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小攻角下锯齿尾缘翼型噪声控制与机理分析

实验流体力学 2024年第1期38卷 28-36页

作者：胡亚森张彭俊燚庄国徽万振华孙德军中国科学技术大学近代力学系合肥230027

受猫头鹰寂静飞行能力的启发,锯齿尾缘设计被认为是一种有效的控制湍流边界层-尾缘干涉噪声的方法。本文采用隐式大涡模拟法,详细研究了嵌入式锯齿尾缘对NACA 0012翼型绕流的近场流动和噪声特性的影响,雷诺数为9.6×10^(4),远场马赫数为... 详细信息

受猫头鹰寂静飞行能力的启发,锯齿尾缘设计被认为是一种有效的控制湍流边界层-尾缘干涉噪声的方法。本文采用隐式大涡模拟法,详细研究了嵌入式锯齿尾缘对NACA 0012翼型绕流的近场流动和噪声特性的影响,雷诺数为9.6×10^(4),远场马赫数为0.1631,攻角为4°,计算采用的非结构化网格具有约7000万的自由度。在实际计算时,为促进流动快速转捩,在直尾缘和锯齿尾缘算例的翼型表面均布置了锯齿形粗糙元转捩带。研究结果表明:相比于0°攻角状态,4?攻角下的噪声辐射增强,主辐射方向发生偏转,在该方向上锯齿尾缘实现了约2.5 dB的降噪,且在小攻角(4°)下,锯齿也会诱导出有利于降噪的侧边涡对结构。针对壁面压力脉动的分析表明:锯齿主要改变了尾缘附近的时空关联特性,且压力场不能直接由现有针对速度场的Taylor或椭圆近似模型定量描述;此外,锯齿在抑制尾缘噪声的同时,对翼型气动性能造成了一定损失。

关键词：气动噪声锯齿尾缘噪声控制可压缩湍流

流场结构对过氧化氢产量影响的模拟和实验研究

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实验力学 2024年第1期39卷 43-55页

作者：郭耀暄徐献芝中国科学技术大学近代力学系安徽合肥230027

阴极膜还原法制备过氧化氢是通过阴极膜上氧气的二电子还原反应生成过氧化氢。阴极膜上氧气发生还原反应时,二电子还原反应产物过氧化氢积聚在膜面会抑制后续反应,影响制备效果。为进一步提高制备过氧化氢的效率,本文通过改变阴极室结... 详细信息

阴极膜还原法制备过氧化氢是通过阴极膜上氧气的二电子还原反应生成过氧化氢。阴极膜上氧气发生还原反应时,二电子还原反应产物过氧化氢积聚在膜面会抑制后续反应,影响制备效果。为进一步提高制备过氧化氢的效率,本文通过改变阴极室结构与阴极液流速,并采用数值模拟分析相应条件下流场结构与过氧化氢浓度分布情况,筛选出有利于过氧化氢制备的结构和流速条件;通过研究阴极室结构和流速对过氧化氢产量的影响,提出了更高效制备过氧化氢的方案,所得结果可为阴极膜还原法制备过氧化氢的工业化进程提供理论依据。

关键词：阴极膜还原法流场流速数值模拟浓度分布

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喷管两相湍流数值模拟及湍流模型性能评估

固体火箭技术 2024年第1期47卷 24-34页

作者：陈良兵廖紫默刘难生万振华中国科学技术大学近代力学系合肥230026

研究固体火箭发动机喷管中颗粒质量流率对两相流的影响规律以及不同RANS模型对该问题的预测性能,可为喷管设计等工程应用提供重要参考。在欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange)框架下,通过3D大涡模拟(3D LES)研究了颗粒质量流率对喷管两相流... 详细信息

研究固体火箭发动机喷管中颗粒质量流率对两相流的影响规律以及不同RANS模型对该问题的预测性能,可为喷管设计等工程应用提供重要参考。在欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange)框架下,通过3D大涡模拟(3D LES)研究了颗粒质量流率对喷管两相流场的影响规律,以3D LES结果作为参考依据,分析了不同RANS模型针对喷管两相流在2D轴对称和3D模拟中的性能。结果表明:由于扩张段内颗粒集中在中轴线附近区域,颗粒质量流率越大,该区域马赫数越低,温度越高;壁面附近存在无颗粒区,故边界层内流动几乎不受颗粒影响。另外,采用不同湍流模型计算得到的颗粒分布与LES基本相同。在2D轴对称RANS模拟中,发现RNG k-ε模型所预测的气相质量流率和喷管比冲与LES结果吻合最好;在高颗粒质量分数下(约30%),不同湍流模型预测的相对比冲损失差别可超过3%。在3D RANS模拟中,发现Realizable k-ε模型表现出最佳的综合性能,所预测的物理量沿中轴线分布的准确性均优于其他模型。当颗粒质量分数约为31.2%时,Realizable k-ε模型所预测的比冲为与LES结果相比误差仅1.56%。

关键词：固体火箭发动机喷管气粒两相流湍流模型欧拉-拉格朗日方法

梯度多胞材料的动态力学性能分析与设计研究综述

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爆炸与冲击 2024年第8期44卷 3-31页

作者：常白雪张元瑞王少华彭克锋虞吉林郑志军中国科学技术大学近代力学系中国科学院材料力学行为和设计重点实验室安徽合肥230026

多胞材料是一种内部含有大量空穴和胞元的结构,具有轻质、高比吸能等特性,广泛应用于航空航天、交通运输和人体防护等碰撞/爆炸防护领域。引入梯度设计可实现多胞材料的有序耗能和载荷调控,满足不同情形和工况下的防护需求。对梯度多胞... 详细信息

多胞材料是一种内部含有大量空穴和胞元的结构,具有轻质、高比吸能等特性,广泛应用于航空航天、交通运输和人体防护等碰撞/爆炸防护领域。引入梯度设计可实现多胞材料的有序耗能和载荷调控,满足不同情形和工况下的防护需求。对梯度多胞材料动态力学行为和设计的研究进展进行了综述,着重介绍了梯度多胞材料/结构在抗冲击、抗爆炸和模拟爆炸载荷加载3个方面的应用案例。首先,介绍了梯度多胞材料的分类,较系统地总结了梯度多胞材料在动态加载下的变形特征、冲击波模型、防护性能等方面的研究,阐明了梯度多胞材料的密度/强度梯度与惯性效应存在的竞争机制。其次,以冲击波模型为力学原理指导梯度多胞材料/结构设计,介绍了梯度多胞材料耐撞性反向设计、多种抗爆炸夹芯结构设计、计及弹靶耦合效应的爆炸载荷模拟器设计等策略,实现了最佳防护效果或载荷精准控制,为抗冲击/抗爆炸防护设计和快速评估提供理论基础和技术支撑。最后,展望了梯度多胞材料在极端环境加载、大能量冲击和强非线性载荷调控等需求下冲击防护领域的应用前景。

关键词：梯度多胞材料动态力学性能耐撞性设计抗爆炸设计载荷模拟设计

间接驱动相关条件下的大空间尺度对流受激拉曼侧向散射

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物理学报 2024年第10期73卷 256-269页

作者：曾嘉乐练昌旺季雨闫锐中国科学技术大学近代力学系合肥230026 上海交通大学IFSA协同创新中心上海200240

利用基于光线追踪和对流放大模型的模拟程序PHANTAM,对神光Ⅲ原型装置间接驱动相关条件下的大空间尺度受激拉曼散射进行了研究.模拟结果表明,在该参数条件下,真空腔和充气腔中均会发生较强的对流受激拉曼侧向散射过程.入射光的焦斑大小... 详细信息

利用基于光线追踪和对流放大模型的模拟程序PHANTAM,对神光Ⅲ原型装置间接驱动相关条件下的大空间尺度受激拉曼散射进行了研究.模拟结果表明,在该参数条件下,真空腔和充气腔中均会发生较强的对流受激拉曼侧向散射过程.入射光的焦斑大小是影响对流受激拉曼侧向散射的关键因素:在光强保持不变的条件下,真空腔和充气腔中受激拉曼侧向散射的对流增益会随焦斑增大而增大,而在功率保持不变的条件下,会随焦斑增大而减小.因此改变焦斑尺寸是调控受激拉曼侧向散射对流增益的有效途径.

关键词：激光等离子体不稳定性受激拉曼侧向散射对流模光线追踪

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温度场下功能梯度圆锥壳-环板振动特性分析

哈尔滨工程大学学报 2024年第4期45卷 709-716页

作者：左朋石先杰中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621999 中国科学技术大学近代力学系安徽合肥230026

针对功能梯度圆锥壳-环板组合结构振动问题,本文采用一阶剪切变形理论和Rayleigh-Ritz法分析了温度场下组合结构的振动特性。组合结构位移变量采用谱几何法来表征,考虑材料参数与温度相关并引入人工边界弹簧建立了组合结构振动特性分析... 详细信息

针对功能梯度圆锥壳-环板组合结构振动问题,本文采用一阶剪切变形理论和Rayleigh-Ritz法分析了温度场下组合结构的振动特性。组合结构位移变量采用谱几何法来表征,考虑材料参数与温度相关并引入人工边界弹簧建立了组合结构振动特性分析模型。数值算例中,通过将文中求解结果与文献解和有限元法结果进行对比验证了模型的正确性,进而分析尺寸、材料、温度和连接位置等参数对结构振动特性的影响。研究结果表明:组合结构基频随厚度增加而增加,随着幂律指数、半顶角和温度场参数增加而降低,随环板内径和连接位置变化会呈现非单一变化趋势。

关键词：谱几何法温度场功能梯度结构圆锥壳-环板组合结构自由振动一阶剪切变形理论边界弹簧结构基频

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基于激光散斑DIC技术的金属热应变原位测量研究

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实验力学 2024年第1期39卷 65-74页

作者：张吴记黄刚潘志伟张大乐王俊松黄生洪汪卫华杨锦宏贺胜男安徽大学物质科学与信息技术研究院安徽合肥230601 中国科学技术大学近代力学系安徽合肥230027

利用激光散斑数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)技术能够实现金属微应变的无接触、原位测量,但激光散斑的像质如均匀性、灰度梯度、稳定性等对应变测量精度存在较大影响。为了提高激光散斑DIC技术测量金属应变的准确性和测... 详细信息

利用激光散斑数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)技术能够实现金属微应变的无接触、原位测量,但激光散斑的像质如均匀性、灰度梯度、稳定性等对应变测量精度存在较大影响。为了提高激光散斑DIC技术测量金属应变的准确性和测量精度,本文针对激光器选型、激光波长、扩束系统、成像系统等进行了详细的设计、改进和测试。通过定量分析光学系统改进前后的散斑大小、占空比等像质评价参数,确定了激光散斑DIC技术的应变测量精度影响因素,并通过优化激光功率、曝光时间、接圈长度、像距等光路参数,获得了全视场范围分布更加均匀、像质更好的散斑图像,从而提高了激光散斑DIC技术测量应变的准确度和测量精度。利用激光散斑DIC技术实施了金属铝在非真空环境下从室温加热到360℃的热应变测量,测量结果与理论值吻合较好,而且随着温度的升高,测量结果的相对误差不断降低,证明了该方法在金属热应变检测中应用的可行性。

关键词：激光散斑数字图像相关法原位测量热应变测量

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低真空管道列车关键气动问题研究进展

空气动力学学报 2024年第2期42卷 1-20,I0001页

作者：侯自豪毛凯朱雨建薄靖龙申振李少伟中国航天科工飞航技术研究院磁电总体部北京100074 中国科学技术大学近代力学系合肥230027

低真空管道列车系统结合应用了管道运输和磁浮推进技术,是一种颇具潜力的未来地面高速交通方式。列车在极狭长的管道空间内长距离往返,通常诱发以管内壅塞现象为主导的大尺度跨声速流动和多车干扰,导致气动阻力急剧增加和气动热环境恶化... 详细信息

低真空管道列车系统结合应用了管道运输和磁浮推进技术,是一种颇具潜力的未来地面高速交通方式。列车在极狭长的管道空间内长距离往返,通常诱发以管内壅塞现象为主导的大尺度跨声速流动和多车干扰,导致气动阻力急剧增加和气动热环境恶化,从而面临突出的空气动力学问题。本文从管道全场和列车近场两个视角出发,对管道列车流动特征进行了总结,并对近年来国内外该领域气动力/热/噪声研究的进展进行了梳理。在此基础上,围绕管道列车全线多车运行热点问题,对运行速度、管道阻塞比、发车间隔、运行模式的选取进行了讨论。最后,展望了低真空管道列车气动研究领域未来发展方向,指出高效研究方法、多车运行流动干扰、多车运行气动热、长大管道气动噪声、减阻/降热/降噪技术等是今后需要重点研究的领域。

关键词：管道列车气动力流动模态全线运行真空管道多车干扰

固体火箭发动机气-固两相近壁湍流特性大涡模拟研究

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固体火箭技术 2024年第4期47卷 519-528页

作者：熊俊琦胡恒瑜田芮澎陈良兵黄海波丁淼王德鑫中国科学技术大学近代力学系合肥230027 西安航天动力技术研究所西安710025

固体火箭发动机内流场是典型的两相湍流流动,其流动特性对推进剂的燃烧影响极大。工程实践中大多采取雷诺平均(RANS)方法计算两相流问题,精度不高且无法解析流场中的湍流结构。采用大涡模拟(LES)与离散颗粒模型(DPM)分别对纯气相和气-... 详细信息

固体火箭发动机内流场是典型的两相湍流流动,其流动特性对推进剂的燃烧影响极大。工程实践中大多采取雷诺平均(RANS)方法计算两相流问题,精度不高且无法解析流场中的湍流结构。采用大涡模拟(LES)与离散颗粒模型(DPM)分别对纯气相和气-固两相条件下的发动机内流场流动过程进行了数值模拟;通过对时均流场与瞬态流场的分析以及对近壁面(即注入表面)的物理参数开展时空平均,重点研究了近壁湍流特性;采用时空相关性分析与降阶变分模态分解(RVMD),重点探究了近壁面的旋涡脱落。结果表明,颗粒集中在内流场的中部,由于惯性的差异,越大的颗粒越接近中心;由于颗粒相与气相之间存在速度滞后和热量交换,颗粒相的注入会使内流场的轴向速度和温度降低、压强升高;发动机内流场会出现明显的壁面涡脱落,而颗粒相的引入会增加内流场的不规则扰动,从而使得旋涡脱落、破碎的位置提前,并减小涡结构的尺寸,使观察到的旋涡更加破碎;颗粒相的引入还能够减缓近壁面附近的温度梯度,抑制不稳定燃烧现象;同时,颗粒相的存在会使近壁面的径向速度降低、压力升高,降低和升高的幅度约为1.8%。对近壁面的压力振荡分析表明,颗粒相的存在能够抑制高频压力振荡的产生,使得纯气相条件下1853 Hz的振荡模态消失,只保留1425 Hz的模态。纯气相和气-固两相流场的脱涡位置分别为x/m=0.54、x/m=0.44,说明气-固两相流场旋涡脱落的位置更靠前。

关键词：固体火箭发动机气-固两相流大涡模拟离散颗粒模型

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