纳米流体在微尺度特斯拉阀中流动的数值研究（英文）

目的:微通道以其效率高、体积小等特点在许多领域有着越来越广泛的应用。特斯拉阀是一种没有运动部件的止回阀,在微流动控制领域有着明显的优势。大量研究表明,将纳米流体运用到微尺度通道中可明显提高换热效率。本文将二者结合,研究Al2O3-水纳米流体在微尺度特斯拉阀中的流动特性,为微尺度特斯拉阀以及纳米流体的进一步研究提供参考。创新点:1.将特斯拉阀应用于纳米流体的微流动控制中;2.研究不同的操作条件和不同的介质特性对纳米流体在微尺度特斯拉阀中流动特性的影响;3.研究纳米流体在微尺度特斯拉阀中不同流动方向的流体分布和压力情况,并根据特斯拉阀的压降比(反向流动压降/正向流动压降)来分析特斯拉阀对微流动的控制效果。方法:1.建立微尺度特斯拉阀的三维模型;2.通过有效性验证的数值方法,在不同操作条件和不同流动介质特性的情况下,模拟纳米流体在微尺度特斯拉阀中正反两个方向的流动;3.根据流体在流动过程中的分布以及压力的变化情况,分析温度、流体流量和纳米颗粒体积分数对纳米流体在微尺度特斯拉阀中流动特性的影响。结论:1.纳米流体在特斯拉阀中正向流动时,大部分流体进入了分叉段中的直通道;而反向流动时,大部分流体进入了分叉段中的弧形通道,并且随着流量、温度和纳米颗粒体积分数的增加,主流量的百分比增加。2.当纳米流体反向流动时,在弧形通道出口处的射流对压降的影响非常明显,这是导致反向流动压降大于正向流动的重要原因。3.特斯拉阀的压降比受流量的影响最显著;在本文的研究范围内,压降比随着流量的增加而线性增加。     

基于CFD的电动截止阀内流道数值模拟及改进设计

电动截止阀是流体输送的重要元件.阀的传统设计方法很少从流体角度对其流道进行设计,其流阻系数比较大,容易造成局部压力损失.流体介质通过阀口时,流动方向发生变化,可能产生诸如局部涡流、空化、水锤和死水区等水流现象及湍流脉动噪声,对阀体有很强的破坏性,降低阀的使用寿命.基于RAN-S方程组和RNG k-ε湍流模型,利用CFD技术对全开启状态下的电动截止阀的内流道进行三维的湍流数值模拟,获得其总压图、速度矢量图、湍动能强度图.通过数值模拟,可以直观地显示阀的内流道中流体的流动过程.改变进出口段流道的长度、曲率以及阀杆在流道中的布局等,进出口的压力差相对于未改进前减少30%左右,速度突变区域明显缩小,局部涡流现象消失,湍动能强度也降低了15%左右.     

缝洞介质内非达西流动实验研究

采用熔蜡的方法制作了多组全直径缝洞岩心,并利用岩心进行了一系列单相水流动实验,研究缝洞岩心内的流体流动规律。利用单相流动实验结果,采用多参数拟合方法得到适用于缝洞介质的非达西系数表达式,计算了缝洞介质的临界福西海默数(Fo)和临界非达西效应误差。研究结果表明:在矿场的水线推进速度下,压力降与流速存在线性和非线性关系,因此流体的流动规律存在达西流动和高速非达西流动,而其中更多的是高速非达西流动,这主要取决于裂缝的发育程度;Geertsma提出的非达西系数经验公式对于缝洞介质的适用性很差,本文在其基础上修正的非达西系数表达式适用于缝洞介质;缝洞介质的临界福西海默数在0.65±0.1范围内,远远大于砂岩介质的临界Fo,临界非达西效应高达35%~45%,表明非达西效应在缝洞介质中的不可忽略性。     

用心破解人生的命题——记华东交通大学雷晓燕教授

在2006年举行的一次国际重大项目招标会上,华东交通大学"铁路环境振动与噪声"教育部工程研究中心从参加竞标的比利时DTS公司、德国DataKustik公司等众多强手中脱颖而出,一举夺得"曼谷机场铁路连接线噪声与振动研究"项目,而领衔"铁路环境振动与噪声"教育部工程研究中心的带头人正是华东交通大学的雷晓燕博士.     

周期性脉动流体管路输送系统压力分布求解

泵输出的周期性脉动流体的压力脉动，是引起流体谐振、激励管路振动和噪声的主要原因．为了减少振动造成的故障，人们从两方面进行研究：一是研究开发高性能滤波器，消除和抑制脉动压力幅值；二是合理设计管路结构参数，避免流体谐振．两者均需计算不同结构参数和频率下的脉动压力，了解其幅频特性。本文采用刚度矩阵法，对管路各子系统耦合，求解管路系统压力分布，并进行了仿真与实验验证     

土木工程结构抗震技术探讨

作为当前高科技领域之一的结构振动控制技术应用于各类工程中,以减轻或避免结构在地震作用下的破坏.本文对结构振动控制的类型进行了分类研究,并分析了基础隔震、被动耗能减振和主动、半主动和智能控制的工作原理和各振动控制的应用现状.     

液压锥阀中的啸叫噪声(英文)

目的:液压锥阀产生尖锐刺耳的啸叫噪声,严重地降低了液压锥阀的品质。本文探讨液压锥阀啸叫噪声的产生机理,揭示啸叫噪声对特定频率噪声信号的选择性放大原理,为啸叫噪声抑制提供理论依据。创新点:观测到介质相变、锥阀开度及阀腔变化下啸叫噪声基频漂移现象,建立空化条件下锥阀流体共振分析模型,获得了锥阀啸叫噪声是对特定频率信号的选择性放大的结论。方法:1.通过实验分析,观测到液压锥阀中啸叫噪声基频的漂移规律(图5~7、10和11);2.提出液压锥阀啸叫噪声是流声耦合引起的亥姆霍兹共振假设;3.通过建立锥阀阀腔声学共振频率模型,运用实验与理论相结合的方法分析不同工况下的啸叫噪声基频漂移规律,通过大量实验验证所提假设的正确性(图7、10和11)。结论:1.液压锥阀流声共振产生啸叫噪声,完成对特定频率噪声信号的选择性放大;2.液压锥阀只有在流体不稳定产生的周期性压力扰动信号的频率与阀腔声学共振频率接近时才产生啸叫噪声;3.运用液压锥阀流声共振产生啸叫噪声的结论,通过改变阀腔声学共振频率,使之与流道内流体不稳定引起的压力扰动频率错开,能有效地抑制液压锥阀中啸叫噪声的产生。     

基于DASP软件新风换气机的试验模态分析

研究了新风换气机的动态特性,以改善新风设备工作时的振动噪声,对XHBX-D2TH型号的新风换气机进行了试验模态研究,得到了新风机结构的8阶模态固有频率、阻尼比和模态振型等参数,为进行有限元模态仿真分析,振动、噪声分析与结构优化创造了条件.     

多介质球(轴)对称问题的高精度数值模拟方法

给出了球对称和轴对称多介质流动问题的高精度数值模拟方法.在界面处利用RGFM(Real Ghost Fluid Method)方法跟踪界面并定义界面边界条件,将多介质流动问题转化为单介质流动问题,并利用高精度RKDG(Runge-Kutta Discontinuous Galerkin)法进行计算.对于水下爆炸等问题中出现的空化现象,采用等熵的单流体空化模型来处理.数值试验结果表明,该方法能够有效捕捉各种物理现象,保持界面清晰,且大大提高计算效率.     

2005年度国家科学技术进步二等奖涡旋压缩机设计、制造关键技术及系列产品开发

本成果属流体机械及流体动力工程、制冷及低温工程学科的压缩机与制冷技术领域. 本成果围绕涡旋压缩机设计与制造关键技术、系列产品开发及其应用等进行了深入研究,主要研究内容及特点如下:     

泵系统中的振动和噪声

泵系统中的振动和噪声可分为三种基本类型:(1)、结构传播的噪声,通常称之为振动;(2)、空气传播的噪声,一般称之为声音;(3)、流体传播的噪声,有时称之为压力脉动。 噪声就是任何我们所不需要的声音。这种定义也适用于泵和其它旋转机械,因为没有人在他们的泵系统中需要噪声。噪声可能只是令人出厌,但也可能显示设备中潜着问题。 我们怀疑泵系统中可能有振动问题,怎样确定问题是否严重呢?第一步应是测量泵的振动水平。通常需要在轴承座或旋转轴上用仪器测量,操作人员用手指也可粗略测量。     

机械振动与机械波的联系与区别

振动、波动现象既有紧密的联系,又有本质的区别,掌握它们的联系和区别对正确把握和理解这两种运动形式以及迅速解答振动、波动的综合题有重要意义.一.机械振动和机械波的联系与区别1.从产生条件看:振动是波动的成因,波动是振动在介质中的传播,有波动必有振动,但是有振动未必有波动,所以产生机械波的条件是:①振动;②介质.2.从运动现象看:振动是单个质点在平衡位置的往复运动;波动是介质中大量质点依次振动而形成的,波动中每个质点的运动都是在各自的平衡位置附近做振动,但是,各个质点的振动有先后,而且质点并不随波的传播而迁移.3.从运动性…     

离心泵内部流动结构、性能优化与故障检测综述（英文）

目的:对离心泵的内部流动机理和外部特性、振动监测和性能优化进行研究,并对新兴研究趋势进行评述,为提高离心泵系统的能效提供参考建议。创新点:1.探讨了最新的用于离心泵数值模拟的湍流模型和空化模型的研究成果以及利用可视化方法揭示离心泵内部复杂流动现象的最新进展。2.对离心泵的外部特性、空化和振动进行了广泛的讨论,并总结出一种提高离心泵在工程应用中的效率和扬程、降低汽蚀余量的适用性强的离心泵叶轮多目标优化方法。方法:1.对离心泵的内部流动机理进行综述,以充分了解离心泵内部复杂的流场结构和能量损失机理。2.对离心泵外部特性进行研究,解释内部非定常流动与外部特性的耦合关系。3.介绍与离心泵在运行过程中压力脉动的监测和测量相关的最新研究进展。4.详细介绍优化离心泵性能的各种方法和措施。结论:1.尽管对离心泵内部流动现象机理及流场结构的研究已经取得了一定进展,但研究中仍存在一些亟待解决的问题,如初生空化的监测与预防、泵内旋转失速现象发生发展的规律、数值模拟和实验之间不可忽视的数据差异等。2.针对这些问题,开发高精度的计算流体动力学仿真模型,结合关键过流部件的优化设计来减少流动不稳定性和提高性能,以及运用现代流动显示技术的最新设备进行大量的仔细繁杂的试验与测量工作,是非常必要和重要的,也是未来泵内流动研究的趋势。     

一种在结构工程中具有潜在应用前景的新型强迫运动装置（英文）

目的:探究新型强迫振动装置在风工程领域的发展与应用。创新点:1.提出一种强迫振动装置,以实现多自由度耦合效应的非线性非平稳气运动,并探讨该装置的应用前景。2.该装置对运动形式无限制,且振幅及频率均可连续变化,因此所需最大驱动力不超过电机限值即可;不同运动形式在每个自由度上均可实现;对三个自由度之间的组合没有限制,单自由度、任意两自由度耦合和三自由度耦合均可。方法:1.为模拟不同形式的风振,基于比例-积分-微分(PID)控制算法开发一种强迫振动装置(FMA),并采用自主研发的强迫振动装置实现多自由度耦合的多种强迫振动运动方式。2.为满足气动建模的要求,采用强迫振动时域法对箱梁截面的颤振导数进行识别,包括单自由度、二自由度和三自由度等多种耦合形式,并与已有的研究结果进行比较,验证该强迫振动装置的准确性和可行性。3.根据强迫振动装置的特点分析其在风工程领域的应用以及未来的发展应用前景。结论:1.该强迫运动装置实现了各种运动类型,并通过试验验证了其运行精度;通过对箱梁截面颤振导数的识别和比较,验证了其在风工程领域应用的合理性。2.该装置还可用于处理其他结构工程领域的问题,如大跨桥梁的风-车-桥耦合问题、输电线塔的塔-线耦合振动问题、飞行物在特定旋转轨迹下的气动力问题和结构风致振动引起的桩-土共同作用等。     

尺度解析模拟在液力偶合器、液力缓速器和液力变矩器中的应用（英文）

目的:针对流体机械数值模拟过程中雷诺时均应力(RANS)方法占据主导地位但预测精度较低且缺乏对流场信息准确描述的现状,提出应用尺度解析模拟(SRS)方法来改进性能的预测精度以及加深对流动结构的理解。创新点:1.利用SRS方法,降低RANS湍流模型的选择困难,实现性能精准预测;2.建立全流道网格计算模型,充分展现单流道间瞬时流动信息的差异。方法:1.通过较少的网格划分及周期计算,对具有简单循环圆和平面叶片的液力偶合器进行计算,并与试验数据进行对比,初步筛选出较为适合的湍流模型(图6),进而在模型更为复杂、流动更加多变的液力缓速器和液力变矩器性能预测中进行验证(图15和21);2.通过对复杂的瞬态流动现象的清晰捕捉,深入展示3种液力元件的内部流动机理(图9、10、16、17、22和23),并评估SRS方法相较RANS方法在流动结构描述方面的先进性(图7和8)。结论:1.在液力偶合器、液力缓速器和液力变矩器等液力流体机械的计算流体动力学(CFD)模拟中,SRS方法可以提高性能预测精度并提供更为细致的流场信息;2. SRS方法中的混合RANS/LES(大涡模拟)模型在液力元件流场计算中的预测准确度、流场结构描述及计算成本等方面表现出色,尤其是BSLSBESDSL模型值得重点关注和发展;3.为了进一步验证SRS方法的实用性,可以在模拟中考虑工作介质物理属性的影响,细化网格并对气液两相流动及边界层流动进行详细计算。     

振动利用与控制工程的若干关键理论、技术及应用

振动利用工程是20世纪后半期逐渐发展起来的具有广泛应用价值的一门新学科。如何有效地利用有用的振动和消除有害的振动是振动工程研究的两大方向和两个重要课题。     

工程结构防灾的“守门人”——访2014年度国家科学技术发明奖获得者瞿伟廉教授

<正>1月9日,在北京人民大会堂国家科技奖励大会现场,记者有幸采访到了本次国家技术发明奖二等奖项目"大跨度漂浮型铁路斜拉桥列车制动响应智能控制新技术"完成人、武汉理工大学首席教授瞿伟廉。访谈中,瞿伟廉渊博的知识和活跃的思维给记者留下了深刻印象,而他对科研孜孜不倦、不断求索的坚韧精神也让人不禁肃然起敬。领跑国内工程结构振动控制研究在工程结构的振动控制研究领域,瞿伟廉是国内最早的研究者之一。1991年国际上振动控制研究刚起步时,他就出版了国际上第一本这一领     

分数阶Maxwell纳米流体二阶滑移流动与热传递分析

在考虑二阶滑移边界的影响下,对多孔介质中垂直拉伸板引起的分数阶Maxwell纳米流体流动与热传递特性开展分析研究。利用分数阶剪切应力和分数阶Cattaneo热通量模型构建二维边界层控制方程,采用有限差分和L1算法进行数值求解。对不同物理参数下的速度、温度、平均表面摩擦系数和平均Nusselt数的变化趋势进行图形化分析。研究结果表明,牛顿流体的流动性能和热传递优于粘弹性流体;速度分数阶导数参数和温度松弛时间会恶化对流和热传递,而温度分数阶导数参数和速度松弛时间则促进对流和热传递;滑移参数降低了流体初始速度,一阶滑移参数对流动和热传递的影响大于二阶滑移参数;流动和热传递对各物理参数的敏感度随该物理参数的增大而下降。     

“流体力学与传热学”课程教学改革实践

基于新工科背景对“流体力学与传热学”课程进行教育教学改革,在设定课程建设目标、分析课程教学存在的问题的基础上,分别从课程思政建设、线上课程资料库建设、“课堂教学+课内实验+项目训练+线上学习”的线上线下混合式教学模式探索、流动与传热数值仿真项目式教学设计、设计性创新性教学实验开发、多元化考核模式建立等方面开展了课程教学改革探索。课程教学为学生搭建了工程创新实践平台,将流体流动传热理论与工程实践紧密结合,学生的创新能力和实践能力得到了切实提高,为学科基础课程建设提供参考和借鉴。     

融合OBE与PAD理念的智能控制课程教学模式研究

在"新工科"建设和工程专业认证指导思想下,本文分析了智能控制课程特点、教学现状及存在的问题,提出融合成果导向教育与对分课堂理念的智能控制课程教学模式,形成以教师为中心的授课环节、以学生为中心的拓展环节、以成果为导向的考核环节等互相耦合的教学活动体系.中北大学电气工程与智能控制专业教学实践表明,该模式可有效提升智能控制课...