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[硕士论文] 姚朝晖
流体力学计算流体力学 清华大学 1993(学位年度)
[硕士论文] 朱大巍
流体力学 东北大学 2009(学位年度)
摘要:蜂窝夹层结构作为一种特殊的复合材料结构,由于具有较高的比强度和比刚度,现在正广泛应用于一些反应堆如工程实验堆、材料实验堆和核潜艇堆芯等结构中,其结构的各种性能的表现越来越突出,应用研究范围越来越广。本文以在流体影响下四边简支蜂窝夹层板为研究对象,系统分析了蜂窝夹层结构的国内外研究现状,对四边简支蜂窝夹层板的非线性振动特性进行了初步研究,即分析了蜂窝夹层板振幅随强迫振动频率的变化趋势和流速对振幅的影响。
  本文主要研究内容如下:
  (1)由于三阶剪切理论的剪切力沿板厚度方向的分布是不连续的,本文应用能量法对三阶剪切理论的剪切模量进行修正,并用修正后的三阶剪切理论建立了流体影响下四边简支蜂窝夹层板的非线性振动微分方程;
  (2)应用同伦分析方法求解蜂窝夹层板的振动微分方程,对蜂窝夹层板的幅频特性曲线进行了分析,并研究了流速变化对振幅和共振频率的影响。
[硕士论文] 李云晖
流体力学 哈尔滨工程大学 2015(学位年度)
摘要:滑行艇作为高性能船舶的一种,具有速度高这一极其鲜明的特点,可以用作巡逻艇,搜救艇、垂钓船、体育竞技艇等。而在艇体上适当的设置附体则可以起到改善滑行艇水动力性能的作用。为了分析防溅条对滑行艇阻力性能的影响,本文采用计算流体力学方法,对滑行艇的静水直航运动和在规则波中的运动进行了计算,并分析了防溅条对其阻力和航行姿态的影响。
  首先,模拟了两种斜升角不同的剖面入水过程,并将数值模拟结果和理论值进行了对比分析,证明了数值方法可用于计算二维剖面入水问题;选取带有不同尺度的舭防溅条的滑行艇剖面,对其入水过程进行了数值计算,计算结果表明,防溅条的高度对滑行艇剖面入水的垂向力、流动趋于稳定的垂向力和自由液面变化影响十分显著,而宽度对上述结果的影响则较小,并分析了二维剖面入水对滑行艇三维运动的影响。
  其次,采用计算流体力学软件STAR CCM+对滑行艇的直航运动进行了数值模拟,选取不同的计算域网格划分方式和近壁面网格划分方式对滑行艇的阻力和航行姿态进行了计算,得到了一种高效而准确的网格划分方式;并计算了滑行艇模型在多航速下的阻力和航行姿态,并与经验公式方法和试验结果进行了对比分析,证明了数值计算方法能够准确求解滑行艇直航运动时的阻力和姿态。
  再次,计算和分析了不同深度、不同长度和安装位置、不同安装角度的防溅条对滑行艇直航运动的阻力和运动姿态的影响,并与艇底防溅条的作用效果进行了对比分析。计算结果表明舭防溅条通过抑制喷溅和调节纵倾在中高速段减阻效果较好,而艇底防溅条则在高速段有较好的减阻效果。
  最后,采用STAR CCM+软件的数值造波模块,模拟了滑行艇在规则波浪中的运动,计算得到的数值解和试验结果吻合较好;并在此基础上计算了舭防溅条和艇底防溅条对滑行艇在波浪中运动的影响,计算结果表明舭防溅条能够减小滑行艇在波浪中的纵摇和阻力,而艇底防溅条则对减小滑行艇在波浪中运动的阻力效果更好。
[硕士论文] 常远
流体力学 中国科学院力学研究所 2004(学位年度)
摘要:中科院力学所LHD实验室建立了国内第一台自由射流式的高超声速推进实验设备,用以进行超燃冲压发动机模型的实验研究。该设备是通过烧氢补氧加热器产生高焓气流,再通过一个二维喷管将高焓气流加速到马赫数约5.8,以模拟飞行器在25km的高空以马赫数7飞行时发动机入口的条件。在风洞实验中,为了保证实验结果的可靠性,首先需要了解流场的品质。本文自行设计研制了一套用于高超声速推进风洞流场测量的总温、总压测量系统。其中主要包括一个的带有水冷装置的钝头总压耙,和一个总温耙。 总压耙有16个测点,安装在一套自行设计的位移机构上。对于出口截面为300mm×187mm的风洞喷管,通过计算机程序控制,可在3s时间内实现全截面间歇式或连续式扫描,总压耙的最大移动速度可达250mm/s,而且定位准确。总压探头在设计上运用pitot管原理。总温耙含有10个测点,总温探头采用镍铬-镍硅作为热电偶材料。 利用这套测量系统对高超声速流场进行了多次测量实验,大量结果表明:流场核心区域的压力和温度均匀性良好,稳定性和实验的重复性也较好。另外,本文还设计了两种尖头的总压探头,以对比高超声速流场中尖头和钝头形状的探头对总压测量结果的影响。
[硕士论文] 姬亚鹏
流体力学 上海交通大学 2014(学位年度)
摘要:分离涡方法是由Spalart在1997年提出的一种混合的湍流模拟方法,简称DES。这种方法的基本思想是:在靠近边界层的区域使用RANS方法,在大量分离产生的区域使用LES方法,它使用与网格尺度相关的长度尺度来进行判断,自动进行模拟方法的转换。这样既避免了LES方法在边界层内的巨大计算开销,又能够在边界层外的LES区得到较为准确的瞬态流场和脉动信息。
  梢涡是一种比较复杂的流动,它在有限展长翼的端部形成,在三个方向均有很强的速度和压力梯度,因而能产生比较强的脉动;另外,实验研究中发现,梢涡在偏下游的地方有振荡现象,梢涡的振荡能产生额外的脉动。由于DES方法结合了RANS和LES方法,既能较好地得到脉动量信息,又可以在边界层内节省很大的计算量。因此本文使用DES方法作为湍流模拟方法进行研究。
  本文分别使用RANS方法和DES方法对多种梢涡模型进行了模拟计算。比较了不同模拟方法计算结果的差异,以及网格密度对平均量和脉动量计算结果的影响,最后比较了雷诺数、来流攻角对梢涡计算结果的影响。
  首先用RANS-SA方法和DES方法(RANS部分为SA模型)对平板十度攻角梢涡模型进行了模拟计算,使用了三套不同密度的网格。通过对速度场、压力场和涡量场的分析,得到了不同网格密度和不同模拟方法所计算结果的差异。结果显示,网格密度对梢涡计算的有一定的影响,网格密度越大,梢涡的强度越大,保持性越好。对于不同的模拟方法而言,DES方法能够更好地得到流动的三维细小结构,所得梢涡强度的保持性也优于RANS方法。
  在之前对梢涡模拟的基础上,用RANS-SA方法和DES方法(RANS部分为SA模型)对翼端为圆形的NACA0012十度攻角梢涡模型进行了模拟,模拟的雷诺数为1.24×105,并在梢涡区域进行了八叉树加密,以比较网格密度对脉动量计算的影响。计算结果表明,相比于RANS-SA方法,DES方法所得的结果更接近于实验结果;网格密度对平均量有一定的影响,但不是很大,对脉动量的计算则有量级的影响;网格加密后计算所得速度脉动与实验结果仍有一定的差距,约为实验值的1/2左右;另外,数值模拟并没有得到实验中所发现的梢涡的振荡现象。
  随后用DES方法(RANS部分为Realizable k-ε模型)对翼端为矩形的12度攻角下的NACA0012翼型进行了数值模拟,雷诺数为5×105。为了更准确地捕捉脉动量,对梢涡区域的网格进行了两次加密,网格密度更大。计算结果显示,网格密度对脉动量的影响非常大,脉动量主要产生于剪切层,并被带入二次涡及三次涡中,之后往吸力面流动融入初始涡之中,融合之后脉动量逐渐减小;瞬时脉动和脉动均方根值的分布有很大差别,脉动的瞬时峰值与均方根峰值也相差很大;近尾缘处的脉动有很强的各向异性,越往下游发展,脉动越趋于各向同性。与实验结果相比,计算所得下游1/4倍弦长处的平均流向速度峰值与实验值很接近,湍动能峰值与实验值相比的误差为12%。
  最后,对两种相似工况下的流动进行了模拟,比较了雷诺数、来流攻角对梢涡平均量以及脉动量计算结果的影响。结果显示,同一网格尺度下,高雷诺数的模拟得到的脉动误差更大,平均量相差不大;雷诺数和来流攻角越大,初始涡和二次涡的融合速度越慢;来流攻角越大,脉动越强烈。
[博士论文] 荆海晓
流体力学 天津大学 2014(学位年度)
摘要:波浪是海洋中的重要动力因素,在海岸工程结构物的设计、近岸海域物质的输运模拟中都需要考虑波浪的影响。波浪在向海岸线的传播过程中,由于地形的变化会发生折射、绕射、浅化、非线性变形甚至破碎产生近岸流以及在结构物附近的反射等,基于Boussinesq类方程的浅水非线性色散波模型可以较为准确模拟水波的这种复杂运动,近年来得到了快速的发展,并在海岸工程设计中的波浪后报,波生流的数值模拟等方面得到了较为广泛地应用。为了进一步改善Boussinesq类方程的非线性和色散性,一些高精度的Boussiensq类方程中引入了高阶偏导数项或增加了求解方程的个数,使得方程的数值求解过程中存在边界处理困难及求解效率降低的问题。另一方面,由于Boussinesq类方程是一种相分辨的方程,可以利用基于该类方程的模型来研究近岸区域的波生流问题。本文研究主要将针对这两方面的内容展开。
  为了在不引入高阶项的同时,改善Boussinesq类方程的非线性和色散性,使其精度得到提高,从三维水波运动的Euler方程出发,通过改变方程中代表速度的形式,推导出了一组含有五个自由参数的低阶Boussiensq类方程,并对该方程的特性进行了理论分析,采用最小化整体误差的方法对方程中的自由参数取值进行了优化。理论分析和数值模拟实验表明,用优化后的代表速度,对Boussinesq类方程的非线性和色散性有一定的改善。
  对改善低阶Boussinesq类方程的非线性的方法进行了进一步系统的研究,对Sch?ffer和Madsen提出的改进方程特性的方法进行了扩展。在基于ε=O()假定下,推导出了一组低阶的Boussinesq类方程,用扩展后的方法对该方程的非线性进行了改进,得到了一组改进了非线性的低阶Boussinesq类方程。该方程的理论分析和模型的数值实验表明,本文改进的方程相比改进前的方程及 Wei等所得的方程,非线性特性有了明显地改善,方程的适用范围得到扩展。
  采用有限差分方法对改进方程进行了数值离散,时间上采用四阶预测-校正格式,并引入了源项造波、开边界前加“海绵层”吸收波浪及窄缝法模拟动边界等数值技术。采用Von Neumann稳定性分析法对离散格式的稳定性进行了分析。采用解析解、实验结果及其他数学模型的结果对所建立的模型进行了验证,结果显示本文所建立的数学模型稳定、可靠、精度高。
  为了将所建立的模型进一步应用于近岸破波区波浪传播和波生流问题的研究中,加入了波浪破碎模型、亚网格湍流混合模型及底摩阻。采用实验数据对所建立的模型模拟波浪破碎的能力及精度进行了验证。结果显示,模型可以很好地模拟不同类型的波浪破碎。利用所建立的模型研究了地形变化对波生流流场的影响。结果表明,地形沿岸方向的不均匀分布对波生流流场分布、大小及发展有一定的影响。
[硕士论文] 李超
流体力学 哈尔滨工程大学 2014(学位年度)
摘要:水下图像普遍存在视场范围小、模糊、对比度低等问题,严重影响了光视觉在水下环境中的应用,然而水下图像拼接技术为克服这些问题提供了有效方法。本文提出了一种水下图像快速拼接方法,并将其应用于水下全景图像拼接,最终获得宽视场、高分辨率且平滑过渡的高质量水下全景拼接图像。本文首先加入了图像预处理环节,用于解决水下图像存在的模糊、对比度低、噪声严重等问题;接着将SURF兴趣点检测算法应用于水下图像配准当中,在兴趣点精确匹配阶段,提出了一种基于主方向的匹配算法,并将其与RANSAC算法相结合进行兴趣点精确匹配;最后采用渐入渐出融合算法实现水下图像融合,最终完成水下图像拼接。在完成两幅水下图像拼接之后,本文还对多幅水下图像进行拼接处理,实现了水下全景图像拼接。实验表明:本文提出的水下图像预处理方法能够极大地提高水下图像质量,为接下来的图像拼接任务做准备;本文提出的将基于主方向的匹配算法与RANSAC算法相结合进行兴趣点精确匹配的方法,在粗匹配点的误匹配率较高的情况下,能够有效提高精确匹配速度;渐入渐出融合算法能够有效消除或减弱拼接缝隙,提高水下图像拼接质量;本文采用的水下全景图像拼接方法能够有效解决传统全景图像拼接方法中存在的误差累积问题,提高全景图像的拼接精度和观看质量。
[硕士论文] 周念福
流体力学 哈尔滨工程大学 2015(学位年度)
摘要:随着传统化石能源日益枯竭及其带来的环境问题日益突出,潮流能作为一种清洁无污染的可再生能源,为能源结构注入新的活力。潮流能水轮机作为潮流能转换装置的核心部分,而备受各国专家学者的关注。漂浮式立轴潮流能发电装置具有载体结构形式简单,水轮机不受来流方向影响等特点。实际海洋环境中,在波浪的作用下,漂浮式载体的摇荡运动会引起水轮机相对来流速度的周期性变化,从而改变水轮机的水动力特性。目前,在潮流能立轴水轮机水动力性能研究中,主要侧重水轮机绕固定主轴旋转时水动力性能,涉及水轮机摇荡运动的内容较少,因而本文针对立轴水轮机在振荡运动时的水动力性能展开研究,并对立轴水轮机水动力系数进行计算分析。
  首先,为分析漂浮式潮流能立轴水轮机在波浪作用下的水动力特性,本文建立了立轴水轮机在均匀来流中的周期性单自由度强迫振荡运动模型,采用 CFD动网格模型模拟了立轴水轮机旋转过程中的单自由度振荡运动,分析了振荡运动对水轮机水动力载荷及性能的影响规律;然后,在建立立轴水轮机水动力系数计算模型的基础上,基于CFD计算结果,通过拟合分析,计算了水轮机停机状态下以及工作状态下的水动力系数;最后,对三维立轴水轮机进行了数值模拟,研究了三维效应对立轴水轮机水动力特性的影响,分析了不同展长半径比下立轴水轮机载荷以及水动力系数的差异。
  研究结果表明:立轴潮流能水轮机具有振荡运动时,叶轮载荷平均值不变,瞬时载荷波动加剧;载荷均值和波动幅值随速比、叶片数及密实度的变化趋势与无振荡运动时相同,但波动幅值增加;载荷波动幅值随振荡频率和振幅线性增加;立轴水轮机附加质量力较小;工作状态下水轮机阻尼系数是叶轮位置角的周期性函数,与振荡频率、振荡幅值以及旋转运动和振荡运动之间相位差无关,随速比、叶片数和密实度改变明显。本文的研究成果对于真实海洋环境中水轮机水动力特性的分析,以及完善漂浮式潮流电站的频域运动响应方程具有重要意义。
[硕士论文] 徐俊
流体力学 上海交通大学 2014(学位年度)
摘要:水动力噪声是由不定常、不均匀水流场引起的水中传播的声压脉动,由流体流动过程中的相互作用和流体与固体边界的相互作用而产生。水动力噪声是舰船等水中航行体的水下辐射噪声和自噪声的主要来源之一。降低水动力噪声对水域声学环境保护,特别是对提高水中兵器的声隐身和声探测性能具有重要意义。水动力声学是水动力学的一个边缘分支,其主要从水动力声源的发生机理及其控制方法角度研究水动力噪声问题。近年来,随着计算流体动力声学(CHA)的高速发展,借助于数值模拟解决以上噪声控制问题成为热点。
  针对工程上大量的复杂非流线型结构引起的涡流噪声问题,本文基于计算流体动力声学(CHA)的多步骤混合方法,通过对三个典型工程结构(阀门、孔腔和突起)引发的涡流场、等效声源场、声场的精细数值模拟和分析,试图建立流动声源定位、区分真假和主次声源、流动声源发声机理分析及其控制方案设计的系统方法。本文研究的主要特色在于对流场、声源场及其声场的精细分析,即:三维瞬态流场模拟采用大涡模拟(LES)方法,并对涡流结构进行初步的拓扑分析;基于Lighthill流声类比理论,将不定常流场分布换算成等效声源场的时域和频域分布;采用有限元和无限元方法在全场微分求解 Lighthill流声类比方程,得到声学近场和远场的频域分布;将流场、声源场及其声场计算结果统一分析后,划分出不同发生机理流动声源的流场区域,分别计算这些区域声源对声辐射的贡献,从而区分真假、主次声源,针对主要声源的发生机理提出相应的降噪方案设计。
  通过阀门算例与实验数据(阀门压差损失值和流噪声频谱)的比较,可以认为本文采用的流场、声源场、声场的数值模拟方法能够得到与实验基本相符的计算结果。计算结果表明:在阀门出水工况时,主要低频(500Hz以下)声源由阀门出口处的射流引起,主要中高频(500Hz以上)声源由阀盘限流及其尾涡流引起;在阀门进水工况时,主要声源由阀内转角处的高速射流和二次涡流及其相互作用引起。根据以上声源定位及其发生机理分析,提出了相应的降噪方案。
  孔腔算例表明:对于(L/D=3)的孔腔,中高频主要声源由腔口剪切层失稳引起的小涡系列及其与孔腔后缘碰撞引起,低频主要声源由与孔腔尺度相当的腔内旋转大涡以及大涡与剪切层涡系碰撞引起。对于(L/D=1.25)的孔腔,其主要低频(200Hz以下)噪声源为孔腔上方剪切层与腔内大涡相互作用引起的低频噪声;高频噪声源在腔内,孔腔上方以及后缘尾流均有较高分布。本文提出了腔内加隔板的降噪方案,并对该方案做了数值计算验证,计算结果显示了显著的降噪效果。
  突起算例表明:主要声源位于突起与主体结合部后缘,后缘处有非常复杂的不稳定涡流结构,建议在那里采用流场主动控制方法消除或者减弱这些涡流结构。
  由于流动噪声实验受实验设施背景噪声和声学边界条件的限制,困难大,费用高,本文所采用的基于流场、声源场、声场精细分析的计算流体动力声学方法,为工程降噪应用提供了声源定位及其发生机理分析的有效手段,且能够提出相应的降噪方案指导。
[硕士论文] 彭勃
流体力学 中国矿业大学 2014(学位年度)
摘要:磨料水射流切割是适用范围最广的切割方式,但是其高昂的运行维护费用一定程度上限制了它的发展。运行维护费用中一大部分是花费在磨料上,磨料进行一次切割作业之后损耗不大,从磨料性质方面考虑,对其进行回收是可行的。后混合磨料水射流切割一般使用的是干磨料,完成切割作业的磨料要经过收集、筛分和干燥才可重复利用,而前混合磨料水射流所用磨料本身就是湿磨料,只要对其进行简单的过滤就可循环利用。
  完成切割作业后的磨料均匀分布在收集水箱底部,磨料在底部堆积后不易起动,导致现有的磨料回收系统在工作不久之后,磨料抽吸口不能及时的得到磨料补充而使回收速度降低。本论文针对该问题,提出采用淹没水射流对箱底的磨料进行冲刷,使其富集到磨料抽吸口以期达到磨料回收系统对磨料的快速回收。
  论文主要采用理论分析与实验研究相结合的方法对射流冲刷磨料进行研究分析。论文在分析了射流在淹没环境下的运动状态的基础上,对射流冲刷的影响范围进行了理论推导,并对磨料颗粒在水中的起动特性进行了理论分析。
  就圆孔淹没射流对沉积在水底的100目石榴石磨料颗粒的冲刷作用进行了一系列实验研究,通过实验得到了石榴石磨料在较浅水深下的起动速度。在量纲分析的基础上,对贴底射流实验的结果用Origin软件进行拟合,得到了射流冲刷坑的特征长度、宽度和深度与射流出流口速度的经验公式。在淤埋口射流冲刷实验中,用同样的方法得到了临界射流冲淤速度与淤埋深度的经验公式,并分析了有限空间水体射流冲刷长度的影响因素。通过双孔射流实验,对比了流量一定时增设出流口对射流冲刷效果的影响。
  基于实验结果对前混合磨料切割机磨料回收系统进行了优化设计,并对水箱的结构进行了重新设计,包括对水箱底部结构的优化、各管路进出位置的设计。
[硕士论文] 任飞
流体力学 中国矿业大学 2014(学位年度)
摘要:高压脉动水锤装置是一种在水体中产生压力脉动的冲击设备,它主要针对透气性系数低、煤层瓦斯压力高等难注煤体的注水问题,将会给煤炭行业带来较好的经济效益。脉动水锤的机械性能受到诸多因素的影响,其中柱塞组件的质量和主弹簧弹性系数即系统的固有频率对水锤系统最高输出压力有很大的影响。本文用理论结合试验的方法研究系统固有频率对水锤输出压力峰值的影响,并总结出对其影响规律。
  首先,本文介绍了煤层注水技术的现状,提出了高压脉动水锤装置所具有的特征以及在煤层注水方面的潜力,从而指出本课题的主要任务是研究高压脉动水锤系统的最高输出压力。
  其次,基于高压脉动水锤装置的工作原理,对其运动进行分析,运用微分方程建立了系统模型。结合各部分对系统输出方程的影响,去掉最小项,得出系统固有频率对水锤输出最高压力的影响规律。同时得出柱塞组件质量和主弹簧弹性系数对水锤输出最高压力的影响规律。
  最后,通过具体的试验分别测量不同柱塞组件质量和主弹簧弹性系数下水锤的输出压力,得到相应条件下系统最高输出压力的变化规律。进一步得出系统固有频率对系统输出峰值压力的影响规律,与理论分析进行对比,验证理论分析的准确度,为以后的研究设计提供了一定的参考。
[硕士论文] 石雅楠
流体力学 南京航空航天大学 2015(学位年度)
摘要:流动控制是通过控制运动物体的局部流动来改变运动物体的受力状态或运动状态。在流体力学研究范围内,它是热门的研究领域。在未来飞行器的创新发展中,流动控制起着至关重要的作用。
  零质量射流(zero-net-mass-flux jets)又称合成射流(synthetic jets),这种流动基于旋涡运动。这种射流由于没有外界的气体来源,气流总质量在进出流场的时候总和为零,因而称为零质量射流。“零质量射流现象”因其具有仅对外输出动量而输出质量为零的独特优势,被称为现代流体力学的新突破。
  本文针对二维表面吸气翼型和联合射流翼型绕流,完成了在分离流动区域的块结构网格的优化,分析了控制流动分离的机理,研究了增加翼型升力的流动控制问题。研究了不同湍流模型、射流频率、射流速度幅值、来流迎角对带零质量射流翼型的升力和阻力的影响结果,分析了零质量射流致偏流线改变压强分布和增加翼型升力的机理。
  研究结果表明,零质量射流对翼型增升的综合控制效果,与射流幅值、射流频率、来流迎角等因素相关。在失速迎角范围内,零质量射流均有增升作用。但随着迎角增加,控制效率下降。射流速度幅值一定时,射流频率对翼型升力,阻力,力矩系数和升阻比的影响均呈非线性。射流频率一定时,随着射流速度幅值的增加,翼型的平均升力系数增加。气动力随射流频率的变化趋势与射流速度幅值紧密相关,射流频率在不同的射流速度幅值下对气动力的作用呈现强烈的非线性。研究结果可为翼型主动流动控制提供参考。
[硕士论文] 许潘
流体力学 南京航空航天大学 2014(学位年度)
摘要:嵌入式大气数据系统(FADS)是通过测量飞行器表面的压力分布来间接测量大气数据。该系统能满足大迎角机动飞行、高超声速、隐身等现代高性能战机的特殊要求。针对嵌入式大气数据系统空气动力学模型,本文主要研究了神经网络算法,测压孔的布局和个数对预测值精度的影响,以及一个和多个故障点检测等FADS系统技术。
  本文采用CFD技术,通过解算雷诺平均N-S方程,以及S-A方程,得到在不同来流状态下测压点的压强值。把压强值作为样本和验算数据,运用神经网络建立了大气数据计算模型。通过比较分析三个测压孔、四个测压孔以及五个测压孔建立的大气数据模型的预测精度,得出五测压孔模拟预测精度高于四测压孔模拟精度;三测压孔的精度低于四测压孔的预测精度。尤其在三测压孔取成一条直线的情况下,三测压孔的预测精度不满足计算要求。然后把四测压点的大气数据模型运用在飞行器上,验算了运用神经网络建立的四测压点的大气数据模型的精度满足计算要求。
  本文分析研究了故障点的错误诊断解算方法。本文采用了两种方法判断故障点,一种利用最小方差进行聚类,而另一种则利用竞争神经网络进行聚类。通过比较发现,在故障个数较少的情况下,利用方差的方法能有效进行判断;在故障个数较多的情况下,利用第二种方法较为合适。最后以分布形状如等腰直角三角形的三测压孔建立的大气数据模型为基础,研究了测压点个数的最小值和故障点个数之间的关系。
[硕士论文] 佟晓龙
流体力学 南京航空航天大学 2014(学位年度)
摘要:海上风力机塔架载荷计算分析为其安全性和耐用性设计提供依据,是海上风力机研制过程中必不可少的环节之一。
  波浪载荷在海上风力机塔架所受到的外力中占据重要地位,而波浪数值模拟是塔架波浪载荷准确计算的前提。本文利用Fluent软件平台,采用多块结构网格,给定波浪模型,基于边界造波法,求解非定常不可压流体的Euler/N-S方程,结合多相流流体体积法(VOF)追踪自由水面,实现了小振幅波、孤立波和二阶Stokes波的数值模拟。计算分析表明:孤立波的数值波浪形态在传播过程中能够很好保持,而小振幅波和二阶Stokes波的数值波浪是一个逐渐趋于稳定的过程。在合适条件下,均能得到与给定波浪模型相吻合的数值波浪。计算分析了时间步长、网格密度和粘性对数值波浪的影响:时间步长取T/550,波高范围内划分20个网格、波浪传播方向上网格密度取波长的1/50已能保证计算精度;对于主要受惯性力和重力影响的波浪问题而言,粘性影响很小。波浪幅值/水深比、波浪波长(周期)会对小振幅数值波浪产生影响:较大的波浪幅值/水深比会引起数值波浪与给定波浪模型相差很大,只有采取相对较小的波浪幅值/水深比才能得到与给定波浪模型相吻合的数值波浪;而波长较长的小振幅波模型更利于形成稳定的数值波浪。
  在波浪数值模拟基础上,考虑塔架的影响,实现了只有波浪和风波联合两种情况下的海上风力机塔架载荷计算。只考虑波浪情况下:小尺寸塔架对波浪影响很小,计算得到的波浪载荷与Morison公式结果相吻合;随着塔架尺寸/波长比的增大,塔架的存在对波浪产生影响,塔架尺寸与波长比相当的情况下计算得到的波浪载荷甚至出现非线性变化;同时发现当波浪幅值/波长的比值较大时数值波浪与给定波浪模型相差很大。风波联合情况下:风对波浪影响极小,而波浪的周期性传播会导致塔架风载荷一定程度的周期性变化。进一步采用压力降方法考虑风轮的作用,首次实现了海上风力机塔架/轮毂/风轮组合体在风波联合下的塔架载荷计算。
[硕士论文] 聂国奎
流体力学 兰州理工大学 2015(学位年度)
摘要:随着我国经济水平的不断提高,整个社会所需的生活生产用量越来越大,电力系统的结构随之日益庞大、智能化、复杂化,电网的安全问题日渐突显。抽水蓄能电站在电网中不但承担削峰、调相、填谷、调频、事故备用以及“黑启动”维护电网稳定性、提高电能质量的任务,而且还是电网的保安工具,在维系电网安全的同时,首先必须保证其自身的安全性。
  抽水蓄能电站机组由于在电力系统中的特殊作用需要频繁启停转换工况,因此要求必须具备快速平稳开机并网控制功能。水泵水轮机水轮机工况启动过渡过程影响因素众多,内部流场结构演变过程复杂,一般伴随着强烈的压力脉动、活动导叶处负水锤和水力机组振动等现象的产生,过渡过程是威胁抽水蓄能电站水力机组安全运行的主要因素之一,所以抽水蓄能电站启动特性的好坏对安全运行有十分重要的作用。抽水蓄能电站过渡过程中内部流动状态变化的研究问题逐渐成为国内外的研究热点,但是早期国内外学者进行的相关研究工作主要是通过模型试验或用真机测试的手段开展,并且近些年基于计算流体力学(CFD)进行流场分析这类动边界问题主要通过准定常的方式模拟非定常的流动问题,本文正是在这样的背景下对水泵水轮机水轮机工况同步启动过程进行的数值研究。
  针对以上问题,本文以国内某抽水蓄能电站混流式水泵水轮机模型机组进行三维流道几何建模、对流道进行非结构化网格划分、并使用商用数值模拟软件ANSYS-FLUENT、编写用户自定义函数(UDF)、运用FLUENT提供的动态网格技术(Dynamic Mesh)和六自由度求解器(6DOF SOLVER)、选用能够有效地模拟旋转均匀剪切流、带分离流动、强逆压梯度的边界层流动、流动分离和二次流的可实现(Realizable)k-ε湍流模型对水泵水轮机水轮机工况同步启动过程进行全流道三维非定常数值模拟。并根据数值计算的结果对水轮机工况同步启动过程进行了内部流场分析。计算结果表明:水轮机同步启动过程的内部流动对外特性影响较大,本文从内部流动着手解释外特性的研究方向是可行的。
[硕士论文] 李广
流体力学 天津大学 2014(学位年度)
摘要:深入理解血液流动的特性及血管的响应对于相关治疗方案的改进和选取至关重要。由于血液流动的复杂性及活体实验的困难,目前在这方面的研究成果尚不能满足临床需求。本文结合动静脉内瘘和深静脉留置导管这两种常见的手术在此方面开展了数值模拟研究。
  在肾功能衰竭晚期,接受血液透析治疗是患者维持生存的重要手段,而良好的血管通路是血液透析治疗成功的关键。一般来说,自体动静脉内瘘是最佳的血管通道,但动静脉内瘘改变了原来的血液流动,可能会引起血管壁内膜增生。本文采用有限体积法,并考虑了血液的非牛顿流体性质以及血流的非定常性,在血管壁刚性无滑移的假设下,对自体动静脉内瘘对血流的影响进行了数值模拟。模拟结果表明:内瘘部分出现了一个比较复杂的涡流,导致内瘘附近的静脉壁面剪切力的最小值很小;距内瘘越近,截面上的壁面剪切力分布的不均匀程度越大,血管的稳定性越低,这很可能是导致动静脉瘘口吻合处静脉内膜增生的一个重要原因。
  某些高龄或心功能不全的患者,因其血管的条件较差,不能建立动静脉内瘘或者患者不能耐受内瘘。对于此类患者可考虑采用长期深静脉留置导管,然而血流不畅或内膜增生同样可能导致导管功能失效。本文对置入导管的静脉段的血流进行了数值模拟,结果表明:在导管侧孔处,血管壁上的壁面剪切力的分布不均匀。结合其他学者的研究成果,可推测剪切力的不均匀分布对血管内膜增生有重要影响。
[硕士论文] 成璐
流体力学 天津大学 2014(学位年度)
摘要:本文采用高时间分辨率粒子图像测速系统(TRPIV),在低速循环式水槽中,对微-纳二级结构超疏水壁面湍流边界层相干结构控制及超疏水壁面的湍流边界层减阻机理进行实验研究。
  首先使用单个高速相机和高频脉冲激光片光源组成的TRPIV系统,在低速循环式水槽中,以高时间分辨率,在三个不同流速(雷诺数)下,分别测量普通光滑壁面和微-纳二级结构超疏水壁面零压力梯度平板湍流边界层瞬时流向-法向速度场的时间序列,并在每个流速(雷诺数)下获得两组共13092个瞬时速度矢量场时间序列样本。
  然后对每个流速(雷诺数)的二维瞬时速度场进行时间平均,分别得到每个流速(雷诺数)的普通光滑壁面和超疏水壁面湍流边界层平均速度空间分布云图;然后再对平均速度空间分布云图进行流向空间平均,分别得到每个流速(雷诺数)的普通光滑壁面和超疏水壁面湍流边界层无量纲平均速度剖面;然后以平均速度剖面中的壁面摩擦速度作为未知参数,用牛顿迭代法,拟合出普通光滑壁面和超疏水壁面湍流边界层平均速度剖面的壁面摩擦速度,并由此计算壁面摩擦系数、壁面摩擦切应力等粘性内尺度参数,分析超疏水材料表面湍流边界层的减阻率。通过对比发现,超疏水壁面增加了对数律区以下区域的平均流速。利用壁面摩擦系数得到超疏水壁面减阻率,并在低雷诺数下证实超疏水壁面获得了10.58%的减阻效果。对比三组不同雷诺数发现,随着雷诺数的增大,减阻率逐渐降低。
  将湍流多尺度相干结构的理论引入超疏水壁面湍流边界层减阻机理的研究。对三个不同雷诺数下普通光滑壁面和超疏水壁面湍流边界层瞬时流向脉动速度场进行空间多尺度分解,分解为不同空间尺度的局部平均速度结构函数,以瞬时流向脉动速度的空间局部平均结构函数作为特征量,以瞬时流向脉动速度的空间局部平均结构函数过零点作为检测准则,结合新象限分裂法,检测并提取了超疏水壁面及光滑壁面湍流边界层不同法向位置处的相干结构在喷射和扫掠过程中流向脉动速度、法向脉动速度、展向涡量等物理特征的空间拓扑形态。从壁湍流相干结构猝发控制的角度,分析了微-纳二级结构超疏水壁面湍流边界层的减阻机理。研究发现,超疏水壁面抑制了相干结构中的流向、法向脉动强度和涡量强度,从而减小了猝发过程中流体动量和能量在喷射和扫掠过程中的动量、能量。随着远离壁面,超疏水材料壁面对相干结构猝发的抑制效果逐渐降低。
[博士论文] 田琳琳
流体力学 南京航空航天大学 2014(学位年度)
摘要:风经过旋转的风轮时由于部分动能被吸收转化为机械能,风力机下游出现风速下降、湍流强度增加等现象,这被称为风力机的尾流效应。前人的研究报告中指出,在当前投产运营的风电场中,尾流效应会导致风电场发电功率降低15%~50%不等。因此,深入研究风力机尾流效应具有重要意义。微观选址工作是风工程项目运营的前提和基础,在开展风电场微观选址工作时,应合理布置各风力机的位置,尽量避开风力机尾流的影响,提高风电场的风能利用率和综合经济效益。近年来,随着风能产业的蓬勃发展,一些地形复杂的风电场开始投产运营。复杂风电场的地形起伏变化较大、影响因素众多,增大了复杂地形风电场微观选址的难度。本文围绕风力机尾流数值模拟、平坦地形风电场微观选址、复杂地形风电场流动分布及其机组布局优化等方面开展了如下研究工作:
  (1)提出适用于风力机尾流数值模拟的修正AD/RANS方法,并对其计算精度、鲁棒性和通用性进行测试。本文结果和前人的研究结果一致表明,当采用Actuator Disc(广义致动盘,简称AD)方法结合RANS模型(这二者的结合为AD/RANS)模拟风力机尾流时,得到的尾流流场与实验结果存在一定的误差。于是,依据AD方法的简化思想、RANS湍流模型的特点、大气边界层的属性等,分析误差的来源,基于扎实的理论依据对湍流模型提出修正,发展了两种适用于风力机尾流预测的修正AD/RANS方法。通过单台风力机尾流、两台风力机混合尾流、多台风力机混合尾流和偏尾流等情况的数值模拟,结果表明本文发展的修正AD/RANS方法表现较好、计算精度较高,可作为一种基于CFD的数值方法,应用于风力机尾流流动机理的研究。
  (2)基于风工程领域广泛使用的Jensen尾流模型(PARK尾流模型),发展一种较高精度的2D_k Jensen尾流模型。受制于目前的计算资源,在风工程领域应用较为广泛的依然是一些工程尾流模型。针对经典Jensen尾流模型存在的精度不足问题,提出一种更能准确反映风力机尾流流场分布情况的模型—2D_k Jensen尾流模型。通过近十个数值算例的验证,表明2D_k Jensen尾流模型不管是对风力机尾流中速度分布和湍流强度分布的预测还是对风电场发电量的评估,都表现了较好的计算性能。由此可以推测,该方法可应用于风电场微观选址工作,为开发商提供较为准确的风电场特征数据。
  (3)针对平坦地形风电场开展机组布局优化研究。基于前文所发展的可靠尾流模型—2D_k Jensen尾流模型评估风电场发电量,基于更贴近现实的成本模型评估风电场项目成本,采用高效率的优化算法和多样的优化策略对平坦地形风电场机组布局问题进行优化运算。结果中给出几组较优的机组布局图和各布局所对应的风电场特征参数供决策者根据需求进行选择。该工作对于现实中的平坦地形风电场微观选址工作具有一定的参考价值。
  (4)开展复杂地形风电场的流动分布及机组排布优化研究。建立复杂地形几何模型,研究复杂地形风电场周围的流动发展和变化规律。针对复杂地形风电场的微观选址工作,研究目前常用的解耦算法(分别计算尾流效应和地形效应然后将二者的结果线性叠加)与常规的耦合计算方法之间的误差。计算结果表明,针对本文选取的堤坝地形风电场,就计算到的速度大小而言,解耦算法会引入20%左右的误差。最后,对山地地形风电场进行机组布局优化研究,其结果可为当前的复杂地形风电场建设提供参考和指导。
[硕士论文] 张丽
流体力学 天津大学 2013(学位年度)
摘要:本文进一步发展PSE方法用来解决多频扰动的非线性演化,着重用PSE方法研究导致不可压缩边界层中三维扰动快速增长的非线性机制。我们首先用PSE方法数值模拟了实验中亚谐共振情况,并将计算结果与实验数据进行了比较。在比较的过程中我们发现了一些新的问题,在Kachanov和Levchenko实验中满足亚谐共振的三维波具有β=0.352,但线性稳定性理论给出的完全满足亚谐共振的β=0.193。为了理解这一差异,我们用PSE方法计算了不同情况下,三波共振的三维扰动增长情况。亚谐共振是三维扰动快速增长的一个特例,我们也用PSE研究了具有一般性的“锁相位模态作用”机制。
  以上问题的研究所得到的结论如下:
  1、我们首先用PSE方法数值模拟了实验中亚谐共振情况,计算结果与实验数据在定量上还是比较相符的。扰动演化的定性行为与理论描述的结果是一致的,即,二维波在初始阶段和参数共振阶段按照线性指数增长,三维波在初始阶段同样按照线性指数增长。在非线性作用比较强时,三维波快速增长起来,最终作用在二维波上,使其再次增长起来。
  2、用PSE方法计算了不同情况下,三波共振的三维扰动增长情况。发现,对于实验中完全满足亚谐共振的β=0.352情况,其真实的临界层位置(基本流与修正(真实)相速度相等的法向位置)yc,eff与扰动最大值处对应的ymax位置在流向的的下游处几乎在同一位置处。而对于理论结果得到的完全满足亚谐共振的β=0.193情况而言,yc,eff与ymax在流向的下游处偏离很远。除此之外,我们还发现虽然初始位置处二维波和三维波的相速度不相等,但是经过调整,最终三维波真实的相速度向二维波相速度靠拢。
  3、对于“锁相位模态作用”机制,理论认为二维和三维扰动只要满足相速度相等,就能使三维扰动快速的增长起来。PSE计算发现,“锁相位模态作用”并不要求二维和三维扰动相速度完全相等。相速度有所不同(但相差不太大)时的三维扰动的幅值同样呈现超指数增长,而且要比完全满足相速度相等时增长得更早。
[硕士论文] 葛立超
流体力学 南京航空航天大学 2014(学位年度)
摘要:现代固定翼无人机已广泛使用于各类军事/民用任务,显示出巨大的军事及经济价值。但现阶段无人机设计偏重于飞行性能及飞行任务能力,对无人机飞行品质的研究较少。设计过程中往往直接采用裁剪了人感相关部分的有人机飞行品质规范作为指导,这会造成设计目标上的偏差。因此,无人机飞行品质的研究具有重要的理论意义和工程价值。
  本文以空中加油任务为例,研究两种评价无人机飞行品质的方法。1)在给定的闭环纵向模态范围内,采用特征结构配置方法快速设计指令跟踪飞行原理控制律。基于线性模型频域分析的RMS偏差等势图直观地揭示了不同纵向模态下无人机受到大气连续紊流扰动时的抗风能力。但RMS不能有效预测最坏情况,因为RMS实质上是H2范数,说明的是平均情况,而H?范数可以预测最坏情况;2)通过混合灵敏度优化设计方法与基于频域的连续紊流扰动/参考指令跟踪偏差H?范数计算方法相结合,构造出闭环纵向跟踪模态平面内跟踪误差H?范数变化等势图。该等势图直观且定量地反映了无人机飞行品质与飞行任务性能间相互关系,并利用?综合方法生成控制律进行了时历仿真验证。综合结果表明,空中加油任务抗风所需纵向模态与有人机飞行品质规范要求存在明显差异。无人机飞行品质规范需综合考虑A类飞行阶段的抗风性能以提高无人机轨迹/姿态跟踪能力。
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