为了研究高速直升机的动力推进装置,基于螺旋桨片条理论和环量优化设计理论对高速直升机尾推螺旋桨进行了气动优化设计和气动性能计算.在设计过程中,以高速飞行工况(H=2000 m,v=400 km/h)为设计点,完成了一款直径D=2.5 m高速直升机尾推螺旋桨的气动方案,给出了螺旋桨桨叶最优环量、弦长以及扭转角分布.基于采用片条理论计算了在不同工况下螺旋桨的气动性能,结果表明该螺旋桨在较宽的前进比范围内均能保持较高效率(η=0.80~0.85).同时采用CFD数值模拟方法完成了2个典型状态点(静止状态v=0 km/h、高速状态v=400 km/h)的气动性能分析,获取了螺旋桨气动性能参数和流场信息,其中数值计算的拉力系数和效率值与理论计算值相差1%~2%,从而验证了复合式高速直升机尾推螺旋桨气动设计方案可靠性.

为了研究高速列车运行经过地下车站时的气动效应,为地下高铁站设计提供参考,以某地下高铁站为背景,采用数值模拟的计算方法,建立了站前隧道-地下车站-列车的数值模型。运用滑移网格的计算方法,对列车运行经过地下车站的情况进行模拟。列车运行时速选定200、250、300和350 km/h,站台上布置25个测点进行监测,研究列车运行时速和站台位置两种因素对站台上气动风场的影响。结果表示(1)站台上的气动效应随列车运行时速越高变化越大;(2)列车经过地下站台后还会产生不可忽视的尾波;(3)站台上气动风场波动值最高的位置是站台入口处。

为分析湍流度对低雷诺数大型风力机翼型气动性能的影响,以大型风力机翼型NREL S810为研究对象,采用风洞试验法,系统研究了湍流度对翼型NREL S810气动性能的影响,获得了翼型的升力系数、阻力系数和表面压力分布特性。结果表明湍流度的存在使得S810翼型的气动力特性发生改变,最大升力系数先升高后降低,在湍流度为4.6%时翼型的升力系数最高;随着湍流度的增大,发生了明显的失速延迟现象,失速攻角持续后移,且湍流度增加会使得失速下降曲线变得平缓。

针对高温镁水制氢过程中产生的高温水蒸汽-氢气(H2O-H2)二元混合气体,为实现余热回收,提高能源利用效率,提出一种适用于高温下H2O-H2二元混合气体的透平设计。采用响应曲面法与计算流体动力学耦合的优化设计方法(RSM-CFD方法),设计出适用于高温H2O-H2混合工质的单级汽轮机叶栅结构。并应用计算流体动力学软件(CFX)对该单级汽轮机叶栅结构进行三维气动性能分析,结果表明高温H2O-H2混合透平内功率为1500 W,等熵效率达到70%,该混合工质透平气动性能优良,可满足设计要求。该设计方法对其他混合工质透平设计具有一定的指导作用。

气动噪声是高温超导磁悬浮列车噪声的主要来源,以新型高温超导磁悬浮列车1∶8缩比的8车模型为研究对象,基于大涡模拟(LES)方法和K-FWH方程,通过建立可穿透积分面对列车在500,550,600及650 kmh-1 4个速度级下的气动噪声特征进行数值仿真研究。结果表明在U型轨道的约束下,列车周围的气动激扰主要集中在车顶两侧、尾车流线型及尾流区;偶极子声源主要分布在中车车顶表面两侧、尾车流线型及超导线圈后方,尾流区也是重要的气动噪声源区;列车辐射噪声频谱呈现“宽峰”(100~315 Hz)特性,随着车速提升,低频噪声能量增强;4个速度级下测点辐射噪声水平变化规律一致,噪声最大值分别为94.2,96.4,100.1和105.2 dB(A);随着车速提升,四极子声源能量占比不断增大,当车速大于600 kmh-1时,16个测点的四极子声源平均能量占比超过90%。研究成果可为高温超导磁悬浮列车气动声学优......

为实现对测试间噪声的有效控制,文章对高温大流量气动活门测试间噪声的控制方法进行了研究。将测试间的内壁与外壁集成为传声装置,将其与信号放大器进行连接,实现对高温大流量气动活门测试间噪声的检测;使用HS-928高精度声强探头装置来识别声源;通过对本体结构降噪处理的方式控制测试间的低频噪声;基于测试间噪声的反射原理,实现对测试间声场噪声的控制。对比实验结果表明,该文设计的噪声控制方法,在实际应用中对噪声的控制效果更佳。

某发动机使用的高温电磁气动阀最高工作温度为650℃,环境温度为250℃,这两个温度对产品的结构布局、材料的选取及电磁铁的设计和制造带来了很大的难度。本文通过流体仿真、温度场仿真,为阀体部分设计了合适的结构,保证阀体在650℃下能可靠工作。

颗粒气动曳力计算模型对预测颗粒传输行为具有重要意义。为建立适用于高温气冷堆内非球形石墨粉尘颗粒气动曳力的关联式,本文采用计算流体力学分析了颗粒气动曳力的产生机理和关键影响因素,并针对高温气冷堆中几种典型非球形颗粒,建立了适用于非球形颗粒曳力系数的关联式以及石墨粉尘的统计平均曳力系数模型。研究结果表明颗粒雷诺数和来流角是影响曳力系数的重要参数,随着颗粒雷诺数的增加,曳力系数降低;而随着来流角的增加,曳力系数增大。本文提出的曳力系数预测模型能很好地体现石墨粉尘气动曳力受非球形参数和来流角的影响,为高温气冷堆中石墨粉尘运动特性的研究提供了基础。

经典的高效全局优化(efficient global optimization,EGO)算法搜寻得到的最优解,受代理模型精度及过早收敛等问题的制约,其精度仍存在进一步改善的空间。围绕最优解精度进一步改善的问题,研究了面向精确最优解的EGO算法。该算法基于Kriging代理模型,涉及的最优加点策略采用考虑Kriging信任的改善期望函数法,使得优化迭代后期更偏向于局部寻优。此外,文中还考虑了与成熟的拟牛顿法和Powell法等局部优化方法协同的算法,以提高最优解的搜寻精度。选用了若干典型的检验函数,对优化算法的具体实施过程进行了模拟与分析,发现改进后的优化算法能以相对较少的额外函数评估次数得到比经典的EGO算法更精确的全局最优解,从而验证了算法的有效性和准确性。最后,把发展的算法应用到具体的跨音速翼型优化问题,算例表明,改进后的EGO算法翼型阻力较原EGO算法减小了......

飞行器设计阶段的气动分析需要大量的高保真度气动力数据以提高设计性能,但其获取成本十分高昂。为了缓解建模成本与模型精度之间的矛盾,构建了关联不同保真度数据的多保真度气动数据融合模型,并提出了最优关联点选取方法和均匀性增强序贯采样方法,以此实现co-Kriging变可信度模型的高效初始化与最速收敛。作为验证,选用标准数值算例开展建模研究,并结合统计结果对方法精度优劣进行了对比。最后将该建模框架成功应用于NACA0012翼型跨声速气动力工程算例当中。结果表明,与传统模型相比,在仅有的少量高保真度样本下,所采用的方法可以大幅提升变可信度模型收敛精度和建模效率,有效降低了采样成本;相较于高保真度单精度元模型,误差可降低50%以上。