为了研究过渡流下间隙比对近壁单圆柱绕流流动特性的影响,搭建了开式循环水槽实验台,通过粒子图像测速(PIV)的方法,对过渡流下不同间隙比的近壁单圆柱绕流进行了实验研究。结果表明当雷诺数为200时,间隙比对圆柱尾流的流动特性有明显影响。间隙比的改变主要影响圆柱与壁面的相互作用,从而引起分离剪切层以及尾流旋涡形态的变化。随着间隙比的增大,圆柱尾流的流动形态由单个顺时针运动的旋涡逐渐演变为逐渐对称的旋涡对,且尺度逐渐减小,同时壁面对圆柱尾流的影响逐渐减弱。根据研究的工况,在C/D<0.6时,壁面对圆柱尾流的流动特性影响显著;反之,尾流的流动特性几乎不受影响。

为研究过渡流下不同雷诺数Re,不同横向中心距Ps的异管径三圆柱绕流的流动特性,采用二维粒子图像测速系统(PIV)对过渡流下异管径三圆柱绕流进行可视化实验研究。结果表明,Re=120、150和200时,横向中心距的变化对上下游圆柱尾流有着明显影响。横向中心距的变化主要影响上下游圆柱的互相作用,从而引起尾流旋涡形态的变化。在研究的工况中,随着横向中心距的增大,上下游圆柱尾流的旋涡尺度逐渐减小,下游小圆柱前的时均速度越来越小,从而降低了有效雷诺数。

近壁串列双圆柱绕流是研究强化传热的典型模型之一,在动力工程领域有着广泛的应用。针对该模型中特有的流动传热特性进行了研究,重点分析了局部区域的强化传热机理。结果表明壁面传热在两圆柱附近的区域出现不同程度的增强,在Re=400时第二个圆柱影响区域3≤x/D≤5的强化效果最好。进一步分析强化传热的形成原因,-1≤x/D≤1区域的强化传热主要由流动加速效应引起;3≤x/D≤5区域的强化传热主要由第一个圆柱尾流的低频自激振荡效应与流动加速效应的共同作用引起。深入研究这一共同作用,得出第二个圆柱附近的流动不稳定性与传热不稳定性的相互影响是局部强化传热的根本原因。

研究了复合台阶绕流中典型旋涡和壁面传热之间的关联性机理。通过PIV实验对所用的数值模拟方法进行了验证。从瞬态和时均两方面分析了早期过渡流区域复合台阶绕流的传热特性。结果表明从层流到早期过渡流壁面的时均传热随雷诺数呈现出非线性的增长趋势,同时台阶底面局部区域的流动传热出现了非相似性。为了理清上述传热特征的形成原因,对一个振动周期里典型旋涡的形态特征和演变规律进行了分析,发现旋涡再附着冲击角γ,近壁冲击流速Ω和旋涡流向长度Lv是影响传热的三个关键因素。一般情况下,壁面传热随着γ和Ω的增大而增大。

为研究过渡流下(Re=700)内插圆柱对后向台阶流动及传热特性的影响,并尝试找出强化台阶底面换热的最佳圆柱位置,建立二维数值计算模型。采用Fluent设定控制方程和边界条件进行数值模拟,并搭建后向台阶闭式循环水槽试验台,在相同工况下通过PIV进行可视化流动实验,验证数值计算的可靠性。结果表明Re=700时,圆柱的位置会影响回流区进而影响台阶底面的传热能力;当内插圆柱的横向位置Xc/S=0.6、纵向位置为Yc/S=1.0时,底面传热效果最好,与无内插圆柱工况相比,传热效果提高约112%,而压降只增加45%。

后向台阶绕流是包含丰富流动现象的典型分离再附流动,在工程中应用广泛。这里针对过渡流下后向台阶绕流低频脉动特性对传热的影响展开研究,重点分析了主回流区再附着点下游传热得到强化的原因。结果表明过渡流下的低频脉动特性诱导流动在壁面附近形成旋涡,这些旋涡的运动破坏了速度边界层的均匀发展,同时加强了冷热流体的混合,从而强化了底面传热,再附着点下游局部区域的传热比层流时提升了3倍以上。随着雷诺数的继续增大,近壁旋涡的形态发生变化,促使流体冲击壁面的角度增大,低速回流范围减小,从而进一步强化了底面传热。

后向台阶流道中内置圆柱的流动传热模型兼具了台阶绕流与钝体绕流的特点。这种复合绕流在工程中极具应用前景。针对这一模型的流动传热问题展开研究,重点分析了不同流向内置位置以及不同圆柱直径时的绕流流动传热特性。结果表明圆柱的流向位置对主回流区的形态以及下游的流动不稳定性有显著影响,在Xc/S=1时,Nut的局部峰值最大,在Xc/S=8时,整个底面的时均传热最强。圆柱直径对下游流动形态以及旋涡尺度有显著影响,整个台阶底面的时均传热随着圆柱直径的增大先增强后减弱。综合内置圆柱位置与直径大小来看,在Xc/S=8,D=0.6S时,后向台阶内置圆柱绕流表现出了最佳的流动传热性能。

为研究对称式三辊卷板机上辊两侧液压缸的同步控制问题,在原有单缸位置控制试验台的基础上,搭建了同步控制试验台。首先分析了试验台结构并进行了数学建模,然后基于建立的模型结合指数趋近律,设计了对系统参数变化及外干扰具有不变性的滑模控制器,最后在试验台上进行了同步控制试验,并对比分析了PID同步控制方法和滑模PID同步控制方法对系统的影响。结果表明,滑模控制有效提高了PID控制的同步精度,使得两缸动态误差控制在3mm/180mm之内,最终的位置误差控制在0.4mm/180mm之内。

为研究低雷诺数下后向台阶的流动与传热特性，建立三维稳态后向台阶的数值模型。采用Fluent设定控制方程和边界条件，模拟出三维后向台阶的流场和温度场。结果表明：当雷诺数Re一定时，台阶底面中心处的Nu由初始值快速到达峰值，再从峰值迅速减小，随着距离台阶越远，Nu值不断减小并趋于平缓；由于受到侧壁的影响，二维底面和三维底面中心处的努赛尔数峰值的差值会随着雷诺数的增加而增大。同时，三维模拟底面中心上的再附着长度会随着雷诺数的增加大于二维模拟的结果；三维台阶底面的再附着点的连线呈抛物线状，顶面的会出现对称的漩涡，侧壁的流动很不规则，三维台阶中心面处的流动具有二维特性；三维台阶底面的努赛尔数的最大值不是出现在中心线处，而是分布在两个侧壁的附近。

传统的注塑机采用阀控系统或者泵控系统，但是阀控系统有溢流损失，泵控系统响应较慢。基于伺服泵控液压动力单元的新型注塑机可以通过伺服电机动态调节定量泵转速，实现输出压力和流量与所需压力和流量相匹配，从而达到节能的目的。通过对传统注塑机液压系统动力单元的改造，研究新型注塑机的运行性能，分析其节能机理与效果，并与传统注塑机进行对比实验，进一步验证了基于伺服泵控液压动力单元的新型注塑机的优良节能特性。．