扰效应阻力系数放大效应

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超疏水表面的防/除冰研究与应用

哈尔滨工程大学学报 2024年

作者：王钰博孙永阳薛意青梁文彦哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院

为了避免表面覆冰对日常生产生活造成的巨大影响，解决传统防/除冰技术存在效率低、能耗大、高污染等问题，本文梳理了基于超疏水特性实现表面防/除冰的研究进展。介绍了固体表面浸润性理论及常见的超疏水表面的制备方法，对超疏水表面... 详细信息

为了避免表面覆冰对日常生产生活造成的巨大影响，解决传统防/除冰技术存在效率低、能耗大、高污染等问题，本文梳理了基于超疏水特性实现表面防/除冰的研究进展。介绍了固体表面浸润性理论及常见的超疏水表面的制备方法，对超疏水表面的被动防冰和主动除冰方法进行了综述和讨论，归纳了基于超疏水表面的防/除冰策略在航空、船舶、电力等领域的具体应用。总结和剖析了超疏水防/除冰表面在实际应用中存在的问题和面临的挑战，对未来的发展方向进行了展望。

关键词：超疏水仿生表面与界面复合材料被动防冰主动除冰研究进展工程应用

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一种新型手性负泊松比结构的减振性能

复合材料学报 2024年第1期41卷 477-484页

作者：刘旭畅李爽杨金水哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院哈尔滨150001 哈尔滨工程大学青岛创新发展基地青岛266000

负泊松比结构作为一种典型的超材料结构,凭借其独特的变形机制与吸能特性,在航空航天、汽车交通等领域被广泛应用,但关于其减振特性的研究相对较少,研发同时具有高承载和优异缓冲吸能、阻尼减振等性能的多功能负泊松比结构的研究则更稀... 详细信息

负泊松比结构作为一种典型的超材料结构,凭借其独特的变形机制与吸能特性,在航空航天、汽车交通等领域被广泛应用,但关于其减振特性的研究相对较少,研发同时具有高承载和优异缓冲吸能、阻尼减振等性能的多功能负泊松比结构的研究则更稀缺。受星形及内凹形负泊松比结构启发,提出了一种新型手性负泊松比结构,设计并使用3D打印技术制备了4种不同几何参数的构型。在前期的研究中,已发现该新型结构表现出优异的静力学性能及能量吸收特性。基于此,本文通过实验与数值模拟相结合的方式表征新型结构的减振性能,并与传统非手性负泊松比结构进行了对比。研究结果表明:该新型手性负泊松比结构负泊松比效应越强,减振性能越优。相关结果与规律可为新型手性负泊松比减振结构的设计提供理论指导。

关键词：负泊松比手性结构减振结构超材料 3D打印星形内凹形

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可渗透喷管动态工作特性数值研究

兵器装备工程学报 2024年

作者：靳雨祺薛玉琴关奔王革哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院

可渗透喷管是一种新型的高度补偿喷管，能够实现自适应高度补偿，在单级入轨技术领域有重要研究意义。本文采用建立瞬态模型的方法对一定落压比范围的可渗透喷管进行数值模拟，通过动态分析，明确了可渗透喷管内部波系结构的生成及演化... 详细信息

可渗透喷管是一种新型的高度补偿喷管，能够实现自适应高度补偿，在单级入轨技术领域有重要研究意义。本文采用建立瞬态模型的方法对一定落压比范围的可渗透喷管进行数值模拟，通过动态分析，明确了可渗透喷管内部波系结构的生成及演化规律，并进行相关推力性能分析。研究结果表明，当NPR达到72.7时，喷管内出现无附着激波US。NPR较低时，US的产生机理为气动机理；NPR较高时，US的产生机理除气动机理外，还受到喷管壁面形状的影响。US激波起点在可渗透喷管内部时，喷管呈现推力补偿状态，反之则呈现推力损失状态。当NPR小于372.69时，可渗透喷管推力性能优于传统喷管。且可渗透喷管推力补偿最佳的工况是NPR等于70时，该工况下推力系数可提升24%以上。

关键词：高度补偿喷管可渗透喷管流动分离动态数值计算

基于正交试验设计的可渗透喷管参数影响规律分析

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兵器装备工程学报 2024年

作者：薛玉琴靳雨祺关奔王革哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院

利用正交试验设计方法，考察喷管关键设计因素对可渗透喷管工作性能的影响。针对喷管扩张比、基础扩张比、开孔角度、孔隙率、孔径等五个影响因素，通过对正交试验结果进行范围分析和极差分析，明确各影响因素对喷管性能的影响程度排序... 详细信息

利用正交试验设计方法，考察喷管关键设计因素对可渗透喷管工作性能的影响。针对喷管扩张比、基础扩张比、开孔角度、孔隙率、孔径等五个影响因素，通过对正交试验结果进行范围分析和极差分析，明确各影响因素对喷管性能的影响程度排序及其显著性水平。结果表明，低海拔工作环境条件会强化可渗透喷管推力性能对模型参数的依赖性和敏感度。在所选的参数水平下，基础扩张比是影响高度积分平均比冲最显著的因素，其次为喷管扩张比，而开孔角度、孔隙率与孔径对喷管性能影响程度较小。喷管扩张比、基础扩张比、开孔角度对喷管性能的影响存在单调函数关系，但孔隙率、孔径与喷管性能不存在单调函数关系。

关键词：火箭发动机可渗透喷管正交试验方法平均比冲数值模拟