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紫藤萝复叶气动特性的风洞实验研究 被引量:3
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作者 俞科杰 邵传平 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第1期245-262,共18页
树叶的形状重构和减阻能力在太阳能帆板、机翼结构、仿生天线设计和新型发电技术等方面具有应用价值.紫藤萝羽状复叶垂直悬挂于风洞中,在风速0~25 m/s范围内进行正面和反面迎风测试.发现存在前期稳定、中间过渡和后期稳定3个阶段以及5... 树叶的形状重构和减阻能力在太阳能帆板、机翼结构、仿生天线设计和新型发电技术等方面具有应用价值.紫藤萝羽状复叶垂直悬挂于风洞中,在风速0~25 m/s范围内进行正面和反面迎风测试.发现存在前期稳定、中间过渡和后期稳定3个阶段以及5个临界风速.在前期阶段叶轴随风速弯曲变化剧烈,出现小叶分层飞翼和分层多形状稳定.过渡阶段出现叶轴大幅低频振动和部分小叶小幅高频振动两种不稳定形式.后期出现两层或单一整体稳定,横截面形状分为锥形、楔形和U形.随着风速增大,复叶宽度减小,小叶层数逐步减少,直至出现流线形单一整体.随着雷诺数增大,复叶阻力系数先是快速下降,后又缓慢地趋于常数.复叶Vogel负指数绝对值|α|随小叶数目的增大而增大.反面迎风时|α|比正面迎风时大,但随着小叶数目增加两者趋于一致.当复叶旋涡脱落频率与叶轴固有频率接近时,叶轴出现大幅振动.理论分析得到叶轴振动的第二临界风速V_2/(E/ρ)^(1/2)是b/l和d/l的函数,其中E,ρ, d和l分别为叶轴弹性模量、密度、直径和长度,b为变形后的复叶宽度,并由实验数据得到了其变化图. 展开更多
关键词 树叶 形状重构 振动 临界风速 阻力 Vogel指数
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基于单颗粒追踪法研究聚氧化乙烯溶液的微流变特性 被引量:2
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作者 周思佳 王昊利 包福兵 《实验流体力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期89-98,共10页
基于单颗粒追踪方法研究了不同温度与浓度下聚氧化乙烯(PEO)溶液的微观流变特性。根据广义Stokes-Einstein关系及复杂流体黏弹性理论,利用颗粒追踪技术,对浓度为0.4wt%~1.0wt%的PEO溶液在25℃、35℃和45℃时的微观流变特性进行了测量和... 基于单颗粒追踪方法研究了不同温度与浓度下聚氧化乙烯(PEO)溶液的微观流变特性。根据广义Stokes-Einstein关系及复杂流体黏弹性理论,利用颗粒追踪技术,对浓度为0.4wt%~1.0wt%的PEO溶液在25℃、35℃和45℃时的微观流变特性进行了测量和分析。研究结果表明,随着被测溶液浓度的增加,探针颗粒的布朗运动受限趋势增大,其中浓度为1.0wt%的PEO溶液在25℃时布朗运动受限最为显著。黏弹特性模量求解结果表明:在实验条件下,PEO溶液的黏性模量(G″(ω))占主导而弹性模量(G′(ω))表现较弱;在相同温度下,黏弹性模量随着溶液浓度上升而增大;随着温度的升高,溶液弹性模量和黏性模量都呈现减小趋势,且弹性模量减小速率大于黏性模量减小速率。均方位移标准差分析表明,基于单颗粒追踪的微流变测量误差随追踪时间的增加呈增大趋势。 展开更多
关键词 被动微流变 单颗粒追踪 聚氧化乙烯 均方位移 黏弹特性
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旋转振荡板尾流的控制研究 被引量:1
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作者 陈国孝 刘喆 邵传平 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期1856-1875,共20页
桥跨结构发生颤振时的旋涡尾流可由二维强迫旋转振荡板绕流模拟.在弦厚比B/H=5的振荡板两侧对称地放置两个宽度比均为b/H=0.33的窄条,对尾流的锁频旋涡脱落进行控制.采用数值模拟和实验验证方法,对旋涡场、尾流平均和脉动速度,以及板所... 桥跨结构发生颤振时的旋涡尾流可由二维强迫旋转振荡板绕流模拟.在弦厚比B/H=5的振荡板两侧对称地放置两个宽度比均为b/H=0.33的窄条,对尾流的锁频旋涡脱落进行控制.采用数值模拟和实验验证方法,对旋涡场、尾流平均和脉动速度,以及板所受扭转力矩和升力进行研究,研究的振幅范围β=0°~10°,振频范围f_(e)H/V_(∞)=0~0.0857,雷诺数Re=V_(∞)H/V=2800.窄条位置分为板的前缘、中央和尾缘3种,控制参数为窄条横向坐标y/H.根据实验结果,当窄条位置y/H在一定范围,振幅β=0°~7.5°,振频f_(e)H/V_(∞)=0~0.08时,有控制和无控制尾流脉动速度功率谱主峰的比值远低于1,最低可达0.3左右.根据数值模拟结果,当中央控制件位于y/H=±1附近时,在振幅β=0°~7.5°,和一定频率范围内,脉动扭转力矩均方根和升力均方根都有大幅下降,最多可分别降低43%和80%.引入第一和第二涡黏系数,将尾流无规则脉动形成的湍流法向和切向应力,分别与扰动速度幅值的法向和切向梯度相联系,得到线性稳定性方程.稳定性分析表明,施加控制后,最大扰动放大因子ω_(imax)大幅降低,扰动增长的频率范围显著收窄.窄条改变尾流速度剖面形状并增大湍流涡黏系数,从而减弱尾流的不稳定性. 展开更多
关键词 旋转振荡 尾流 抑制 窄条控制件
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柱状颗粒在线性剪切流场中运动的数值模拟研究 被引量:2
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作者 郑乐梅 王彦入 +2 位作者 沈家鑫 尹招琴 包福兵 《力学与实践》 北大核心 2021年第5期734-739,共6页
柱状颗粒是自然界和工业过程中一种普遍的颗粒形状,它在流场中的运动与球状颗粒有显著区别。论文基于直接力浸入边界法数值模拟了柱状颗粒在线性剪切流中的运动;分析了柱状颗粒周围流场参数分布,获得了作用在颗粒上的力矩变化,明确了由... 柱状颗粒是自然界和工业过程中一种普遍的颗粒形状,它在流场中的运动与球状颗粒有显著区别。论文基于直接力浸入边界法数值模拟了柱状颗粒在线性剪切流中的运动;分析了柱状颗粒周围流场参数分布,获得了作用在颗粒上的力矩变化,明确了由流体曳力和颗粒惯性力相互作用导致颗粒运动的速度和角速度的变化规律,同时考虑了颗粒雷诺数对颗粒运动的影响。 展开更多
关键词 柱状颗粒 线性剪切流 直接力浸入边界法
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鹅掌楸树叶在风中的变形与振动 被引量:7
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作者 邵传平 朱园园 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第2期431-440,共10页
树叶的空气动力与流固耦合特性研究在树木保护、新发电技术开发、太阳能帆板设计等方面具有重要意义.Vogel首次发现树叶在较高风速下具有形状重构以避免受损害的能力.Vogel实验时叶柄端部是简支的,与叶柄与树枝的自然连接方式不同.在本... 树叶的空气动力与流固耦合特性研究在树木保护、新发电技术开发、太阳能帆板设计等方面具有重要意义.Vogel首次发现树叶在较高风速下具有形状重构以避免受损害的能力.Vogel实验时叶柄端部是简支的,与叶柄与树枝的自然连接方式不同.在本文的研究中,叶柄端部是固支的,叶片垂直悬挂,正面或反面迎风.在风速0~27 m/s范围内,存在两种叶片静止状态,即飞翼形稳定和锥形稳定;还有3种叶片振动状态,即低频摆动、第1和第2高频振动.这5种状态由5个临界风速决定.通过70余片树叶测试结果的统计,得到了树叶每个状态存在的概率,及每个临界风速的期望值.流动显示发现树叶变形后其尾流中存在旋涡脱落现象.天平测量发现叶片阻力系数随叶片雷诺数的增大而减小并逐渐接近于0.1.引入悬臂梁模型,采用测量的叶片气动力,对叶柄静态弯曲形状进行计算,结果表明当风速由0逐渐增至5 m/s时,叶柄向下游弯曲迅速;但风速由5 m/s进一步增大时,向下游的弯曲则变慢. 展开更多
关键词 树叶 形状重构 振动 临界风速
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单窄条控制件对横向振荡柱体尾流2P模式旋涡脱落的改变 被引量:1
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作者 曹梦圆 金华斌 邵传平 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第4期734-750,共17页
横向强迫振荡柱体尾流控制是柱体涡激振动控制的基础,在海洋、土木等工程中具有重要意义.横向强迫振荡柱体尾流中存在一种锁频旋涡脱落模式,即在一个振荡周期内柱体上、下侧各脱落旋转方向相反的一对涡,称为2P模式.本文将相对宽度b/D=0... 横向强迫振荡柱体尾流控制是柱体涡激振动控制的基础,在海洋、土木等工程中具有重要意义.横向强迫振荡柱体尾流中存在一种锁频旋涡脱落模式,即在一个振荡周期内柱体上、下侧各脱落旋转方向相反的一对涡,称为2P模式.本文将相对宽度b/D=0.32的窄条控制件置于横向强迫振荡柱体下游,对振幅比A/D=1.25,无量纲振频f_eD/V_∞=0.22,雷诺数Re=1 200的2P模式旋涡脱落进行干扰,并通过改变控制件位置,研究旋涡的变化规律.采用二维大涡模拟和实验验证方法进行研究,在控制件位置范围0.8 X/D 3.2,0.4 Y/D 3.2内,得到了2P,2S,P+S和另外6种新发现的旋涡脱落模式,并对各模式旋涡的形成过程作了详细描述.在控制件位置平面上给出了各旋涡模式的存在区域,画出了旋涡脱落强度的等值线图,并发现在一个相当大的区域内,旋涡脱落强度可减小一半以上,尾流变窄.发现柱体大幅振荡引起的横向剪切流在旋涡生成中起关键作用.探讨了控制件对横向剪切流的影响,分析了控制件在每种旋涡模式形成中的作用机制. 展开更多
关键词 涡激振动 强迫振荡 旋涡脱落 控制
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