喀斯特地区坡耕地径流水动力学特征研究

为研究喀斯特地区坡耕地在不同条件下的水动力学特征,通过野外径流模拟试验分析在不同坡度和不同流量下的细沟径流侵蚀过程,深入研究细沟径流侵蚀过程中的径流水动力学特征。研究结果表明：流速随坡度的增大而上升,但两者相关性不明显;雷诺数(Re)随坡度的增大而减小,弗劳德数(Fr)和阻力系数(f)均随坡度的增大而增加;南明区、青岩和修文的雷诺数(Re)与弗劳德数(Fr)呈显著负相关关系(P<0.01)。研究结果对于认识不同坡度与不同流量下细沟径流侵蚀过程中的径流水动力学特征有重要意义,为喀斯特地区坡耕地土壤侵蚀与防治提供一定参考依据。     

多相流试验环道的水力摩阻系数评价

对石油大学（北京）多相流试验环道测试段进行了标定，在水力光滑区，当雷诺数大于0．3Re1(Re1为光滑区与混合摩擦区的临界雷诺数）后，发现现有光滑管摩阻系数公式的计算值与实测值误差一般在5％－16．7％之间，误差随雷诺数的增大而单调增加，已不适用精密试验环道的水力计算，而考虑管壁粗糙度的Colebrook公式能很好地拟合试验数据。对几个常用的光谱管摩阻系数公式进行了分析与评价，提出了这些公式的合理使用范围。     

轿车尾随集装箱车外流场计算仿真分析

利用计算流体力学(CFD)软件对一辆小轿车尾随一辆集装箱车的过程进行了数值模拟,得到了在尾随过程中小轿车的气动阻力系数和气动升力系数相对变化曲线图.通过仿真结果可以得出尾随的过程中,轿车的气动阻力系数随两车间距离的减小先降低,当两车间距达到2倍的轿车车长时,气动阻力系数达到最小,随着间距的进一步减小气动阻力系数增大;而轿车的气动升力系数在车距小于2倍轿车车长时随车距的减小而增大,当两车间距为轿车车长时气动升力系数达到单独一辆车行驶时的2倍.通过计算可以得出在气动阻力系数最小时轿车省油13.7%的结论.     

网线直径和模拟渔获物对拖网网囊水阻力及形态影响

为探究网线直径和渔获物对拖网网囊水阻力及形态的影响,本研究利用上海海洋大学循环动水槽对3顶不同网线直径（1.11 mm、0.96 mm、0.54 mm）的网囊结构在5种流速（0.5 m/s、0.6 m/s、0.7 m/s、0.8 m/s、0.9 m/s）和2种渔获状态（空网、存在渔获物）下进行试验,比较分析各条件下网囊形态、水阻力和横向缩结系数的变化。结果表明：1）空网条件下,网囊阻力系数随网线直径的增大而增大;随雷诺数的增加,阻力系数呈减小的趋势。2）网囊水阻力与流速、网线直径和渔获量呈正相关关系。3）存在模拟渔获物网囊随着网线直径的增大,中部宽度增大;随着流速的增加,网囊长度的增加较空网网囊更为明显;空网网囊整体形态较饱满。4）空网网囊横向缩结系数先减小后趋于平缓,而存在模拟渔获物网囊横向缩结系数先减小后增至最大。本研究结果可为改善拖网网囊水动力性能,提高渔具的作业特性及选择性提供科学基础依据。     

矩形曲面网板水动力性能的数值模拟

拖网网板为网衣提供水平张力,是拖网作业系统非常重要的渔具构件之一。该文利用CFD软件FLUENT研究了展弦比对矩形曲面网板其水动力性能的影响。研究中设计了2种不同展弦比λ的网板,在流速1.54m/s,迎流冲角α=0°~50°时,建立数值水槽进行数值模拟,得到网板的阻力系数Cd、升力系数Cl、俯仰力矩系数Cm和升阻比K,对比不同网板的水动力性能差异。结果表明,1号网板(λ=2.0)与2号网板(λ=1.5)的最大升力系数分别为0.85(α=15°)和0.92(α=42°);最大升阻比分别为9.59和8.35,俯仰力矩系数的绝对值分别为0.013和0.001。可见,展弦比越大,临界冲角和Cl值越小,最大升阻比越高,但稳定性越差。研究结果可为拖网网板的结构优化设计提供参考。     

砒砂岩地区坡面径流水动力学特性研究

【目的】研究砒砂岩地区坡面径流的侵蚀规律,为该地区坡面水蚀预报模型的建立提供理论依据。【方法】在内蒙古鄂尔多斯市准格尔旗的西召沟内,选取典型的砒砂岩沟坡,采用野外实地放水冲刷试验,对不同冲刷流量(100,150,200,250,300 L/h)和坡度(5°,15°,25°,35°)下砒砂岩坡面径流的水动力学特性进行研究。【结果】在试验的冲刷流量和坡度范围内,砒砂岩地区坡面径流流速均随冲刷流量和坡度的增加而增大,它们之间呈幂函数关系。坡面径流雷诺数(Re)为58.55~442.85,且Re随冲刷时间的延长有增大的趋势。坡面径流弗罗德数(Fr)为0.738~2.281,且Fr随着冲刷流量和坡度的增加而增大。当冲刷流量和坡度较小时,径流流态为层流和缓流;当流量和坡度较大时,径流流态为层流和急流。坡面径流Darcy-Weisbach阻力系数(f)与冲刷流量和产沙量呈反比关系。【结论】相对于其他地区,砒砂岩地区坡面径流水动力学特性有其独特的特征,研究结果可以进一步揭示该地区坡面侵蚀产流产沙机理及侵蚀动力学机制。     

渔具的沉降性能及数值模拟研究进展

灯光罩网是近年在南海迅速发展的一种新型渔具,沉降性能及网具作业时所具有的形状是影响灯光罩 网渔获效率的重要因素,总结了下纲载荷网衣材料缩结系数及海流各因素对渔具沉降性能的影响,目脚水动力特 性与水动力系数研究和网渔具运动数学模型的建立方法分析了延绳钓网片及围网近年在数值模拟方面的研究方 法与成果针对灯光罩网特点提出利用弗里德曼CN90 公式和松田皎建立的C0公式,以及田内公式中任意冲角平面网 片阻力系数,借助曲面积分的方法建立灯光罩网阻力计算公式。数值模拟中为了获得更大的求解时间步长建议尝试 网格矩阵及分散算法进行各质量点模型求解。     

天然降雨条件下坡面侵蚀动力学特性研究

采用天然降雨径流小区试验的方法,通过观测天然降雨条件下坡面径流流速,对坡面侵蚀发生过程中的径流水动力学特性进行了研究.结果表明:植被覆盖的坡面和裸坡的径流水力学参数流速、雷诺数、弗汝德数均随降雨强度的增大而增大;阻力系数则随降雨强度的增大而减小.有植被覆盖的坡面流的雷诺数与弗汝德数则随雨强的变化相对平稳.     

奶牛喷淋降温水滴形态特性的数值模拟

为研究奶牛喷淋降温过程中的水滴形态特性,以及水滴撞击壁面过程中的铺展系数与水滴喷淋速度和接触角之间的关系问题,采用CLSVOF数值模拟方法,对单个水滴与固体壁面撞击过程进行三维数值模拟。首先根据Yokoi的试验对本研究数值模型的准确性进行验证,然后根据本研究试验测试数据建立数值模型,同时结合韦伯数(We)、雷诺数(Re)及系数K对数值模型进行分析验证。研究了水滴粒径分别在0.5和0.8mm条件下:当速度分别以1、2和3m/s,平均接触角为120°时水滴撞击固体壁面时的形态变化;当接触角分别为90°、120°和140°,速度为1m/s时水滴撞击固体壁面时的形态变化。结果表明:随液滴直径和撞击速度的增加,液滴撞击壁面后主要有振荡、反弹、破碎和飞溅这4种典型运动形态;随着水滴速度的增大,水滴铺展速度加快,最大铺展直径与铺展系数增大;随着接触角增大,水滴最大铺展直径减小,最大铺展系数值减小。     

深水网箱沉子在纯流作用下的水动力特性

根据物模试验得到球形和柱形沉子的受力,计算并分析水阻力系数及其变化特性。试验结果表明:具有自由运动状态的球形沉子的水阻力系数比固定时球体的水阻力系数大;柱形沉子的水阻力系数与雷诺数及形状参数有关,且在同一雷诺数下,柱形沉子的水阻力系数显著大于球形沉子的水阻力系数。     

大跨度斜拉桥主梁气动力特性的大涡模拟

为验证大涡模拟方法在获得桥梁主梁气动力特性上的可行性，开展了均匀流中大跨度斜拉桥扁平钢箱梁在Re=1.27×105下的绕流场三维计算流体动力学分析.大涡模拟方法采用Smagorinsky压格子湍流封闭模型，基于网格和时间步长无关检查确定的计算参数，获得了主梁气动系数统计平均值、脉动值和漩涡脱落St数随来流攻角的变化，表明三维主梁绕流漩涡脱落的频率带宽分布和展向不同步特征.基于主梁表面非定常压力时程的统计平均值和RMS值分布，分析了主梁表面的流动分离和再附特征，并建议了风洞试验测压孔的合理布置形式.与风洞实验相关结果的对比表明，大涡模拟方法是获得桥梁主梁气动力特性和绕流机理的有效方法.     

增升增效倾转翼农用植保无人机的设计与仿真

【目的】为满足无人机田间作业既具有旋翼机灵活起降的功能又具备固定翼长航时的特征，设计了一种X字布局的旋翼、固定翼混合结构且具有倾转功能的新型农用植保无人机。【方法】根据农田喷施作业的负载动力要求对无人机的增升装置进行了翼型和参数的设计。利用SolidWorks软件搭建了植保无人机的机体结构，使用Fluent软件结合Spalart-Allmaras湍流模型，对植保无人机增升增速参数进行了气动仿真分析。【结果】仿真试验发现，升力系数与迎角和空速呈正相关，其中，迎角从4°至6°变化时的影响较为强烈；迎角对应5°～30°前倾角时，升力系数达到0.81。在5 m/s的空速下，迎角和前倾角的关系几乎呈线性分布，机头前倾即可增大升力系数，进而增加有效负载，使得整体植保无人机的作业效率得到提升。【结论】本文为设计倾转翼植保无人机提供了理论依据，也为植保无人机延长续航时间、提升作业效率打开了新思路。     

Leading-edge vortex lifts swifts

The current understanding of how birds fly must be revised, because birds use their hand-wings in an unconventional way to generate lift and drag. Physical models of a common swift wing in gliding posture with a 60 degrees sweep of the sharp hand-wing leading edge were tested in a water tunnel. Interactions with the flow were measured quantitatively with digital particle image velocimetry at Reynolds numbers realistic for the gliding flight of a swift between 3750 and 37,500. The results show that gliding swifts can generate stable leading-edge vortices at small (5 degrees to 10 degrees) angles of attack. We suggest that the flow around the arm-wings of most birds can remain conventionally attached, whereas the swept-back hand-wings generate lift with leading-edge vortices.     

网片水阻力的后流解析计算法

本文通过对网片中一个网目目脚的后流解析,由流体动量的变化导出了与流平行整个网片水阻力计算的理论式。即;用该理论式计算与本人在东京水产大学大型回流水槽的实测结果相当接近,故说明由后流解析建立的哩论式切实可行。     

YZ22型车辆与铁路T型简支梁桥的风荷载研究

采用数值模拟技术 ,分别计算了横风中不同来流攻角下 YZ2 2型车辆单体、铁路 1 6m预应力 T形简支梁桥单体、YZ2 2 型车辆和铁路 1 6m预应力 T型简支梁桥组合体的阻力系数和升力系数 .研究表明 ,当 YZ2 2 型车辆通过铁路 1 6m T形简支梁桥时 ,YZ2 2 型车辆和 T形简支梁桥所受风荷载均比各自单独存在时明显增大 ,认为在桥梁设计时 ,应考虑车辆过桥对桥梁风荷载的影响 .     

非粘性均匀沙群体沉降运动沉速公式的研究

从相对运动的观点出发,将非粘性均匀泥沙群体沉降运动概化为上升水流在悬浮颗粒层内的运动,通过量纲分析和动平衡状态受力分析,建立了泥沙群体沉降运动中阻力系数和雷诺数的表达式,并分别建立了层流区和紊流区均匀沙群体沉速的理论公式,其结构形式与目前常用的经验公式较为一致。应用实测资料对公式进行验证的结果表明,应用该理论公式的计算值与实测值吻合程度较好。同时通过分析讨论,提出了非均匀沙群体沉降速度问题的解决途径。     

基于风洞系统的生菜空气动力学研究

针对目前利用计算流体力学软件(Computational fluid dynamics,CFD)进行植物工厂内部气流模拟仅在空载植物工厂中进行,忽略了生菜对气流存在阻碍的问题,采用风洞试验,对生菜冠层空气动力学参数进行研究。利用风洞系统测定了生菜冠层的阻力系数(C_D),并求得在不同叶面积密度(L)的情况下生菜冠层渗透率(K)与动量损失系数(C_f)之间的关系,将生菜栽培板置于风洞试验段中间位置,分别测量风洞试验段竖直方向和水平方向不同测点位置的稳态压力与风速。通过已求得的参数得到CFD建模中建立生菜多孔介质模型需要的粘滞阻力系数与惯性阻力参数。结果表明:1)本试验测得的生菜冠层阻力系数为0.02;2)成熟生菜(L=32.5 m~2/m~3),其渗透率为0.04 m~2,动量损失系数为0.13;3)动量损失系数C_f取值为0.1～1.0,当叶面积密度L为10、20、30 m~2/m~3时,作物冠层渗透率K的取值范围分别为0.25～25.00、0.06～6.25、0.03～2.78 m~2;4)成熟生菜的粘滞阻力系数为25,惯性阻力系数为1.3。     

减阻剂的模拟环道评价

减阻剂应用于输油管道可以达到增输或降压的目的,其性能评价是一个重要课题。阐述了利用环道进行减阻剂性能评价的原理,并给出了一套室内模拟环道评价装置。对环道的装置构成、设计规格和水力学特征进行了介绍。测定了室内合成EP系列减阻剂的减阻性能,对减阻剂与流体相互作用规律进行了探讨。试验结果表明,雷诺数在9000(对应管壁剪速1276s~(-1)左右时,减阻剂性能达到最大值,之后由于减阻剂的剪切降解导致减阻率降低;减阻率在加剂浓度约15mg/L时达到最大值,约74％。