飞行器雷击瞬态电磁响应数值仿真

[目的]随着航天技术的快速发展,海上发射成为未来的发展趋势之一,而运行在大气中的飞行器时常会遭遇到雷击,严重时会造成机载设备损坏。[方法]针对该问题,建立飞行器表面无缝隙和有缝隙2个模型,使用CST软件中的传输线矩阵法研究雷击情况下2种飞行器模型的感应电场和磁场、表面电流和线缆感应电流的分布规律;研究飞行器内部线缆不同长度情况下线缆感应电流的变化。[结果]结果显示,对于同一个飞行器模型,轴向同一位置的表面电场和磁场与内部电场和磁场不仅在感应峰值上有差别,电场和磁场的变化趋势也有很大的不同;缝隙对飞行器表面电场和磁场变化的影响不大,但对飞行器内部的影响很明显;飞行器上的缝隙对线缆感应电流的影响巨大,相比于有缝隙模型,无缝隙模型中的单线感应电流峰值降低了1 000倍,同轴线电流峰值也降低了15倍。[结论]所得结果对于理清雷电对飞行器的电磁效应,进而开展下一步的雷电防护工作具有一定的借鉴意义。     

雷电放电空间的电磁场分析

将雷电放电通道简化为一通电的直导线,其通道中的电流采用双指数雷电流模型.根据电磁场理论建立了雷电放电空间的物理模型,由傅立叶变换把双指数雷电流展开为不同频率正弦波的叠加,依次计算各频率的场强分量,得到空间电磁场的分布.利用Mathematica计算机软件编程计算,数值结果与有关文献的结果较一致;有关数值结果可供计算机等电子、电力设备与系统特别是微电子设备与系统的抗干扰设计参考.     

基于直击雷先导发展模型的舰船雷击附着点计算及试验验证北大核心CSCD

[目的]为设置并完善舰船防雷措施,对舰船关键设备的雷击风险和避雷针防护效果进行评估。[方法]首先,构建能模拟自然先导发展状况的先导发展模型,并引入舰船模型对舰船的雷电附着过程进行分析计算;然后,研究下行雷电先导发展至舰船四周不同区域时的舰船表面电场分布、各位置受到雷击的可能性,以及避雷针对雷击风险的防护效果;最后,在实验室中开展缩比模型放电试验并验证计算结果。[结果]结果显示,雷击附着点主要集中在舰船结构相对突出的位置,避雷针可改善舰船表面的电位分布,起到雷击防护作用,但最终雷击点的确定与下行先导的发展区域有关。[结论]结合计算结果与舰船缩比模型雷击附着试验结果,能够分析舰船直击雷防护薄弱环节,雷击附着点的最终位置与双向先导的连接情况关系紧密,所提先导发展模型能较好地对不同先导发展方位下受到雷击的舰船区域进行预测。     

垂直入水空泡内部压强分布数值研究

基于RANS方程,在VOF多相流模型中嵌入水蒸汽和水之间的质量输运模型成功实现了垂直入水空泡流的数值计算。通过与试验结果的对比说明了以上数值方法的可信性,并在此基础之上对带不同锥角头型圆柱体以不同速度垂直撞击自由液面后所生成的空泡内部压强分布进行了深入分析,结果表明:在入水空泡形成阶段,空泡内部压强会出现较大的降低现象,并随着空泡的发展压强值逐渐趋于稳定;空泡形成阶段空泡内部压强随入水物体头部锥角增加而增加;在开空泡阶段空泡内部压强低于环境压强,并随着入水速度增加而呈降低变化趋势,空泡内部压强轴向和径向分布较为稳定,没有较大的压强梯度;在空泡趋于闭合阶段空泡内部压强出现较大的波动,其变化规律与空泡内部空气复杂速度场变化规律相吻合。     

基于Simscape物理模型的径向-轴向混合磁轴承偏置磁场耦合分析

为探究径向-轴向混合磁轴承偏置磁场耦合效应,分析典型径向-轴向混合磁轴承的基本结构和承载力模型,然后基于Simscape参数化建模优势,建立了其Simscape物理模型;通过对比仿真结果与理论值验证了模型的准确性,最后通过修改径向和轴向偏移量,分析了各气隙位置偏置磁通密度的变化规律。结果表明:随着径向偏移量增加,与之垂直的径向方向偏置磁通密度显著减小,轴向偏置磁通密度略有增大,径向相互耦合作用较强;随着轴向偏移量增加,径向两个方向偏置磁通密度均略有增加;可为径向-轴向混合磁轴承的结构优化及转子振动控制提供参考。     

推进泵快速启动水力特性及流场演变研究

为了提高鱼雷的出管速度,本文基于雷诺时均N-S方程和SST k-ω湍流模型建立鱼雷发射推进泵快速启动瞬态计算模型,采用数值方法研究三种启动时间条件下推进泵的水力特性及流场演变。研究结果表明：随着时间推移,流量和推力持续增加,扬程、轴向力、轴向力矩和功率先增大后减小,效率先增加后保持稳定。扬程、轴向力、轴向力矩和功率在加速结束瞬间存在极大值,且极大值随着启动时间的增大而减小。启动初期,叶轮区域存在严重的来流冲击、流动分离和漩涡结构,随着时间推移,流场逐渐趋于稳定;启动时间对推进泵流场演变具有显著影响,启动时间越小,流场越快达到稳定状态。为保证推进泵在启动过程中无空泡产生、内部流场以较快时间运行至稳定状态,建议以0.2 s启动时间启动推进泵。     

感应雷危害及预防

雷电是自然界的放电现象，带有电荷的雷云与地面的突起物接近时，它们之间就发生激烈的放电。按照雷云的危害方式．雷击主要有：直击雷、雷电波侵入和感应雷。雷击对建筑物、设备和人员有严重的危害，由此引发的火灾、爆炸、机毁人亡的事故触目惊心，在日常生产、生活中．一般来说，人们能够注意直击雷对建筑物的破坏．但对感应雷的危害没有足够的重视。     

船舶废气固体颗粒在捕集器中的流动沉积特性

颗粒捕集器广泛应用于船舶尾气处理领域，经常出现内部堵塞共性难题。采用数值模拟方法对固体颗粒在微通道内的流动与沉积过程进行计算与分析，发现流动速度与颗粒尺寸对于固体颗粒在通道内的流动与沉积特性具有重要影响。研究结果表明：随着船舶废气流动速度的增加，颗粒沉积位置由入口区域逐渐向远离入口500 mm的区域聚集；流动速度较小时，随着颗粒尺寸增加，沉积位置逐渐远离通道入口，而当流动速度较大时，随着颗粒尺寸增加，沉积位置逐渐靠近通道入口。     

嵌岩桩承载特性静载荷试验研究

为探究嵌岩桩的竖向承载特性,本文对两根嵌岩桩进行现场静载荷试验,系统研究其在竖向荷载作用下的承载特性。结果表明:嵌岩桩在竖向荷载作用下,其承载力主要由桩周土岩的总侧阻力和桩端岩层的端承力两部分组成。桩截面轴向力沿深度逐渐递减,桩顶荷载越大,其轴向力衰减越快。各地层的侧摩阻力自上而下逐渐发挥,上部土层达到极限侧阻之后随着桩顶荷载的继续增大而有所降低。     

基于时谐电偶极子模型的舰船轴频电场衰减规律研究

由于舰船轴频电场在浅海环境下传播距离较远,因此成为舰船探测的特征信号源。本文基于时谐电偶极子模型,通过数值仿真对舰船轴频电场衰减规律进行研究。结果表明,海底平面上,舰船轴频电场纵向分量随距离的衰减速率要小于横向分量,轴频电场沿横向的衰减速率要大于其沿纵向衰减速率。17 Hz频段内,轴频电场衰减受信号频率影响较小。海底平面上,轴频电场衰减速率随着海床电导率增大而明显增大。     

矩形窄缝加热通道低流速工况下临界热流密度试验

针对矩形窄缝加热通道开展低流速工况下临界热流密度(CHF)试验研究,获得矩形窄缝加热通道临界热流密度及参数影响规律.研究结果表明:在矩形窄缝加热通道低流速工况下,临界发生时的加热元件壁面温度会发生飞升,矩形窄缝加热通道临界热流密随系统质量流速增大而增大,随系统压力、质量含汽量、进口温度增大而降低;研究获得CHF计算关系...     

海洋条件对矩形换热器温度波动特性的影响

为了研究海洋工况下矩形换热器窄矩形通道壁面温度的波动特性及非稳态工况下壁面温度的计算方法,进行了一系列的实验研究和理论分析。结果表明在海洋条件下矩形换热器窄矩形通道壁面温度会随着通道质量流量的周期性变化而产生周期性的波动,且内、外壁面温度波动的振幅及相位都不同,同时窄矩形通道壁面温度的波动特性是摇摆周期、摇摆振幅、傅里叶数和内壁面温度波动特性的函数。随着傅里叶数的增加通道内、外壁面温度波动相对振幅逐渐增加,相位差逐渐减小,且内、外壁面温度的相位差只与摇摆周期有关。     

超临界LNG在新型船用换热器冷通道内流动换热特性研究

本文在新型换热器冷通道内,对超临界状态下LNG的对流换热过程进行数值模拟,分别研究入口温度、入口质量流量和壁面热流密度对超临界甲烷流动与换热特性的影响,提出一种在直通道中加入凹槽结构的强化换热模型。首先采用Ansys Space Claim对换热通道进行几何建模,再使用Siemens STAR-CCM+仿真软件对模型进行网格划分和求解。研究发现：局部对流换热系数随着入口温度的升高有所降低,努塞尔数变化趋势与局部对流换热系数变化趋势大致相同,在斜通道内,超临界LNG具有更好的换热性能;当通道入口质量流量和壁面热流密度增加时,局部对流换热系数也随之增大;凹槽结构对换热器换热性能有较大的提升,对综合性能的提升较小。     

喷射压力对船用柴油机燃油喷雾特性的影响

为了深入研究船用柴油机燃油喷雾特性,本文以某船用孔式喷油器为研究对象,运用液滴破碎模型、大涡湍流模型、液滴碰撞聚合模型对燃油喷雾过程进行数值分析,研究喷射压力对喷雾特性的影响规律,并与试验结果对比以验证数值模拟结果的正确性。结果表明:喷雾贯穿距随着喷射压力升高而增大,喷雾初期贯穿距与时间成正比,而喷雾中后期,贯穿距增大的速度逐渐减缓;喷雾锥角随着喷射压力的增大而增大,每提升10 MPa喷射压力,锥角增大0.4°;喷雾体积随喷射压力的提高而变大,射流边缘出现的块状结构会回到喷雾主体内,而喷雾头部块状结构无法回到喷雾主体内;索特平均直径随着喷射压力的提高而变小,每提升10 MPa喷射压力,索特平均直径减小约4%。     

中膨胀土膨胀率与含水率之间的关系

以某地区典型中膨胀土为依托,在现场取样并进行重塑,然后在不同初始含水率、不同干密度和无上覆荷载条件下,研究膨胀土吸湿膨胀率与含水率之间的关系。研究结果表明:在天然初始含水率和干密度条件下,中膨胀土吸湿膨胀率与后续含水率之间虽然呈非线性关系,但在很大含水率范围(约50%以内)内,中膨胀土膨胀率与含水率之间近似呈线性关系;随着初始含水率的增加,中膨胀土吸湿膨胀率、膨胀速率均降低;随着干密度的增加,中膨胀土吸湿膨胀率、膨胀速率均增加;中膨胀土在吸湿饱和后,其吸水性能并不会降低,土体继续保持之前的吸湿速率和膨胀速率,在含水率达到1.5～2.0倍的饱和含水率后,土体吸湿膨胀速率才逐渐降低,直至最后趋于稳定。     

喷射压力对船用柴油机燃油喷雾特性的影响

为了深入研究船用柴油机燃油喷雾特性,本文以某船用孔式喷油器为研究对象,运用液滴破碎模型、大涡湍流模型、液滴碰撞聚合模型对燃油喷雾过程进行数值分析,研究喷射压力对喷雾特性的影响规律,并与试验结果对比以验证数值模拟结果的正确性.结果表明:喷雾贯穿距随着喷射压力升高而增大,喷雾初期贯穿距与时间成正比,而喷雾中后期,贯穿距增大的速度逐渐减缓;喷雾锥角随着喷射压力的增大而增大,每提升10 MPa喷射压力,锥角增大0.4.;喷雾体积随喷射压力的提高而变大,射流边缘出现的块状结构会回到喷雾主体内,而喷雾头部块状结构无法回到喷雾主体内;索特平均直径随着喷射压力的提高而变小,每提升10 MPa喷射压力,索特平均直径减小约4％.     

锌镍单液流电池二维瞬态放电模型

[目的]为研究锌镍单液流电池在运行过程中的内部机理,[方法]以某公司第2代锌镍单液流电池为例,综合考虑动质量传递、电荷守恒以及反应动力学方程建立电池的二维瞬态模型,采用有限元法进行耦合计算并分析电池内部流场、浓度场的分布。通过与实验数据对比验证计算结果的可靠性,并在此基础上研究电解液流量和离子浓度的影响。[结果]结果表明:大流量加快了电化学反应,流量每增大(或减小)0.5倍,氢氧根离子浓度区间减小(或增大)36%～41%,锌离子浓度区间增大(或减小)6.5%～6.6%;增大流量使离子浓度分布趋于均匀,而改变初始离子浓度并不影响浓度分布均匀性;当氢氧根离子初始浓度提高22%时,电池放电电压平均增大27 mV,而较大的锌离子初始浓度则不利于提升电池放电性能。[结论]模型能较为准确地计算电池的放电性能,适用于锌镍单液流电池的机理研究。     

干湿循环对粉煤灰混凝土中氯离子渗透性能的影响

文中通过干湿循环和氯盐溶液浸泡对比试验,研究了干湿循环对粉煤灰混凝土中氯离子渗透性能的影响。结果显示:干湿循环试件中自由氯离子含量的分布与浸泡试件中自由氯离子含量的分布一样,由表向内逐渐减小;干湿循环加快了试件中氯离子的侵蚀速度;干湿循环对氯离子侵蚀速度的影响随着向试件内部的深入逐渐减弱,随着氯盐溶液侵蚀时间的延长逐渐减弱,随着氯盐溶液浓度的增大逐渐增大。     

基于格子玻尔兹曼离心泵内部流场数值模拟

格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)作为一种新颖的计算流体动力学方法,能够模拟多种复杂的流体问题。论文采用格子玻尔兹曼无网格方法,利用XFLOW软件对离心泵内部流场进行数值模拟,模拟结果表明:离心泵在出口处压力达到最大值;速度从叶轮进口到叶轮出口逐渐增大,在叶轮出口处达到最大值;湍流强度在设计工况时最弱,在大流量工况和小流量工况湍流强度变大;涡量随着流量的增大也逐渐增大,在蜗壳的出口处表现最为明显。     

浸水条件下前期荷载对砂岩颗粒料压缩-回弹特性影响

压缩-回弹特性是地基处理及基坑工程中沉降及回填变形分析的重要参考依据。由于砂岩颗粒料属颗粒类材料,浸水时前期荷载及干密度影响其压缩-回弹特性;采用应力控制式三联杠杆(高压)固结仪,探究浸水24 h后前期荷载及干密度对砂岩颗粒料压缩-回弹特性影响。结果表明:干密度相同时,随着前期荷载增加,砂岩颗粒料压缩特性逐渐减小;在相同卸荷比条件下,回弹率逐渐降低;前期荷载相同时,砂岩颗粒料压缩特性与回弹特性均随干密度增大而逐渐减小;砂岩颗粒料塑性应变随前期荷载增加、干密度增大而逐渐减小。