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2021年  第35卷  第4期

2021 年 4 期目录
2021, (4): 1-2.
摘要(75) HTML (36) PDF(31)
摘要:
基础研究与应用
低旋流数旋进射流流场结构演变的POD分析
付豪, 何创新, 刘应征
2021, 35(4): 1-9. doi: 10.11729/syltlx20210006
摘要(219) HTML (102) PDF(62)
摘要:
利用粒子图像测速技术(PIV)对雷诺数Re = 4.5×104的低旋流数旋进射流流场进行了实验测量,并利用本征正交分解(POD)方法对测得的流场进行分解,提取流场中含能大尺度结构。针对3种不同旋流数(S = 0、 0.26和0.41),对比分析了POD分解得到的空间模态以及用POD模态重构后的脉动速度场的变化规律。POD分析得到的结果表明:旋进导致流体交替地从腔体一侧沿着壁面流出,从另一侧流入;旋进刚发生时,上游剪切层内的旋涡结构尚未完全破坏,它们会一直向下游发展直至旋进起始点附近后,开始随着主流一起偏转,而下游剪切层内的大尺度结构被完全破坏;随着旋流数的增加,旋进以及射流的自身振荡被加强,从而导致流场结构更加复杂、大尺度旋涡结构被破坏。
圆形肋柱通道强化换热流动机理实验研究
段敬添, 张科, 徐进, 雷蒋, 武俊梅
2021, 35(4): 10-18. doi: 10.11729/syltlx20200134
摘要(184) HTML (66) PDF(38)
摘要:
圆形肋柱广泛应用于涡轮叶片内部尾缘强化换热通道。针对圆形肋柱通道强化换热流动机理开展了实验研究,利用PIV技术得到相同雷诺数Re(1.0×104或2.0×104)下通道中心面的流场分布,并与稳态液晶测温实验得到的通道端壁努塞尔数Nu分布进行对比。结果表明:对于圆形肋柱通道,肋柱下游尾迹区后横向速度脉动强度分布和端壁Nu分布相似,而流动充分发展后,小尺度脉动增强,湍流动能(Turbulent Kinetic Energy,TKE)和Nu的分布都非常均匀;随着Re的增大,横向速度脉动强度和端壁传热强化都明显下降,说明圆形肋柱下游涡脱落带来的强烈横向速度脉动是当地换热增强的主要原因,而其下游小尺度的速度脉动会使局部换热更加均匀。
光伏阵列风荷载干扰效应风洞试验研究
马文勇, 马成成, 王彩玉, 韩晓乐, 高飞
2021, 35(4): 19-25. doi: 10.11729/syltlx20200127
摘要(130) HTML (73) PDF(25)
摘要:
风荷载是光伏板设计的主要荷载,对于大面积光伏阵列,其风致干扰效应明显,风荷载取值需要进一步研究明确。本文采用刚性模型测压风洞试验研究了光伏板体型系数干扰效应。通过改变倾角、风向角和光伏板的组数,研究了阵列中干扰效应对光伏板风荷载取值的影响。结果表明:当光伏板面迎风或者背风时,出现最大正压或负压;上游光伏板对下游光伏板存在明显的遮挡效应,倾角越大,遮挡效应越显著;上游光伏板三排以后,下游光伏板的风荷载趋于稳定。基于上述干扰效应给出了光伏阵列体型系数的取值建议并与规范取值进行了对比,为光伏阵列的抗风设计提供参考。
复杂群山环境下某桥址的风场特性
沈国辉, 张帅光, 余世策
2021, 35(4): 26-33. doi: 10.11729/syltlx20200020
摘要(113) HTML (41) PDF(17)
摘要:
通过地貌模型风洞试验研究复杂群山情况下某桥址的风场特性,分析平均风速、风攻角、湍流强度、湍流积分尺度等随风向角和测点位置的变化特性,获得了复杂群山环境下典型位置测点脉动风速功率谱的变化情况。研究表明:复杂群山环境下,桥址的平均风速均小于梯度风高度的风速;爬坡效应使得顺山谷方向来流(顺风向,即风从谷口吹入)产生显著的正攻角,最大值为+35.3°;顺风向时,桥址各测点的纵向湍流强度和横向湍流强度达到最小,约为10%,其他风向下的湍流强度较大;顺风向时,桥址的湍流积分尺度较大,且随测点高度上升而增大,桥址各测点功率谱较来流功率谱发生明显变化,功率谱高频段能量显著增大、单峰特征降低。
黄原胶水溶液管道流动转捩及不同NaCl质量分数下减阻特性的实验研究
徐晟轩, 赵文斌, 李明义, 林玉莹, 李昌烽
2021, 35(4): 34-40. doi: 10.11729/syltlx20200041
摘要(158) HTML (72) PDF(19)
摘要:
在水平光滑圆管内,采用雷诺实验对质量分数为0~400×10–6的黄原胶水溶液的流动转捩特性进行了观测,并通过实验探究了不同质量分数的盐(NaCl)环境对黄原胶溶液减阻特性的影响,测量了(100~300)×10–6的黄原胶溶液在不同NaCl质量分数(0、250×10–6、500×10–6和1000×10–6)下的减阻率与流动雷诺数(Re)、剪切时间之间的关系。结果表明:以广义雷诺数表征时,黄原胶水溶液管道流动转捩的下临界雷诺数随质量分数的增加而上升,近似呈线性变化,而转捩的上临界雷诺数却迅速降低至3000左右;在高雷诺数下,随着NaCl质量分数的增加,黄原胶盐溶液的饱和减阻率显著降低,但在低雷诺数下的减阻效果优于水溶液;黄原胶水溶液的抗剪切性呈质量分数效应,适量盐的加入能略微提高其抗剪切性。
结冰、防/除冰专栏
3 m×2 m结冰风洞热流场品质提高及评估
郭向东, 张平涛, 张珂, 郭奇灵, 郭龙
2021, 35(4): 41-51. doi: 10.11729/syltlx20200118
摘要(62) HTML (39) PDF(27)
摘要:
结冰风洞热流场品质符合性是大型结冰风洞适航应用的基础。为明晰制冷系统性能升级优化对3 m×2 m结冰风洞热流场品质的影响,开展了热流场符合性验证试验,评估了热交换器出口和试验段两位置处热流场品质,给出了气流总温修正关系,形成了热流场控制包线。结果表明:热交换器出口和试验段模型区内热流场品质在主要试验工况下均优于SAE ARP5905指标;与升级优化前(2019年)试验结果对比,优化后试验段模型区内热流场空间均匀性显著增强,尤其在高风速、低总温工况下,模型区内均未出现超标的非均匀峰值点。结冰风洞制冷系统的升级优化显著扩展了3 m×2 m结冰风洞主试验段热流场控制包线,增强了结冰风洞试验模拟能力。
旋转帽罩结冰相似准则的冰风洞试验研究
张丽芬, 葛鑫, 张斐, 刘振侠, 马栋, 吕维进
2021, 35(4): 52-59. doi: 10.11729/syltlx20200166
摘要(176) HTML (79) PDF(12)
摘要:
为了验证旋转帽罩冰风洞试验相似准则的适用性,开展了旋转帽罩表面结冰过程研究,推导了旋转帽罩结冰相似准则。采用底面直径100 mm、锥角80°的旋转锥作为原尺寸模型,底面直径50 mm、锥角80°的旋转锥作为缩比模型,进行不同工况冰风洞试验。通过图像法采集了帽罩表面冰形,并将冰形进行无量纲化处理,对比了原尺寸模型与缩比模型的结冰冰形。结果表明:对于明冰工况,帽罩前半部分冰形吻合较好,帽罩后半部分吻合欠佳;对于霜冰工况,全尺寸模型与缩比模型的冰形吻合良好。对造成这一现象的原因进行了分析,并提出改进的建议。
直升机旋翼模型结冰风洞试验技术
袁红刚, 黄明其, 彭先敏, 章贵川, 柳庆林
2021, 35(4): 60-66. doi: 10.11729/syltlx20200121
摘要(79) HTML (49) PDF(13)
摘要:
为满足我国直升机旋翼结冰风洞试验需求,中国空气动力研究与发展中心在大型多功能结冰风洞研制了直升机旋翼模型结冰试验系统,发展了旋翼模型结冰风洞试验方法和数据采集与处理方法,规范了结冰试验的流程,能够安全可靠地开展旋翼模型结冰试验研究。通过开展国内首次直升机旋翼模型结冰风洞试验,研究了典型工况下旋翼模型的结冰特性,获得了结冰过程中旋翼模型气动载荷和振动载荷变化特性。试验结果表明:随着结冰时间增加,旋翼拉力急剧下降,功率急剧增大;伴随着桨叶表面“冰脱落—生成—再脱落—再生成”过程,旋翼性能出现较大波动;旋翼桨叶表面出现冰脱落之前,试验数据重复性良好可靠。
叶片数对垂直轴风力机结冰分布影响风洞试验
沈贺, 魏搏, 姜禹, 郭文峰, 李岩
2021, 35(4): 67-72. doi: 10.11729/syltlx20200094
摘要(73) HTML (39) PDF(10)
摘要:
风力机叶片表面结冰会降低其气动性能和发电效率。本文研究了旋转状态下叶片数对垂直轴风力机叶片表面结冰分布的影响;搭建了利用自然低温的结冰风洞试验系统;测试了3种叶片数(1、2、4)、3种尖速比(0.2、0.6、1.0)条件下的叶片结冰分布情况。结果表明:在不同尖速比下,叶片数对垂直轴风力机叶片表面结冰分布规律影响显著,叶片内外表面的结冰总体呈现非对称分布特点;随着叶片数增加,叶片表面冰层厚度呈先增后减的变化趋势;在叶片前缘弦长10%区域内,冰层厚度增幅显著大于叶片其他部位;随尖速比增大,叶片前缘冰层厚度显著大于叶片其他部位,叶片前缘内外表面的冰层厚度差值呈递增的变化趋势。研究结果可为风力机叶片防/除冰技术提供参考。
压电陶瓷布局对除冰效果的影响研究
包明鑫, 苗波, 朱春玲
2021, 35(4): 73-82. doi: 10.11729/syltlx20200091
摘要(100) HTML (33) PDF(11)
摘要:
用仿真与实验的方式研究了压电陶瓷除冰技术在复合材料上的应用。通过有限元仿真研究了在能耗相等的前提下压电陶瓷布局(数目、间距)对除冰效果的影响,并进行了冷环境下除冰实验。仿真结果表明:按合理的布局方式,将尺寸较大的单块压电陶瓷分成尺寸较小的多块时,会有比大尺寸单块压电陶瓷更好的除冰效果;随着压电陶瓷间距的减小,除冰效果进一步增强。实验结果表明:增大压电陶瓷输入功率可以较大程度缩短除冰时间;将尺寸较大的单个压电陶瓷分成尺寸较小的4块后,相同能耗下除冰效果增强;减小压电陶瓷之间的的间距后,除冰时间进一步缩短。
测量技术
铝-铝超高速撞击气化产物运动特性测量与分析
杜雪飞, 石安华, 马兆侠, 黄洁, 柳森
2021, 35(4): 83-91. doi: 10.11729/syltlx20200071
摘要(257) HTML (68) PDF(25)
摘要:
根据超高速撞击条件下气化产物的产生机理和辐射特性,设计了获取气化产物冲击波运动速度的序列成像测量方法,并在超高速碰撞靶上开展了直径4.5 mm铝球以6 km/s左右速度撞击2A12中厚铝板的试验,测量得到了撞击气化产物冲击波的运动序列图像,对撞击气化产物冲击波运动半径、速度、气化产物总能和波后流场参量分布等进行了定量分析,获得了铝-铝超高速撞击气化产物的运动特性。研究表明:设计的测量方法能很好地获得撞击气化产物冲击波不同时刻的位置信息,可为分析气化产物运动特性提供数据支持;测量所得气化产物冲击波运动半径随时间变化关系与Taylor点爆炸模型拟合结果相符,证明了该模型理论可用于超高速撞击气化产物运动特性相关研究。
基于混合传热模态的瞬态热流测试方法研究
王辉, 吴东, 朱新新, 朱涛, 杨凯, 程光辉
2021, 35(4): 92-97. doi: 10.11729/syltlx20210030
摘要(116) HTML (24) PDF(17)
摘要:
瞬态热流是电弧加热器试验高温流场需要校测的重要参数。针对高热流、强冲刷试验测试环境,根据能量守恒原则,给出了一种基于热容吸热和一维半无限体传热的混合传热模态的瞬态热流测试方法,分析了有效测试时间范围。在此基础上,设计了一种新型结构的瞬态热流传感器。结合标定试验,对研制的瞬态热流传感器进行动态响应特性检测和准度校准,并应用于电弧加热器试验环境中。结果表明:该瞬态热流传感器具有良好的动态响应性能和抗冲刷能力,可以满足电弧加热器试验环境高热流测试需求。
实验设备与方法
FL-11风洞旋翼翼型俯仰/沉浮动态试验装置的研制
康洪铭, 唐领, 孔鹏, 李国强, 张卫国
2021, 35(4): 98-105. doi: 10.11729/syltlx20200130
摘要(33) HTML (8) PDF(19)
摘要:
为全面开展直升机旋翼动态失速研究,在FL-11风洞研制了俯仰/沉浮两自由度动态试验装置。首先设计试验装置的机械结构,并利用有限元法对机械支撑框架和运动基座进行静力学和模态分析;其次采用多电机同步驱动实现翼型俯仰和沉浮运动,利用SIMOTION D和S120构建的运动控制系统保证控制精度;最后利用基于龙门轴锁定增益补偿算法的同步控制技术提升电机同步精度,并通过电子凸轮技术实现振幅和频率的无级调节。结果表明:该装置能实现俯仰、沉浮振荡运动以及耦合振荡运动,俯仰运动最大振幅为15°、最高频率为5 Hz;沉浮运动最大振幅为130 mm、最高频率为5 Hz;角度和位移精度分别为3′和1 mm。该装置已成功应用于CRA309翼型动态气动特性风洞试验,为深入研究动态失速特性提供了试验平台。
小尺寸Schmidt-Boelter热流传感器的研制
朱新新, 朱涛, 杨凯, 杨庆涛, 王辉
2021, 35(4): 106-111. doi: 10.11729/syltlx20200065
摘要(107) HTML (34) PDF(17)
摘要:
为满足常规高超声速风洞试验的热流测量需求,研制了一种小尺寸Schmidt-Boelter热流传感器。建立了传感器仿真模型并基于该模型对其结构尺寸开展了优化设计。根据优化结果,制作了尺寸为Φ 3×10 mm的传感器样件。在弧光灯热流标定系统上进行了性能测试,试验结果表明:该传感器灵敏度系数大于30 μV·m2/kW,响应时间约50 ms。
信息与简讯
基于10 kHz高频OH-PLIF的标模发动机燃烧室测量试验
车庆丰, 齐新华, 涂晓波, 郝夫跃, 陈国柱, 张顺平, 陈爽
2021, 35(4): 112-112. doi: 10.11729/syltlx20210088
摘要(43) HTML (13) PDF(21)
摘要:

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《实验流体力学》编辑部

2021年8月13日