分离流动

摘要： 等离子体激励气动力学是研究等离子体激励与流动相互作用下,绕流物体受力和流动特性以及管道内部流动规律的科学,属于空气动力学、气体动力学与等离子体动力学交叉前沿领域.等离子体激励是等离子体在电磁场力作用下运动或气体放电产生的压力、温度、物性变化,对气流施加的一种可控扰动.局域、非定常等离子体激励作用下,气流运动状态会发生显著变化,进而实现气动性能的提升.国际上对介质阻挡放电等离子体激励、等离子体合成射流激励及其调控附面层、分离流动、含激波流动等开展了大量研究.等离子体激励调控气流呈现显著的频率耦合效应,等离子体冲击流动控制是提升调控效果的重要途径.发展高效能等离子体激励方法,通过等离子体激励与气流耦合,激发和利用气流不稳定性,揭示耦合机理、提升调控效果,是等离子体激励气动力学未来的发展方向.

摘要： 两级入轨(two stage to orbit,TSTO)飞行器在高超声速来流条件下级间分离,会在两级之间产生复杂的非定常气动干扰,直接增加TSTO级间分离失败风险.级间分离过程中的这种复杂气动干扰伴随着两级之间的激波与边界层干扰、马蹄涡、激波与尾流干扰的综合作用.本文将TSTO助推级和轨道级的复杂模型简化为两个三维楔,采用重叠动网格技术,耦合求解流动控制方程及六自由度刚体动力学方程组对级间分离过程开展模拟分析,探究级间分离流动特性及其物理机制.在数值分析过程中,针对不同抬升角度下的TSTO三维流场进行了静态和动态数值模拟,给出了不同抬升角度下的干扰流场流动规律和特性,结合流场结构和壁面压力分布以及分离流动模式阐明了两级之间这种气动干扰对TSTO气动分离的影响机制,并探讨了轨道级抬升角对TSTO安全分离的影响.结果表明两级间的气动干扰强度随着轨道级抬升角的增大而增强,并且在动态分离过程中随着两级间隙的增加而减弱;在轨道级释放前两级间气动干扰和三维分离拓扑结构随着抬升角的增大变得更加复杂,流动分离区域增大,临界点数量增加;在级间分离过程中,两级气动特性变化幅度随着轨道级抬升角增大而增大,分离时间则随之减小.另外,当轨道级抬升角度在6°~8°时可实现该TSTO更加安全可靠的分离.

摘要： 通过CFD数值模拟分析某战术导弹舵面高频抖动机理。该导弹采用正常式气动布局,舵面靠近弹尾,发动机喷管位于弹体底部中央。在亚音速飞行试验中,固体发动机工作结束时,舵面出现异常高频抖动现象,机理不明。数值模拟分析结果表明:发动机工作结束时,弹体底部非定常分离流动随着发动机尾喷流减弱而增强,舵面在弹体底部非定常气动力激励下高频抖动。

摘要： 雷诺应力模型一直是湍流模式理论研究的前沿和难点,而提高数值鲁棒性是其广泛开展工程应用的关键.借鉴经典的k-k L湍流模型,本文构造了一种新的ν_(t)尺度方程,并将其用于耦合SSG/LRR模式从而形成SSG/LRR-ν_(t)雷诺应力模型.通过零压力梯度湍流平板边界层、翼型尾迹流、超声速方腔流和NACA0012翼型45°迎角分离流动4个标准算例对新模型进行了验证与确认.同时,为了测试模型的数值鲁棒性,采用高精度数值格式对模型方程进行了离散求解,并与SA涡粘模型和SSG/LRR-ω雷诺应力模型进行对比.结果表明:ν_(t)尺度方程在黏性壁面边界严格为零,相比传统的ω尺度,具有更好的数值鲁棒性,从而可实现新模型与高精度数值格式的匹配并获得更好的网格收敛效率;新模型具备雷诺应力模型的传统优势,可对拐角流动进行很好的模拟;具备尺度自适应能力,对于非定常分离流动的模拟存在一定的潜力.

摘要： 针对大扩张比喷管地面试验过程中分离流动现象,基于数值方法研究分离状态流场特征,分析了分离位置与喷管入口参数的关系,并与经验公式进行了对比。在此基础上,开展被动引射方案的仿真计算,分析引射筒长度、直径等参数对喷管流态的影响。计算结果表明,大扩张比喷管地面试验过程由于逆压梯度产生分离流动,数值计算流场及分离位置与经验公式结果接近;通过引射筒的被动引射可以实现地面试验时喷管满流状态,流场受引射筒长度和直径等参数影响。此研究结果可为大扩张比喷管地面试验设计提供参考。

摘要： 脊形前体有较强的背风涡流场,不同的前体形状对前体涡流场和气动力有很大的影响.本文针对脊形前体飞行器大迎角湍流大分离流动计算的困难,采用IDDES混合湍流模型,以及与之匹配的非定常算法,研究了不同来流迎角下脊形前体的气动特性,以及背风涡非定常演化、破裂的细致流动结构.选取了不同脊形角,以及不同上、下高宽比的脊形前体进行计算.计算结果表明,在迎角较小时,随着迎角的增大,前体主涡会逐渐增强,在迎角较大时,前体主涡破裂;在相同迎角下,脊形角较小时,前体涡较强,涡升力也更大;对于相同脊形角的前体,当上半截面高宽比较小时,前体主涡强度较大,前体涡破裂临界迎角较小,即会提前破裂.

摘要： 为研究等离子体激励器对喷管分离流动的抑制作用,运用了模拟等离子体激励作用效果的唯象学模型,数值模拟研究了交流介质阻挡放电等离子体和电弧放电等离子体对喷管分离流动的抑制效果,并探究了电弧放电等离子体不同放电热功率密度、不同放电位置对抑制效果的影响.结果表明:电弧放电等离子体在抑制喷管分离流动方面有更好的效果.当电弧放电等离子体激励器作用于激波与边界层相互作用区的上游时,对分离流动的抑制效果最好;当电弧放电热功率密度较小时,其产生的诱导射流速度很小且不易对分离区的流线产生影响;当电弧放电热功率密度为8×1010 W/m3时,喷管的分离回流区完全消失.

摘要： 飞行器在大迎角、快速俯仰机动时,流场中含有大尺度、非定常的涡结构,传统雷诺平均Navier-Stokes(RANS)模型不能准确模拟流场结构,根据国际上相关研究的发展趋势,需要采用混合RANS/大涡模拟(LES)模型来对复杂分离流动进行准确模拟.本文对基于分区混合与湍流尺度混合的双重RANS/LES混合计算模型进行发展与应用.通过典型简化模型的静、动态湍流大分离流动,测试和验证所采用的脱体涡模拟(DES)类方法,重点研究改进的延迟DES(IDDES)模型在动态问题应用中的正确性和有效性,并对所采用的数值模拟方法和相应的计算软件的可靠性、鲁棒性以及精度进行了考核验证.典型算例包括超声速圆柱底部流动、跨声速方腔流动、NACA0015机翼深失速分离涡模拟等.计算表明:发展的IDDES类混合计算模型可有效解决对数层不匹配的问题;对于定态非定常分离流动,DES、DDES、IDDES等模型计算结果差别不大,随着流动的非定常特性增强,IDDES模型的优势逐渐显现;对于动态非定常分离流动,则需要采用IDDES类模型.

摘要： 分离流动是一种 复杂湍流现象,其中微小尺度结构的发展演化有着重要的影响,但是湍流数值模拟中数值方法的固有耗散会抑制小尺度流动结构的发展.因此,本文结合延迟分离涡模拟方法,基于五阶耗散紧致格式,通过引入流场相关的调节因子,构造自适应耗散调节方法,使其在大涡模拟区域降低耗散影响以提高对小尺度流动结构的辨识能力,在雷诺平均区域恢复正常耗散水平以保持稳定求解.本文首先通过近似色散关系和涡输运算例说明该方法可有效降低数值耗散影响,同时具有更高分辨率的涡保持能力;随后通过各向同性衰减湍流和平板槽道流动展示了该方法可有效提高对微小流动结构的辨识能力,同时在存在大梯度的流场中可保持求解稳定性;最后求解Re=3900亚临界状态下的圆柱绕流,通过对比流场云图、时均速度和雷诺应力分布曲线,说明了该方法通过减小分离区耗散影响,可有效提高对典型分离流动求解的准确性.

摘要： 本文对结冰机翼分离流动以及容冰机翼优化设计进行了研究.首先采用带有壁面模型的大涡模拟研究了前缘流向冰和角状冰对单段翼和多段翼扰流及气动特性的影响.结果表明本文使用的非定常计算方法能够准确地预测结冰翼型的表面压力分布,并且能够准确地反映结冰翼型分离流动特性.对于单段翼构型,前缘结冰诱导的自由剪切层中存在两种特征频率,这两个特征频率与自由剪切层K-H失稳导致的涡脱落以及剪切层内部的涡配对现象相关;对于多段翼型,缝翼前缘结冰不仅影响其本身的气动特性,缝翼低能尾迹还可导致下游主翼和襟翼的升力降低.关于容冰机翼优化设计,搭建了考虑容冰翼型及机翼的多设计点/多目标优化设计平台,引入了针对带冰翼型计算的SST-SHF湍流模型.优化设计既考虑了机翼在巡航点的阻力及压力分布,又提高了在低速带冰工况下的最大升力系数.结果表明,在保证巡航阻力增加不超过3个单位的前提下,本文优化使得容冰翼型带冰最大升力系数提高了16％,容冰机翼带冰最大升力系数提高了7.8％.

摘要： 本文针对燃机带肋冷却通道发展了一种考虑近壁特性和远壁流动各向异性特点的代数各向异性涡粘模型.本文将带90°肋冷却通道简化为三个典型流动单元:肋片处局部分离流动,方通道横向涡流动,和弯头处大分离流动,针对肋片处分离流动的各向异性特点,本文结合隐式代数应力模型和各向同性涡粘模型,推导各向异性因子修正三个正向涡粘系数,从而反映正雷诺应力的各向异性特点.同时,本文对k和ε进行近壁分析,完善其封闭形式.将各向异性涡粘模型应用到1)后台阶流动预测中,湍流流动预测精度提高约10％,2)带90°肋通道流动传热预测中,平均流动预测精度得到改善,传热预测精度提高6％‐10％.结果表明,本文针对内冷通道的分离流动作出的各向异性修正是有效的.

摘要： 针对固体火箭发动机大膨胀比喷管出现的分离流动,采用数值仿真方法进行分析,并与试验进行对比.通过集成软件平台MpCCI,连接计算流体动力学软件FLUENT和有限元软件ABAQUS,结合FLUENT中UDF功能,对燃气流动与喷管结构运动变形进行了耦合计算.耦合计算结果发现,此大膨胀比喷管发生气流分离,且分离处斜激波后的气流温度与压力变化较大,采用流固耦合数值方法能体现喷管的结构变形从而更准确的反映喷管与燃气流相互影响的真实环境.耦合计算结果与试验进行对比得出,耦合计算得到的分离位置能够很好的拟合实验测得的气流分离位置.说明了流固耦合数值方法的有效性,为更深入研究大膨胀比喷管分离流动现象提供了支撑.

摘要： 本文利用商业流场计算软件Fluent14.0,针对有附面层抽吸及无抽吸两种情况下激波/平板附面层干扰流动分离现象开展了数值模拟,获得了不同网格设置和6种湍流设置对分离流动影响模拟结果.从模拟结果来看,在较充分的附面层抽吸情况下,不同网格和模拟方法获得的流场结构基本一致;当无附面层抽吸时,各湍流模型及设置条件对分离区域预测结果有明显影响;在主流区网格密度明显增加情况下,分离区域预测结果基本不变.

摘要： 采用粒子图像测速仪(PIV)对无蜗壳五叶片离心泵内旋转流道的流动进行了测试.测试截面为叶轮前后盖板中间截面,叶轮转速为1400r/min,测试流量为0～1.2Qd的7个流量.通过对叶轮流道平均流场的速度、流线分布进行分析,发现当流量减小到0.8Qd时,首先在某吸力面产生分离涡团,当流量继续减小时,吸力面出现流动分离的流道以及分离涡的面积逐渐增加,并且压力面也开始出现流动分离,最后所有的流道都被压力面和吸力面的涡占据,流道被堵塞;吸力面涡在流向的尺度大于压力面涡,在展向的尺度小于压力面涡,并且随着流量的减小,压力面涡和吸力面涡的尺度呈增加趋势,吸力面涡向进口移动,压力面涡向出口移动.

摘要： 近些年来，随着飞行器设计水平的提高、设计技术趋于精细化，飞行器绕流中的细节流动也愈发引人关注，这对流场模拟方法的效率和精度提出了更高的要求。Speziale发布的极大涡模拟方法(Very Large Eddy Simulation,VLES)是最早的混合模型之一,影响广泛.针对VLES方法雷诺应力衰减过大以及模式工作的背景不清晰等问题,将湍流含能尺度引入尺度控制函数,同时为了减小VLES方法壁面网格需求、降低边界层模化应力损耗出现的风险,在尺度控制函数中嵌入保护函数,将边界层模拟限制在雷诺平均模式,得到改进模型.采用平板边界层流动和NACA0021翼型深失速流动算例进行模拟验证,结果证明改进模型能更好得模拟壁面效应,并能够捕捉细小流动结构,对分离流动具有良好的模拟精度.

摘要： 在超声速飞行器飞行过程中,由于激波/边界层干扰使得进气道内产生流动分离现象,严重影响了飞行器的飞行性能.针对这个问题,本文对合成双射流在激波/边界层分离流动中的控制效果进行了研究,并采用动网格技术对合成双射流激励器的膜片振动进行模拟,获得了合成双射流在不同出口位置以及不同频率、振幅下的控制效果.结果表明:在分离点、分离区中间以及再附点放置合成双射流激励器都能起到减小分离区的作用,但在分离点处的控制效果较好,同时,提高振幅和频率都能提升合成双射流对激波/边界层干扰的控制能力.

摘要： 进气道的起动性能对飞行器的推进系统具有重要影响.由于气流的分离导致的壅塞是影响进气道起动特性的重要因素之一.本文基于大涡模拟法,以Fluent软件为平台,对某固定反压下的超声速进气道由起动至不起动状态下的流场变化进行了数值模拟.揭示了由于分离流动引起的进气道不起动现象,为超声速进气道的结构设计、壁板结构的气动载荷与结构响应分析与控制提供了技术支撑.

摘要： 二维后向台阶分离流动是研究流动分离再附特性及机理的经典物理模型。本文运用二维时间解析粒子图像测速技术(PIV)，对雷诺数在300~3000之间后向台阶分离再附流动进行了二维速度场测量，重点关注从台阶角点分离的层流剪切层的转捩特性和雷诺数的影响规律。研究发现，再附点的位置随雷诺数的增大不断前移，转捩点的位置随之前移。转捩点在剪切层中的相对位置与雷诺数成反比函数关系。另外，在转捩发生之前，扰动会经历一段线性增长阶段，其空间增长率与雷诺数正相关.

摘要： 分别采用URANS、DES和LES方法数值模拟了NACA0012 翼型大攻角深失速流动。通过时均流场特性和瞬态流场特性的分析比较，评估了几种方法对大分离流动的模拟能力，研究表明三维DES方法的时均模拟结果基本可信，并可清晰揭示翼型大攻角深失速流动演化过程。

摘要： 提供一种组合式等离子体流动控制电路系统，包括进气道简化模型(3)，激波发生器(4)，脉冲电弧放电等离子体激励器(1)，脉表面介质阻挡放电等离子体激励器(2)，圆柱形垂直通孔(5)，脉冲电源(6)。还提供一种组合式等离子体激励调控进气道激波/附面层干扰流动分离的方法。通过组合式等离子体激励控制装置，一方面利用流向阵列式高频小能量脉冲电弧等离子体冲击波激励，实现对进气道入射激波的持续扰动，从而削弱激波强度；一方面利用表面介质阻挡放电等离子体冲击波激励诱导展向旋涡结构，促进边界层转捩，从而提高抑制流动分离的能力。

摘要： 提供了装配双流动蒸汽涡轮(10)的方法和装置。该方法包括限定具有第一末端(72)，第二末端(74)和在它们之间延伸的一个体(70)的一个环形件(66)；将第一弧形件(62)与该环形件连接；和将第二弧形件(64)与该环形件连接。该第一弧形件包括限定该第一弧形件的内径的径向内表面(76)和限定该第一弧形件的外径的相反的径向外表面(78)。该内表面基本上与该外表面平行。该第二弧形件包括限定该第二弧形件的内径的径向内表面(90)和限定该第二弧形件的外径的相反的径向外表面(92)。该方法还包括使该第二弧形件与该第一弧形件连接，以限定蒸气涡轮的流动分离器(60)。

摘要： 本发明涉及一种设置在内燃机的汽缸盖中的汽缸盖油分离器。为了减少维护并简化油分离器，该汽缸盖油分离器包括构造为特斯拉阀的流动通道，该流动通道设计为使得：空气‑油的气溶胶从第一开口处的气溶胶入口沿第一流动方向(分离方向)到第二开口处的空气出口流动通过较长的流动路径，而空气‑油的气溶胶从第二开口处的入口沿相反于分离方向的通风方向到第一开口处的流体出口流动通过较短的流动路径。

摘要： 一种控制样品分离装置(10)的方法，该样品分离装置(10)用于使用从至少一个流动相容器(100)提供的流动相(I、II)来分离流体样品，其中该方法包括：确定重量和体积减少行为(132)，在样品分离装置(10)中从流动相容器(100)输送流动相(I、II)期间，流动相容器(100)中流动相(I、II)的重量和体积根据该行为而减少，以及基于总重量信息、体积信息以及所确定的重量和体积减少行为(132)来确定流动相容器(100)的皮重(138)，其中总重量信息指示流动相容器(100)在包括其流动相(I、II)的情况下的初始总重量(128)，体积信息指示流动相容器(100)中的初始流动相体积(130)。

摘要： 提供一种组合式等离子体流动控制电路系统，包括进气道简化模型(3)，激波发生器(4)，脉冲电弧放电等离子体激励器(1)，脉表面介质阻挡放电等离子体激励器(2)，圆柱形垂直通孔(5)，脉冲电源(6)。还提供一种组合式等离子体激励调控进气道激波/附面层干扰流动分离的方法。通过组合式等离子体激励控制装置，一方面利用流向阵列式高频小能量脉冲电弧等离子体冲击波激励，实现对进气道入射激波的持续扰动，从而削弱激波强度；一方面利用表面介质阻挡放电等离子体冲击波激励诱导展向旋涡结构，促进边界层转捩，从而提高抑制流动分离的能力。

摘要： 一种抑制风力机叶片吸力面流动分离的等离子体流动控制方法：在绝缘材料两侧非对称地布置两块金属电极，其中一块金属电极裸露在空气中，另一块金属电极嵌在绝缘材料里，组成一组等离子体激励器，在风力机叶片的吸力面上安装至少一组等离子体激励器，安装方式须使等离子体诱导流动方向与主流方向相同；在等离子体激励器的两个金属电极上施加等离子体激励电压，在嵌入绝缘材料内的金属电极上方生成低温等离子体，通过离子与中性气体分子的碰撞向边界层输送能量，使周围空气形成静流量为零的水平方向射流，加速附面层内的气流流动。本发明具有机构简单紧凑、反应迅速、能耗低等优点。

摘要： 用于测定一种在管道中流动的介质的至少一个参数的装置,具有一个入流通道和一个出流通道,按现有技术具有的缺点是,流入入流通道中的液体会到达测量元件上并改变测量元件的测量特征曲线状况。本发明装置(1)在入流通道(24)和出流通道(44)之间具有一个转向通道(40),其具有一个分离元件(70),液体通过该分离元件(70)被分离,所以不会到达测量元件(60)。

摘要： 一种用于分离不同比重的相互混合颗粒材料的离心机(1)。该离心机(1)包括具有多个环形凹部(19)的离心机转筒(10)、壳体(30)、入口(17)和用于使离心机转筒(10)围绕中心轴线(15)旋转的装置。在壳体(30)和离心机转筒(10)之间限定环形腔(31)。环形腔(31)通过离心机转筒壁(12)中的多个穿孔与离心机转筒内表面上的多个环形凹部(19)流体连接。环形腔(19)具有流体入口，以将流体提供到环形腔中。环形腔(19)在环形腔中的两个不同高度处具有相差至少10倍的累积横截面流动面积(Aflow)。

摘要： 本发明涉及一种设置在内燃机的汽缸盖中的汽缸盖油分离器。为了减少维护并简化油分离器，该汽缸盖油分离器包括构造为特斯拉阀的流动通道，该流动通道设计为使得：空气‑油的气溶胶从第一开口处的气溶胶入口沿第一流动方向(分离方向)到第二开口处的空气出口流动通过较长的流动路径，而空气‑油的气溶胶从第二开口处的入口沿相反于分离方向的通风方向到第一开口处的流体出口流动通过较短的流动路径。

摘要： 本发明涉及生化分析技术领域，公开了一种高梯度磁流动分离装置及分离方法，包括：高梯度磁流动分离结构，所述高梯度磁流动分离结构能够进行周向转动，所述高梯度磁流动分离结构包括光滑内管、同轴套设在所述光滑内管外围的光滑外管以及同轴套设在所述光滑外管外围的磁性结构，所述磁性结构能够相对所述光滑外管进行周向转动，在所述光滑内管和所述光滑外管之间构造有环形腔室；注射结构，所述注射结构通过第一管路与所述环形腔室相连通，用于向所述环形腔室内注入生物识别元件修饰的磁性部件以及含有目标微生物的样本溶液。该高梯度磁流动分离装置可从大体积样品中特异分离和高效富集目标微生物。