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蝴蝶柔性扑翼前飞流固耦合特性
1
作者 朱汉希 郭承鹏 +1 位作者 张铁军 张扬 《空气动力学学报》 北大核心 2026年第2期81-92,共12页
扑翼刚度变化对昆虫前飞气动特性与结构响应具有显著影响。现有研究多聚焦于小型昆虫扑翼的流固耦合问题,而对具有大翅膀面积、低展弦比特征的蝴蝶扑翼研究稍显不足。为了研究不同柔性分布对仿蝴蝶扑翼前飞流固耦合特性的影响,本文基于... 扑翼刚度变化对昆虫前飞气动特性与结构响应具有显著影响。现有研究多聚焦于小型昆虫扑翼的流固耦合问题,而对具有大翅膀面积、低展弦比特征的蝴蝶扑翼研究稍显不足。为了研究不同柔性分布对仿蝴蝶扑翼前飞流固耦合特性的影响,本文基于真实斑凤蝶的外形和运动模式,建立了相应的几何模型与运动学方程,发展了一种基于格子玻尔兹曼方法与有限元方法的流固耦合求解方法,并通过标模算例验证了该方法的准确性。利用所发展的方法,分别比较了各向同性柔性分布、各向异性柔性分布与刚性分布的蝴蝶翅膀在扑动过程中的气动特性和结构响应差异。结果表明,各向同性柔性扑翼的飞行性能显著优于各向异性扑翼与刚性扑翼,其扑动产生的涡结构更为复杂。因翅膀柔性而产生的翼尖二次流涡和后翼翼尖涡形成了额外的低压区域,提升了柔性扑翼的飞行性能。本研究有望对扑翼飞行中涉及升力增强机制的涡动力学提供一些新的见解,从而为新型仿生微型扑翼飞行器的设计提供参考。 展开更多
关键词 斑凤蝶 柔性扑翼 流固耦合 涡动力学 仿生流体力学 扑翼飞行器
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展向流动分量对地面效应条件下组合翼气动特性的影响初探
2
作者 张思博 陈红勋 代钦 《工程力学》 北大核心 2026年第2期270-278,共9页
以地面效应条件下组合翼(compound wing)气动特性的风洞实验和翼尖涡PIV速度场的拖曳水槽实验结果为依据,总结了组合翼与平直翼升力和阻力差异的基本规律,并在分析翼尖涡流场演化特征的基础上,着重从展向机翼流动的观点初步探讨了气动... 以地面效应条件下组合翼(compound wing)气动特性的风洞实验和翼尖涡PIV速度场的拖曳水槽实验结果为依据,总结了组合翼与平直翼升力和阻力差异的基本规律,并在分析翼尖涡流场演化特征的基础上,着重从展向机翼流动的观点初步探讨了气动力变化的机理。实验所采用的组合翼由中段平直翼和两侧外段带下反角的矩形翼组成。通常在自由空间中飞行时,下反角使机翼的横侧稳定性降低,滚转敏捷性提高,对机翼的气动性能影响并不大,但该实验结果表明:在地面效应条件下,下反角使机翼的升力和阻力均发生改变。越靠近地面,下反角大的组合翼升力增加的效果越明显,而PIV速度场测量的结果显示,组合翼的下反角结构能够抑制翼尖涡的生成和发展,有利于减小机翼的诱导阻力。此外,在特定工况下还发现翼尖涡流场中伴随有二次涡生成,诱导并耗散翼尖涡强度,从而削弱下洗运动,可进一步降低机翼的诱导阻力。 展开更多
关键词 机翼地面效应 组合翼 下反角 气动力 翼尖涡
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头部温度对圆锥高超声速边界层高频不稳定波影响实验研究
3
作者 宫铭跃 董昊 +2 位作者 刘是成 高思源 焦运 《实验流体力学》 北大核心 2026年第1期146-160,共15页
边界层从层流到湍流的转捩会对飞行器的飞行稳定性和飞行安全造成重要影响。高超声速飞行器在飞行时头部因气动加热而温度升高,影响边界层的稳定性和转捩特性。本文针对马赫数6、0°迎角圆锥模型开展了边界层稳定性实验,研究了头部... 边界层从层流到湍流的转捩会对飞行器的飞行稳定性和飞行安全造成重要影响。高超声速飞行器在飞行时头部因气动加热而温度升高,影响边界层的稳定性和转捩特性。本文针对马赫数6、0°迎角圆锥模型开展了边界层稳定性实验,研究了头部温度和钝度对圆锥边界层稳定性的影响规律。壁温比(头部温度与来流总温之比)T_(w)/T_(0)在0.6~1.3之间变化,头部钝度R范围为0~5 mm。通过红外热成像和高频脉动压力传感器(PCB)对边界层转捩及不稳定波进行测量。实验结果表明,改变圆锥头部温度和钝度会影响边界层的稳定性。在尖锥(R<50μm)情况下,头部加热会促进第二模态波发展;对于头部钝度为0.5和2 mm的圆锥,壁温比从0.6增大到1.1时会抑制第二模态波发展,而继续增大到1.3后则转为促进第二模态波的发展;对于头部钝度为5 mm的圆锥,头部加热则使第二模态波更稳定。 展开更多
关键词 高超声速边界层 第二模态 壁温比 红外热成像
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基于吹吸气控制的飞行器大攻角气动性能提升方法研究
4
作者 李晓 刘晓冬 +4 位作者 冯立好 李璞 肖伶 石钧之 衣然 《力学学报》 北大核心 2026年第1期1-14,共14页
流动控制是改善飞行器气动性能,拓展飞行包线的重要途径.以往流动控制设计较少考虑实际流动情况,导致控制方法和参数设计存在难实现等问题.本文提出了通过吹吸气调控前缘涡进而改善大攻角气动性能的涡扰动控制原理,以一个飞翼布局飞机为... 流动控制是改善飞行器气动性能,拓展飞行包线的重要途径.以往流动控制设计较少考虑实际流动情况,导致控制方法和参数设计存在难实现等问题.本文提出了通过吹吸气调控前缘涡进而改善大攻角气动性能的涡扰动控制原理,以一个飞翼布局飞机为例,阐述了如何依据未控制工况的翼面流动压力信息设计控制参数,并且验证了控制效果和可操作性.首先,研究了一个后掠角为65°的小展弦比飞翼标模的纵向气动特性,发现该飞翼标模会在38°攻角下发生升力失速和力矩失速.其次,在涡扰动控制原理的指导下,设计了沿飞行器前缘分布的4个吹吸气狭缝,研究了在机翼不同位置分别施加吹气、吸气时的控制效果.进一步,设计了前段狭缝吹气与后段狭缝吸气联合控制方法,翼面压强分布和控制参数设计表明,该方法可将吸气口吸入的气体经由吹气口吹出,从而可在不依赖外部气源供气的情况下实现控制.控制效果分析表明,吹吸气联合控制能够增强前缘涡强度和负压,延缓前缘涡破裂,进而显著提高后失速阶段的升力系数,延缓失速后升力系数和俯仰力矩系数的掉落,拓展飞行包线.综上,本文提出的控制原理和方法基于飞行器翼面实际流动情况设计,方法有效、可操作性强,具有重要价值. 展开更多
关键词 飞翼布局 前缘涡 涡扰动控制原理 吹吸气联合控制
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爆炸冲击过程快响应PSP测量技术
5
作者 薛铭恺 谷丰 +4 位作者 金龙 贾东鹏 程帅 彭迪 杨军 《气体物理》 2026年第1期40-49,共10页
在爆炸冲击研究中,精确测量冲击波的压力时程参数对毁伤评估工作至关重要。传统测压技术难以全面表征待测表面的压力时空演化特性,而新型光学测压手段——快响应压力敏感涂料(pressure-sensitive paint,PSP)技术为解决这一问题提供了新... 在爆炸冲击研究中,精确测量冲击波的压力时程参数对毁伤评估工作至关重要。传统测压技术难以全面表征待测表面的压力时空演化特性,而新型光学测压手段——快响应压力敏感涂料(pressure-sensitive paint,PSP)技术为解决这一问题提供了新思路。研究基于快响应PSP开发了爆炸冲击过程压力场测量技术,搭建了相应的光学测量系统,并在激波管中开展了验证实验。首先,针对涂料动态响应延迟以及相机曝光时间的平均效应,提出了时域反卷积算法,有效校正了PSP测量爆炸冲击过程中瞬态压力突变时的信号迟滞。其次,针对爆炸产物气体组分变化问题,发展了一种本征正交分解频率滤波方法,有效解耦了PSP信号中气体组分变化与压力变化的影响,消除了气体组分变化对压力测量的干扰。实验结果显示,快响应PSP技术能够在爆炸冲击过程中实现高精度的全场动态压力测量,有望为相关领域的实验研究提供技术支撑。 展开更多
关键词 压力敏感涂料 爆炸冲击 激波管 时域反卷积 本征正交分解
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基于深度学习的风力机叶片气动优化方法研究
6
作者 韩旭 陈荣钱 +2 位作者 楼锦华 柳家齐 尤延铖 《应用力学学报》 北大核心 2026年第1期38-48,共11页
针对传统计算流体力学方法在评估叶片气动性能时计算量大、耗时长的问题,提出了一种基于深度学习的风力机叶片气动优化方法。该方法首先通过构建基于多层感知器的翼型气动力快速预测模型,实现了对风力机翼型气动性能的快速优化,随后,结... 针对传统计算流体力学方法在评估叶片气动性能时计算量大、耗时长的问题,提出了一种基于深度学习的风力机叶片气动优化方法。该方法首先通过构建基于多层感知器的翼型气动力快速预测模型,实现了对风力机翼型气动性能的快速优化,随后,结合叶素动量理论,建立了风力机叶片气动性能的快速计算方法,从而进行风力机叶片的外形优化研究。以某1.5 MW风力机为例,分别针对最大升阻比和年发电量进行了翼型优化和叶片外形优化。研究结果表明,基于多层感知器的翼型气动力预测模型在训练集和测试集上的总体预测准确率超过了99%,通过该方法优化后的风力机叶片,其功率系数提升了13.74%,年发电量提高了4.04%,证明了深度学习在风力机叶片气动优化领域的实用价值。 展开更多
关键词 深度学习 风力机叶片优化 叶素动量理论 翼型优化
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海豹胡须柱杆件周围流场与气动噪声特性
7
作者 朱剑月 王亚正 +1 位作者 徐俊起 庞加斌 《同济大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期652-660,共9页
基于海豹胡须能有效抑制涡激振动的特殊结构,数值分析了海豹胡须柱杆件周围流场与气动噪声特性。在声学风洞中进行了气动噪声测试,并与具有相同特征长度的圆柱以及椭圆柱杆件进行对比。结果表明,海豹胡须柱鞍面与节点面交错排列的几何... 基于海豹胡须能有效抑制涡激振动的特殊结构,数值分析了海豹胡须柱杆件周围流场与气动噪声特性。在声学风洞中进行了气动噪声测试,并与具有相同特征长度的圆柱以及椭圆柱杆件进行对比。结果表明,海豹胡须柱鞍面与节点面交错排列的几何结构引发流体三维分离,剪切层之间的相互作用减弱,导致尾迹中没有明显的拟序结构、尾迹稳定性显著提升、几何体表面升力脉动被抑制;海豹胡须柱破坏了圆柱尾流规律性脱落的卡门涡街,抑制了所产生气动噪声的谐频峰值,多数频段内声压级幅值降低。气动噪声风洞测试结果验证了数值模拟的准确性。 展开更多
关键词 海豹胡须柱 气动噪声 流场特性 涡脱落 谱本征正交分解
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大型客机翼尖涡不稳定性及其模态特征研究综述
8
作者 向阳 吴奕铭 +2 位作者 陈炫羽 程泽鹏 刘洪 《空气动力学学报》 北大核心 2025年第1期62-94,I0002,共34页
翼尖涡是客机尾涡的重要组成部分,不仅会产生诱导阻力影响飞机的经济性,同时还会带来尾迹遭遇问题进而影响到后续飞机的安全性。随着数值模拟和实验技术的提升,对翼尖涡结构特征、动力学特征、不稳定性发展、演变规律等现象和机理的认... 翼尖涡是客机尾涡的重要组成部分,不仅会产生诱导阻力影响飞机的经济性,同时还会带来尾迹遭遇问题进而影响到后续飞机的安全性。随着数值模拟和实验技术的提升,对翼尖涡结构特征、动力学特征、不稳定性发展、演变规律等现象和机理的认知不断加深,并取得了丰富的研究成果。近些年,随着不稳定性理论和模态解析方法的发展,研究者针对翼尖涡的不稳定性及其模态特征开展研究,试图揭示翼尖涡不稳定性演变的规律及机制,并期望能建立一种基于不稳定性的流动策略,从而实现对翼尖涡失稳衰减的最优化控制。本文对飞机翼尖涡不稳定性及其模态特征的研究展开综述,首先介绍翼尖涡的不稳定性特征,然后比较典型模态分析方法的基本原理,进而分析翼尖涡不稳定性及其模态结构特征,最后讨论翼尖涡不稳定性模态分析的研究现状及未来发展趋势。 展开更多
关键词 大型客机 翼尖涡 模态分解 涡不稳定性 流动控制
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串列海豹胡须柱杆件周围流场与气动噪声特性分析
9
作者 朱剑月 季婧雯 +1 位作者 贾青 徐俊起 《振动工程学报》 北大核心 2025年第8期1665-1676,共12页
根据延迟分离涡模型进行流场计算,采用稀疏促进动力学模态和谱本征正交分解方法对尾迹流场进行模态分解,结合声类比方法,分析了雷诺数(Re=6×10^(4)~1.2×10^(5))下串列海豹胡须柱杆件周围流场与气动噪声特性,并与具有相同特征... 根据延迟分离涡模型进行流场计算,采用稀疏促进动力学模态和谱本征正交分解方法对尾迹流场进行模态分解,结合声类比方法,分析了雷诺数(Re=6×10^(4)~1.2×10^(5))下串列海豹胡须柱杆件周围流场与气动噪声特性,并与具有相同特征长度(对应圆柱直径30 mm)的串列圆柱与串列椭圆柱杆件工况进行对比。结果表明:串列类圆柱体下游杆件的升力脉动强于上游杆件,在噪声辐射中占据主要地位;海豹胡须柱鞍面与节点面交错排列的几何结构引发流体三维分离,削弱了流动中剪切层之间的相互作用,尾迹稳定性增强;串列海豹胡须柱破坏了串列圆柱交替涡脱落产生的卡门涡街,流动结构中存在相邻两鞍面产生的反向涡脱落,使部分横向力得到平衡,显著降低升力脉动和涡激振动,有效控制几何体表面非定常脉动力产生的气动噪声;串列海豹胡须柱在多数频段内气动噪声声压级幅值降低,具有较明显的降噪效果。声学风洞测试结果验证了气动噪声数值模拟的准确性。本文工作对类圆柱杆件气动噪声控制具有一定的参考价值。 展开更多
关键词 噪声控制 串列海豹胡须柱 流场特性 气动噪声 声学风洞测试
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不同侧风条件下超高速行驶车辆的气动特性
10
作者 何永明 赵利元 王繁 《汽车安全与节能学报》 北大核心 2025年第1期77-85,共9页
为了研究车辆气动特性对在公路上超高速(超过120 km/h)行驶安全的影响,该文搭建静态模型与动态模型,模拟车辆的超高速行驶工况,分析车辆在侧风环境下的行驶稳定性。利用汽车风洞实验仿真软件,分析车辆在弯道与直线路段上的受力情况,计... 为了研究车辆气动特性对在公路上超高速(超过120 km/h)行驶安全的影响,该文搭建静态模型与动态模型,模拟车辆的超高速行驶工况,分析车辆在侧风环境下的行驶稳定性。利用汽车风洞实验仿真软件,分析车辆在弯道与直线路段上的受力情况,计算安全车速阈值。根据仿真结果对动态模型进行参数标定,并模拟汽车在侧风影响下的行驶轨迹,建立安全评价模型。结果表明:侧风为4级、6级和8级时,安全行驶车速分别为132、111、81 km/h。因此,环境侧风在5级及以下时,可以保证超高速行驶的安全性。 展开更多
关键词 交通安全 安全行驶速度 超高速行驶 侧风环境 气动力 安全评价模型
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风激钝体挠曲电效应悬臂结构能量收集器阵列优化试验研究
11
作者 骆英 廖兴川 《实验力学》 北大核心 2025年第1期11-20,共10页
针对无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)节点对稳定能量供应的需求,提出了一种基于挠曲电效应的风激钝体悬臂结构驰振风能收集器,并通过数值模拟和风洞试验研究了风能收集器及其阵列的输出电功率特性。结果表明:能量收集阵... 针对无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)节点对稳定能量供应的需求,提出了一种基于挠曲电效应的风激钝体悬臂结构驰振风能收集器,并通过数值模拟和风洞试验研究了风能收集器及其阵列的输出电功率特性。结果表明:能量收集阵列的交错阵列优于串联阵列;阵列横向间距过小会抑制下游钝体剪切流的形成,从而减弱其振动;阵列纵向间距过小会抑制上游钝体的涡分离,使其振幅减小。合理选择能量收集器的阵列方案,可以增强钝体的振幅,提高能量收集装置阵列的效率。 展开更多
关键词 挠曲电效应 驰振 钝体悬臂梁能量收集器 流固耦合 风洞
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NACA2412翼型表面粗糙度对气动特性影响研究
12
作者 王飞 张康康 +4 位作者 何端阳 齐迹 明晓添 张杰 肖朋 《表面技术》 北大核心 2025年第11期119-129,共11页
目的为获取宽飞行工况下表面粗糙度对翼型气动特性和流场特性的影响,指导翼型设计和开发,对翼型不同表面粗糙度开展数值仿真研究。方法利用CFD数值模拟方法,采用SST k-ω湍流模型,以NACA2412翼型为研究对象,开展了不同表面粗糙度下翼型... 目的为获取宽飞行工况下表面粗糙度对翼型气动特性和流场特性的影响,指导翼型设计和开发,对翼型不同表面粗糙度开展数值仿真研究。方法利用CFD数值模拟方法,采用SST k-ω湍流模型,以NACA2412翼型为研究对象,开展了不同表面粗糙度下翼型的气动特性数值模拟与分析,得到了不同表面粗糙度下翼型摩擦阻力系数、总阻力系数、升力系数等变化规律以及各工况下的翼型流场分布。结果当翼型表面粗糙度小于敏感粗糙度k_(cr)时,翼型表面摩擦阻力系数急剧增大,升力系数急剧减小,当翼型表面粗糙度大于k_(cr)值时,翼型气动特性对粗糙度不敏感。Ma=0.2时,翼型表面敏感粗糙度k_(cr)为0.25 mm,随着粗糙度的增加,翼型的临界攻角逐渐减小;敏感粗糙度下,临界攻角为13°,较光滑翼型减小了3°,其升力系数在各攻角下较光滑表面降低8.7%~31.2%。随着马赫数增大,翼型表面敏感粗糙度k_(cr)减小,临界攻角减小。Ma=0.6时,翼型表面敏感粗糙度k_(cr)为0.15 mm,临界攻角随粗糙度变化不大,各粗糙度下翼型临界攻角已减小至8°;敏感粗糙度下,8°攻角及以下,升力系数较光滑表面降低8.3%~11.8%,超过8°攻角后,由于粗糙翼型和光滑翼型均达到临界攻角,翼型升力系数受粗糙度影响较小。结论随着翼型表面粗糙度的增加,翼型摩擦阻力系数和总阻力系数增大,但随着攻角和马赫数增大,摩擦阻力占翼型总阻力比例逐渐减小,翼型总阻力增长不大;随着翼型表面粗糙度的增加,翼型升力系数减小,翼型边界层厚度增大,翼型表面发生流动分离、产生失速现象的临界攻角减小。研究内容对不同飞行速度下飞行器翼型表面粗糙度等翼型设计和开发具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 翼型 表面粗糙度 数值模拟 气动特性 流动特性
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不同模态分解方法在风力机尾迹蜿蜒分析中的适用性研究
13
作者 王燕 赵桂花 +1 位作者 刘国良 李晔 《农业工程学报》 北大核心 2025年第8期211-221,共11页
为了研究不同模态分解方法在风力机尾迹蜿蜒分析中的适用性问题,该研究采用基于致动线模型的大涡模拟方法对NREL 5.0 MW风力机的尾迹进行数值模拟,分别以本征正交分解方法(proper orthogonal decomposition,POD)、谱本征正交分解方法(sp... 为了研究不同模态分解方法在风力机尾迹蜿蜒分析中的适用性问题,该研究采用基于致动线模型的大涡模拟方法对NREL 5.0 MW风力机的尾迹进行数值模拟,分别以本征正交分解方法(proper orthogonal decomposition,POD)、谱本征正交分解方法(spectral proper orthogonal decomposition,SPOD)和动态模态分解方法(dynamic modal decomposition,DMD)对尾迹结构的流动特征进行了提取与对比分析。结果表明:三种方法均能有效提取尾迹结构并进行低维重构。POD具有最快的收敛速度和更高的流场重构效率,适用于高效构建低阶的流场数据集。使用前85阶模态进行重构时,其误差为8.43%,而使用前314阶模态时,误差降低至5.54%;SPOD可以提取尾迹流场中具有频率信息且在空间上相互正交的稳定模态,在特征频率0.0156 Hz处能量集中度最高,主导模态能量占比超50%,适合分析具有明显时频特性的流动现象。SPOD使用前85阶模态重构时误差为8.38%,前314阶模态重构时误差为8.40%。DMD算法提取的尾迹结构具有明确的频率、增长率等信息,适用于主频结构的特性分析,DMD重构误差与POD相当,前85阶模态重构误差为8.44%,前314阶模态重构误差为5.57%。该研究可为尾迹蜿蜒特性分析中选取更优更适合的方法提供理论指导,也为其他流动结构的模态分析提供参考。 展开更多
关键词 尾迹蜿蜒 本征正交分解 谱本征正交分解 动态模态分解
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大跨桥梁亮化索网的风载识别及静风响应分析
14
作者 唐浩俊 李土周 +3 位作者 胡腾飞 杨博开 高子龙 李永乐 《交通科学与工程》 2025年第2期44-52,共9页
【目的】深入探究大跨桥梁亮化索网体系的抗风性能,确定索网的风荷载及其静风响应,从而为桥梁亮化工程的设计提供科学依据,确保索网结构的安全性与稳定性。【方法】首先,设计了亮化索网的气动力测试模型,并通过风洞试验识别了不同来流... 【目的】深入探究大跨桥梁亮化索网体系的抗风性能,确定索网的风荷载及其静风响应,从而为桥梁亮化工程的设计提供科学依据,确保索网结构的安全性与稳定性。【方法】首先,设计了亮化索网的气动力测试模型,并通过风洞试验识别了不同来流风向角下不同密度索网的气动力系数。然后,采用有限元分析软件建立了三种具有代表性的亮化索网的有限元模型,基于风洞试验结果模拟了作用在索网上的气动力,并详细分析了索网的静风响应行为。【结果】随着索网密度的增大,索网受到的风荷载也随之增大,且索网密度对风荷载的影响随着风速的增大而增大。但当来流垂直于桥轴线时,风向角在一定范围内变化对索网气动力影响不大。在静风响应方面,高密度索网的位移更大,但不同索密度模型应力分布的差距并不明显。此外,索网的位移响应随风向角的变化并不显著,但会造成横向钢丝绳受力不均匀,一侧较大而另一侧较小。【结论】基于以上研究结果,提出了优化索网抗风性能的措施。具体而言,增大竖向钢丝绳的初拉力或在索网与桥面之间增设斜向索可以有效减小索网的静风响应,且这两种措施的有效性可以叠加,从而进一步提高索网的抗风稳定性。 展开更多
关键词 空气动力学 风洞试验 索网风载 静风响应 抑制措施
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可压缩流动问题笛卡尔网格模拟方法研究进展与展望 被引量：2
15
作者 赵宁 刘剑明 +1 位作者 田琳琳 王镇明 《力学学报》 北大核心 2025年第2期285-314,共30页
计算网格是复杂流动问题精细化模拟的先决条件,会对数值结果的准确性和可靠性产生重要影响.然而,高质量计算网格生成需要费时费力的人机交互过程且严重依赖于工程师的个人经验,使得现阶段计算流体力学(CFD)自动化程度处于较低水平.笛卡... 计算网格是复杂流动问题精细化模拟的先决条件,会对数值结果的准确性和可靠性产生重要影响.然而,高质量计算网格生成需要费时费力的人机交互过程且严重依赖于工程师的个人经验,使得现阶段计算流体力学(CFD)自动化程度处于较低水平.笛卡尔网格具备生成简单、内存要求低、计算效率高及自动性强等特点,使其能够极大减少网格生成过程中的人工成本,因而成为CFD社区的研究热点之一.对此,以笛卡尔网格可压缩流模拟为主线,结合课题组多年的研究成果对其中涉及的关键技术和国内外发展现状展开综述.首先简要概述了笛卡尔网格自适应方法及其数据结构,随后系统阐述了切割单元、浸入边界、重叠笛卡尔网格和混合笛卡尔网格等方法的发展现状及存在的问题,最后从自适应加密策略、动态并行技术、高保真计算方法、先进物理模型及实际工程应用等多个维度深入探讨了笛卡尔网格方法涉及的关键技术与未来发展趋势.通过全面回顾和深入分析笛卡尔网格方法的研究现状和发展动态,试图为读者提供一个清晰及全面的认识,并为相关领域的研究提供有益的参考和启示. 展开更多
关键词 笛卡尔网格 可压缩流动 壁面处理方法 自适应技术 高保真模拟
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叶尖速比与风机流向间距对三风机阵列发电效率研究 被引量：1
16
作者 魏克勤 刘衎 刘庆宽 《力学学报》 北大核心 2025年第10期2284-2296,共13页
通过二维计算流体动力学数值模拟,对由3个垂直轴风力发电机组成的阵列的平均发电效率进行了研究.研究表明,叶尖速比与上下游风机之间的流向间距对该阵列的平均发电效率产生一定影响:当处于低叶尖速比阶段(TSR=1.0)时,攻角过大导致叶片... 通过二维计算流体动力学数值模拟,对由3个垂直轴风力发电机组成的阵列的平均发电效率进行了研究.研究表明,叶尖速比与上下游风机之间的流向间距对该阵列的平均发电效率产生一定影响:当处于低叶尖速比阶段(TSR=1.0)时,攻角过大导致叶片表面发生流动分离,进而导致动态失速,降低风机气动性能,随着叶尖速比的增大,流动分离现象逐渐消失,直至达到最优叶尖速比(TSR=2.0),此时气动性能最优,当叶尖速比持续增大(TSR=3.0),叶片攻角不再是最优值,升阻比减小,气动性能降低;在风机阵列的叶尖速比为2.0的基础之上使得下游风机向流向的方向移动,此时下游风机对上游尾流的阻挡减弱,上游两风机的发电效率增大,当移动至3.7倍直径处(10.36m)时,加速气流通过上游两风机之间,下游风机受到上游风机尾流影响较小,系统发电效率达到峰值;下游风机继续向流向的方向移动,受到上游风力机尾流影响变大,下游风机发电效率减小;继续改变下游风机的叶尖速比,当其叶尖速比为2.25时,此时的三风机阵列成为本研究最优工况,对应平均发电效率达到峰值31.90%. 展开更多
关键词 垂直轴风力发电机 叶尖速比 数值模拟 平均发电效率
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基于直接数值模拟的圆盘状颗粒曳力模型研究
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作者 肖意 汪靖良 +4 位作者 何闯 谭鹏 张成 方庆艳 陈刚 《力学学报》 北大核心 2025年第8期1861-1872,共12页
圆盘状颗粒广泛存在于自然界和工业环境中,现有文献对适用于工业应用场景的圆盘状颗粒曳力模型的研究还不够完善.为扩展现有模型的适用范围,基于颗粒辨析直接数值模拟(PR-DNS)对流场内圆盘状颗粒的曳力系数及绕流特性开展研究.采用Open ... 圆盘状颗粒广泛存在于自然界和工业环境中,现有文献对适用于工业应用场景的圆盘状颗粒曳力模型的研究还不够完善.为扩展现有模型的适用范围,基于颗粒辨析直接数值模拟(PR-DNS)对流场内圆盘状颗粒的曳力系数及绕流特性开展研究.采用Open FOAM-贴体网格法计算低宽长比下(0<Ar<1),较宽雷诺数(Re≤1000)和入射角(0°≤θ≤90°)范围内圆盘状颗粒的曳力系数,通过遗传算法(GA)全局最优计算提出了一种新型的曳力系数关联式.研究表明,圆盘状颗粒的绕流特性受到宽长比、雷诺数和入射角3种关键因素的共同影响,雷诺数的增加显著增强了流动的不稳定性,而入射角和宽长比则通过影响颗粒的投影面积来改变颗粒的曳力系数和绕流特性.数值验证结果表明,综合考虑3种关键参数后的新关联式表现出较高精度,其均方根误差为0.2993,平均相对误差为4.16%,且在与现有文献报道中的圆盘状颗粒曳力系数关联式的比较中,具有良好的一致性.该关联式完善了现有模型的不足,为圆盘状颗粒的计算流体力学(CFD欧拉-拉格朗日)数值模拟和工程应用提供了可靠的理论支持. 展开更多
关键词 圆盘状颗粒 低宽长比 绕流特性 曳力系数 直接数值模拟
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HyTRV标模迎风面马赫6边界层转捩实验
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作者 涂国华 王傲 +4 位作者 刘姝怡 黄刚雷 段茂昌 徐洋 陈坚强 《实验流体力学》 北大核心 2025年第5期88-99,共12页
边界层转捩研究对高速飞行器设计具有重要意义,复杂几何外形的边界层转捩研究是当下研究热点之一。针对HyTRV升力体标模,在常规风洞中进行了Ma=6条件下的转捩实验研究。通过红外热成像技术,结合数值模拟分析,探究了表面粗糙度、攻角、... 边界层转捩研究对高速飞行器设计具有重要意义,复杂几何外形的边界层转捩研究是当下研究热点之一。针对HyTRV升力体标模,在常规风洞中进行了Ma=6条件下的转捩实验研究。通过红外热成像技术,结合数值模拟分析,探究了表面粗糙度、攻角、单位雷诺数对HyTRV迎风面转捩阵面的影响规律,并对比了2座风洞中相同模型的实验结果。结果表明:粗糙度分别为1、3和6μm的工况下,增大表面粗糙度对转捩位置影响较小;在0°~6°攻角范围内,增大攻角虽然能有效抑制横流区转捩,但促进了中心线转捩;增大单位雷诺数会导致横流区转捩且中心线转捩位置前移,转捩雷诺数增大;相同实验模型转捩阵面在不同风洞条件下存在较大差异,在相同单位雷诺数下,喷管出口尺度大的风洞转捩雷诺数大于喷管出口尺度小的风洞转捩雷诺数。 展开更多
关键词 HyTRV标模 边界层转捩 风洞实验 攻角 单位雷诺数 表面粗糙度
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考虑端部效应的方柱绕流特征及风载分布规律 被引量：1
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作者 周烽 曾鑫 +2 位作者 吴庆凌 高星元 唐浩俊 《交通科学与工程》 2025年第2期53-62,共10页
【目的】探究有限长度方柱的绕流特性及端部效应对其气动力分布的影响。【方法】采用数值模拟对不同宽高比和纵向长度下方柱的气动特性进行了系统分析。首先,通过二维方柱截面计算验证了模型及方法的可靠性,并讨论了宽高比对截面气动力... 【目的】探究有限长度方柱的绕流特性及端部效应对其气动力分布的影响。【方法】采用数值模拟对不同宽高比和纵向长度下方柱的气动特性进行了系统分析。首先,通过二维方柱截面计算验证了模型及方法的可靠性,并讨论了宽高比对截面气动力的影响。随后,分析了三维有限长度方柱的气动力沿纵向的演变规律及端部绕流的影响范围。【结果】截面宽高比的增加导致尾流区域旋涡长度随之增加,负压区减小,阻力系数和斯特劳哈尔数呈线性递减趋势;当长高比小于20时,方柱整体阻力系数与斯特劳哈尔数随纵向长度的增加而迅速增大,尾流场变化显著,呈现出明显的三维特征;当长高比进一步增大时,参数的增幅趋缓,但端部绕流现象仍然突出,两端旋涡脱落现象减少,气动力呈现中部大而端部小的分布特征。【结论】揭示了有限长度方柱绕流的三维特性及端部效应对气动力分布的重要影响,为工程设计与空气动力学应用提供了重要参考。 展开更多
关键词 空气动力学 三维方柱 端部效应 数值模拟 流场特性 气动力
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基于BEM-GEBT-HBM嵌套的风力机叶片三维时变气动阻尼高效求解方法
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作者 吴鸿鑫 柯世堂 +2 位作者 王同光 任贺贺 田文鑫 《力学学报》 北大核心 2025年第10期2319-2331,共13页
风力机叶片风振过程中,其气动阻尼表现出显著的时间和空间变化特性.然而,由于计算方法的局限性和工程效率的要求,实际工程中常忽略其三维时变性,采用经验值进行简化处理.本文基于改进的叶素动量理论(BEM)与几何精确梁理论(GEBT)的耦合方... 风力机叶片风振过程中,其气动阻尼表现出显著的时间和空间变化特性.然而,由于计算方法的局限性和工程效率的要求,实际工程中常忽略其三维时变性,采用经验值进行简化处理.本文基于改进的叶素动量理论(BEM)与几何精确梁理论(GEBT)的耦合方法,通过勒让德谱有限元构建了风力机叶片的非线性动力学模型,并基于变分原理线性化了叶片的非线性气弹动力学模型.在此基础上,将该模型与谐波平衡法(HBM)嵌套,完成线性系统在各谐波频率上的周期降阶,实现振动问题与流场问题的解耦求解,提出了一种高效求解风力机叶片三维时变气动阻尼的方法.通过气弹风洞实验数据的对比验证,分析了误差来源并验证了方法的准确性和可靠性.进一步地,以IEA15MW叶片为算例,在典型尖速比条件下系统研究了大型柔性叶片在旋转工况下气动阻尼的三维时变特性,并从叶片表面绕流特性出发揭示了其作用机理.算例表明,该方法不仅能够高效捕捉气动阻尼在时空上的演化规律,还能揭示其在展向负功与正功的动态分布、局部绕流涡结构的演化过程,以及吸力面与压力面气动载荷交替作用中的耦合效应.结果表明,所提出的BEM-GEBT-HBM三维时变气动阻尼计算框架在精度和效率上均具有显著优势,为超长柔性叶片的气动弹性设计与安全评估提供了新的有效工具. 展开更多
关键词 风力机叶片 气动阻尼 三维时变性 降阶算法 气弹模态
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