空气动力学领域大模型研究思考与展望 被引量：3

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作者 唐志共 钱炜祺 +5 位作者 何磊 林杰 黄铭基 赵暾 王岳青 袁先旭 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期1-11,I0001,共12页

大模型技术作为人工智能领域发展最为迅速的方向,在自然语言处理和计算机视觉等领域取得巨大成功,也在朝着赋能科学研究领域蓬勃发展,已成为空气动力学领域研究的全新手段,在指导加速空气动力实验与计算、辅助空气动力理论和知识发现等... 大模型技术作为人工智能领域发展最为迅速的方向,在自然语言处理和计算机视觉等领域取得巨大成功,也在朝着赋能科学研究领域蓬勃发展,已成为空气动力学领域研究的全新手段,在指导加速空气动力实验与计算、辅助空气动力理论和知识发现等方面存在巨大潜力。本文首先对大模型进行了概述,分析了大模型的4个主要特征,并将大模型分为大语言模型、视觉大模型和科学大模型。其次,初步给出了空气动力学领域科学计算大模型的概念内涵,从流场预测、湍流建模、气动性能预测、气动外形设计等方面介绍了研究现状。然后,从模型架构、反馈对齐、大规模气动数据的生成等角度对空气动力学领域大模型的关键技术进行了深入分析和探讨。最后,对空气动力学领域大模型未来的重点发展方向,包括构建统一的预训练基础模型、融入气动知识支撑科学发现、发展领域智能体等,进行了展望。 展开更多

关键词 空气动力学 人工智能 大模型 深度学习 流体力学

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高速空气动力学三大手段数据融合研究进展 被引量：13

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作者 唐志共 袁先旭 +3 位作者 钱炜祺 肖涵山 毕林 王文正 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2023年第8期44-58,I0001,共16页

风洞试验、数值计算和模型飞行试验三大手段的深度融合,是开展新一代高速飞行器研究的必然需求。本文重点介绍了高速风洞试验设备、数值计算软硬件建设和航天模型飞行试验能力建设情况,以及自主研制的表面温度、热流、脉动压力、摩阻等... 风洞试验、数值计算和模型飞行试验三大手段的深度融合,是开展新一代高速飞行器研究的必然需求。本文重点介绍了高速风洞试验设备、数值计算软硬件建设和航天模型飞行试验能力建设情况,以及自主研制的表面温度、热流、脉动压力、摩阻等飞行试验测量技术;并根据气动数据融合特点,提出了一种基于气动数据和物理模型相关度的融合准则,发展了基于组合深度神经网络的气动数据融合方法,解决了不同来源数据之间的数据关联问题,大幅提升了融合数据的可信度,在某高速飞行器俯仰力矩系数和头罩典型构型的气动热数据天地关联方面得到成功应用;综合运用三大手段,开展了高速激波-边界层干扰基础流动问题研究,建立了激波-边界层干扰力/热载荷天地相关性经验公式,修正了压力-热流关联关系,并首次证实了分离泡低频振荡现象在真实飞行条件下客观存在。 展开更多

关键词 数值模拟 风洞试验 飞行试验 超声速 数据融合

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智能空气动力学若干研究进展及展望 被引量：15

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作者 唐志共 朱林阳 +5 位作者 向星皓 何磊 赵暾 王岳青 钱炜祺 袁先旭 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2023年第7期1-35,I0001,共36页

智能空气动力学是人工智能与空气动力学的结合,融入了第四研究范式(数据驱动)的独特研究方法,已逐步发展成为一门独立的交叉学科。本文首先对智能空气动力学的概念和内涵进行了剖析,简述了智能空气动力学的主要研究方法,然后介绍了智能... 智能空气动力学是人工智能与空气动力学的结合,融入了第四研究范式(数据驱动)的独特研究方法,已逐步发展成为一门独立的交叉学科。本文首先对智能空气动力学的概念和内涵进行了剖析,简述了智能空气动力学的主要研究方法,然后介绍了智能空气动力学在流场预测、转捩/湍流建模、多源数据融合、气动力/热建模、流场特征信息提取等方面研究进展及本团队开展的相关工作,最后展望了智能空气动力学的发展趋势和未来的研究设想。 展开更多

关键词 智能空气动力学 人工智能 研究范式 数据驱动 机器学习

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低雷诺数下基于介质阻挡放电等离子体激励的翼型小迎角阻力控制实验研究

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作者 阳鹏宇 张鑫 +3 位作者 左峥瑜 马志明 李昌 张秋云 《力学学报》 北大核心 2025年第5期1043-1053,共11页

以提升高空长航时无人机在低雷诺数下的气动性能为背景,以GAW-1翼型为研究对象,以对称布局介质阻挡放电等离子体激励器为控制手段,采用测力与测压相结合的方法,在0.5 m×0.6 m低速风洞开展了低雷诺数下翼型等离子体流动控制实验研究... 以提升高空长航时无人机在低雷诺数下的气动性能为背景,以GAW-1翼型为研究对象,以对称布局介质阻挡放电等离子体激励器为控制手段,采用测力与测压相结合的方法,在0.5 m×0.6 m低速风洞开展了低雷诺数下翼型等离子体流动控制实验研究,辨析了阻力反常变化的产生机制,探索了等离子体流动控制机理.翼型弦长为160 mm,实验雷诺数为8.3×10^(4)和1.56×10^(5).结果表明:(1)施加激励前,当雷诺数为8.3×10^(4)时,翼型升力出现了非线性变化,阻力出现了先增大后减小的反常情况.在较大迎角范围内,翼型绕流流场保持了完全层流分离形态,随后发生了从完全层流分离向后缘附着的快速过渡.这种流动形态的变化成为升力非线性和阻力反常变化的主要机制;当雷诺数为1.56×10^(5)时,翼型升阻特性的变化趋于正常;(2)施加激励后,等离子体促进层流分离剪切层失稳,使完全层流分离形态在较小迎角下转变为后缘附着形态,有效改善翼型低雷诺数小迎角的升阻力特性,将升阻比最大提高了87.9%.研究结果为提升高空长航时无人机气动性能提供了技术支撑. 展开更多

关键词 流动控制 等离子体 介质阻挡放电 层流分离 风洞实验

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飞行器多体分离数值模拟方法及应用

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作者 李欢 崔鹏程 +8 位作者 贾洪印 唐静 张健 龚小权 吴晓军 章超 张培红 周乃春 张耀冰 《力学进展》 北大核心 2025年第3期497-540,共44页

机载投放分离、航天器串联/并联级间分离、整流罩分离和子母弹抛撒等飞行器多体分离问题在当前航空航天领域普遍存在,安全可控的多体分离是飞行器执行航空航天任务的重要前提.近年来,随着飞行任务的多样化和飞行边界的扩展,飞行器面临... 机载投放分离、航天器串联/并联级间分离、整流罩分离和子母弹抛撒等飞行器多体分离问题在当前航空航天领域普遍存在,安全可控的多体分离是飞行器执行航空航天任务的重要前提.近年来,随着飞行任务的多样化和飞行边界的扩展,飞行器面临更加复杂的多体分离场景,多体分离方案设计更加精细化,对多体分离数值模拟的精细度提出了更高的要求.近年来,针对极具复杂性和挑战性的多体分离问题,计算流体力学在复杂场景精细化模拟方面取得了巨大的进步.本文针对飞行器多体分离数值模拟方法及应用的最新研究进展进行了回顾与展望.首先总结了飞行器多体分离精细化数值模拟方法,主要包括耦合网格动态优化技术、耦合分离涡模拟方法以及高精度时间推进耦合算法.其次总结了复杂约束/流场/控制下的飞行器多体分离耦合模拟方法及其应用,介绍典型复杂场景飞行器多体分离动态干扰复杂机理认识.最后指出了飞行器多体分离数值模拟存在的问题及未来发展方向. 展开更多

关键词 多体分离 网格动态优化 时间推进算法 约束和控制 动态气动干扰

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长时间气动力/热作用下累积热变形演化规律

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作者 刘深深 蒋波 +5 位作者 韩青华 余婧 杨肖峰 魏东 朱言旦 桂业伟 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第9期3086-3097,共12页

长时间气动力/热作用下产生的累积热变形及其在整个飞行历程中引发的不利影响是未来高超声速巡航飞行器设计不可忽视的问题。针对高超声速飞行器典型翼面结构,以自研热环境/热响应耦合计算分析平台为基础,结合自适应时间步的双向耦合计... 长时间气动力/热作用下产生的累积热变形及其在整个飞行历程中引发的不利影响是未来高超声速巡航飞行器设计不可忽视的问题。针对高超声速飞行器典型翼面结构,以自研热环境/热响应耦合计算分析平台为基础,结合自适应时间步的双向耦合计算策略建立全数值的气动力/热/结构多场耦合累积热变形预测方法;在此基础上开展翼面结构在长时间气动力/热耦合作用下的累积热变形演化规律及形成机理研究,并分析其在时间变化历程中对气动特性的影响。研究结果表明,由于翼面结构所受气动力、气动加热、结构传热、变形响应等物理过程的时空尺度差异,累积热变形呈现第1发展、第2发展、充分发展等非线性特征突出的3个演化阶段,并且各种因素需要经过较长的时间才能充分发展并实现累积变形的稳定。上述累积热变形演化行为引发了伴随整个飞行历程的气动特性的非线性变化,进一步带来升力下降、升阻比下降及俯仰力矩偏差等不利影响。相关不利影响亟需在未来长航时高超声速飞行器设计中加以考虑并主动应对。 展开更多

关键词 长航时 机翼结构 累积热变形 气动力/热耦合作用 热变形影响

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微小冰晶融化特性的实验与数值模拟研究

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作者 钟富豪 刘秀芳 +3 位作者 刘森云 陈佳军 魏震 侯予 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第6期2477-2486,共10页

为了深入理解航空发动机内微小冰晶的结冰机理,建立基于焓-孔隙率方法的微小冰晶融化模型,并通过可视化实验对该模型进行验证,研究环境温度和初始粒径对冰晶融化特性的影响规律。研究结果表明:冰晶融化时间的数值模拟结果与实验测量值... 为了深入理解航空发动机内微小冰晶的结冰机理,建立基于焓-孔隙率方法的微小冰晶融化模型,并通过可视化实验对该模型进行验证,研究环境温度和初始粒径对冰晶融化特性的影响规律。研究结果表明:冰晶融化时间的数值模拟结果与实验测量值最大偏差不超过12%;由于环境气体的自然对流作用,冰晶的融化均从顶部开始;随着融化过程的进行,冰芯逐渐变成非球形,当融化过程快结束时,冰芯呈贝壳状;由于冰的密度低于水的密度,当冰芯粒径较小时(融化率约为70%),会在浮力的作用下向上漂浮;冰晶的融化开始时间与初始粒径呈线性关系,与环境温度呈幂函数关系;冰晶的融化时间与初始粒径呈幂函数关系,与环境温度呈线性关系。本研究可为冰晶结冰数值预测模型的优化及航空发动机冰晶结冰科学防护手段的建立提供理论依据。 展开更多

关键词 航空发动机结冰 冰晶 融化特性 焓-孔隙率模型 可视化实验

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跨声速空腔剪切层动态特征传播特性研究

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作者 周方奇 王显圣 +3 位作者 杨党国 吴继飞 杨可 董宾 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期103-108,共6页

开式空腔流动发生时,剪切层内旋涡运动与腔内前传声波相互作用,引发空腔自持振荡现象。针对长深比为7的开式空腔,采用脉动压力测试技术,在Ma=0.9来流条件下开展腔内剪切层动态特征试验研究,通过频谱分析和互相关分析,揭示剪切层动态特... 开式空腔流动发生时,剪切层内旋涡运动与腔内前传声波相互作用,引发空腔自持振荡现象。针对长深比为7的开式空腔,采用脉动压力测试技术,在Ma=0.9来流条件下开展腔内剪切层动态特征试验研究,通过频谱分析和互相关分析,揭示剪切层动态特征发展机制和模态噪声传播规律。结果表明:剪切层内单调增大的宽频噪声和类余弦分布的模态噪声相互叠加,使剪切层整体动态特征呈波浪上升发展;模态噪声逆流向上行传播,其速度同样呈类余弦分布,变化趋势与模态噪声幅值保持一致。结合Rossiter模态预估理论发现:同频率的上行模态声波与下行旋涡相互作用,产生了类驻波现象,导致模态噪声功率谱密度和传播速度沿流向周期性变化。 展开更多

关键词 空腔 跨声速 剪切层 噪声 传播 动态特征

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翼型/平板湍流边界层脉动压力波数-频率谱声学风洞阵列实验研究

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作者 陈宝凯 刘婷婷 +2 位作者 李冯杰 李士伟 赵鲲 《兵器装备工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第12期77-85,共9页

在声学风洞中利用嵌入式齐平安装的脉动压力传感器表面线阵列,对光滑平板和不同迎角翼型的湍流边界层脉动压力波数-频率谱进行了测量和分析,从而比较波数-频率谱以及评估ChaseⅠ模型的预测性能。实验结果揭示了线阵列在测量平板和翼型... 在声学风洞中利用嵌入式齐平安装的脉动压力传感器表面线阵列,对光滑平板和不同迎角翼型的湍流边界层脉动压力波数-频率谱进行了测量和分析,从而比较波数-频率谱以及评估ChaseⅠ模型的预测性能。实验结果揭示了线阵列在测量平板和翼型的波数-频率谱方面的测量能力和准确性。平板的实测数据与ChaseⅠ模型预测较为吻合,而翼型的预测结果则显示出一定偏差,说明表面压力梯度对波数-频率谱有影响。此外,风速和迎角变化也显著影响翼型的波数-频率谱,说明ChaseⅠ模型在翼型预测上存在局限性。本文研究成果可为流激振动与噪声工程应用与领域研究提供参考。 展开更多

关键词 波数-频率谱 翼型 平板 脉动压力传感器表面阵列 ChaseⅠ模型

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叶轮机械流固热耦合仿真及自主可控软件研制

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作者 唐志共 何旭 +5 位作者 查浩 王子维 王栋志 储世博 柳阳威 李彬 《空气动力学学报》 北大核心 2025年第8期76-99,I0001,共25页

叶轮机械作为动力能源领域的关键设备部件,其性能和效率直接关系到动力系统的服役表现。随着高性能计算机系统硬件水平的高速发展,以及流体、强度和传热领域数值仿真能力的不断提升,流固热耦合仿真技术对于叶轮机械的设计优化、性能预... 叶轮机械作为动力能源领域的关键设备部件,其性能和效率直接关系到动力系统的服役表现。随着高性能计算机系统硬件水平的高速发展,以及流体、强度和传热领域数值仿真能力的不断提升,流固热耦合仿真技术对于叶轮机械的设计优化、性能预测以及故障预防起着越来越关键的作用。本文对叶轮机械流体、强度以及流固和流热仿真领域的主要数值方法和挑战问题进行了分析,以国产自主涡轮动力叶轮机械流固热耦合仿真软件(AeroEngine Numerical Simulation,AENS)为载体,介绍了同构/异构流固热耦合仿真软件架构,以及高效的耦合算法和鲁棒的网格技术。通过典型叶轮机械AENS流固/流热耦合仿真结果与试验数据的对比分析,表明AENS具备在高温、高压、高转速条件下的流固热耦合模拟能力,其应用前景广阔,为叶轮机械正向多学科耦合设计提供了重要支撑。 展开更多

关键词 流固热耦合 软件架构 数值仿真 叶轮机械 多学科耦合设计

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考虑流固耦合效应的压气机叶片气动性能研究

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作者 李彬 储世博 +1 位作者 查浩 何旭 《空气动力学学报》 北大核心 2025年第8期119-129,I0002,共12页

为精确量化跨声速叶片气弹耦合效应并揭示其流动机理,本文使用自研流固耦合仿真软件AENS,对NASA Rotor 67跨声速风扇叶片进行流固耦合分析。通过分析跨声速转子叶片静气动弹性变形,分离叶片关键形变参数,进一步研究叶片变形对静气动性... 为精确量化跨声速叶片气弹耦合效应并揭示其流动机理,本文使用自研流固耦合仿真软件AENS,对NASA Rotor 67跨声速风扇叶片进行流固耦合分析。通过分析跨声速转子叶片静气动弹性变形,分离叶片关键形变参数,进一步研究叶片变形对静气动性能的影响。结果表明,在离心载荷和气动载荷的共同作用下,叶片变形主要为弯掠变形,且伴随安装角变化和径向变形。弯掠变形导致气流对叶片施加的载荷径向分量增大,分离区发展至叶尖后缘;安装角变化引起的攻角改变,导致高展长处的通道激波向上游移动;径向变形引起叶顶间隙的改变,泄漏涡夹角增大,变形后主泄漏流和二次泄漏流引起的损失增大。以上变形影响导致在近失速点处,变形后的总压比和绝热效率较静态叶片均有所降低,分别为1.18%和1.78%。研究验证表明,AENS软件在压气机流固耦合分析中展现出较好的预测精度,具有重要的工程应用价值。 展开更多

关键词 流固耦合 叶片弹性变形 静气动性能 压气机叶片

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基于Transformer的深度符号回归方法 被引量：1

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作者 许鹏程 何磊 +2 位作者 李川 钱炜祺 赵暾 《计算机应用》 北大核心 2025年第5期1455-1463,共9页

针对利用遗传进化算法解决符号回归(SR)问题时存在的种群多样性降低以及对超参数敏感等问题,提出基于Transformer的深度符号回归(DSRT)方法。该方法在利用Transformer自回归的方式生成表达式符号序列后,将数据和表达式符号序列的拟合度... 针对利用遗传进化算法解决符号回归(SR)问题时存在的种群多样性降低以及对超参数敏感等问题,提出基于Transformer的深度符号回归(DSRT)方法。该方法在利用Transformer自回归的方式生成表达式符号序列后,将数据和表达式符号序列的拟合度值的变换值当作奖励值,再利用深度强化学习的方法更新模型参数,使模型输出的表达式序列更加拟合数据,并随着模型的不断收敛找出最优的表达式。在SR基准数据集Nguyen上对DSRT方法进行有效性测试,并在200次迭代内将它与DSR(Deep Symbolic Regression)和GP(Genetic Programming)算法进行对比,实验结果验证了DSRT方法的有效性。另外,讨论了各参数对DSRT方法的影响,并在NACA4421数据上进行飞机翼型表面压力系数公式预测实验,将所得到的公式与卡门-钱学森公式作对比,找到了均方根误差(RMSE)较小的数学公式。 展开更多

关键词 符号回归 TRANSFORMER 深度强化学习 NACA4412 卡门-钱学森公式

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等离子体合成射流激励器诱导流场特性研究 被引量：1

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作者 马志明 张鑫 《力学学报》 北大核心 2025年第2期380-387,共8页

正弦交流电压激励下的介质阻挡放电等离子体合成射流激励器是一种典型的主动流动控制激励器,具有结构简单、布置位置灵活及响应时间短等优点,在飞行器增升减阻、抑振降噪和防/除冰等方面具有潜在的应用前景.该激励器由两个传统的非对称... 正弦交流电压激励下的介质阻挡放电等离子体合成射流激励器是一种典型的主动流动控制激励器,具有结构简单、布置位置灵活及响应时间短等优点,在飞行器增升减阻、抑振降噪和防/除冰等方面具有潜在的应用前景.该激励器由两个传统的非对称布局等离子体激励器组成,通过两个等离子体激励器诱导壁射流的相互作用,产生一股垂直向上的射流,从而促进高能主流与壁面附近低能气流之间的掺混,实现流动控制.文章针对“该激励器诱导流场时空演化过程不清”这一问题,采用高频PIV (particle image velocimetry)技术,在静止空气下开展了等离子体合成射流激励器诱导流场特性研究,揭示了激励器诱导流场的时空演化过程,发现了激励器诱导射流的振荡现象,阐明了激励器诱导流场的演化机制.结果表明:激励器诱导流场经历了启动涡发展、两股射流耦合和合成射流振荡3个阶段;激励器诱导射流的振荡角度范围能达到±45°.研究结果为完善等离子体合成射流激励器数值模拟模型和提升激励器控制效果奠定了基础. 展开更多

关键词 流动控制 等离子体 介质阻挡放电 正弦交流 合成射流

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基于DMD方法的旋翼流场分解与重构

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作者 郑泓弟 赵大志 +4 位作者 李伟斌 刘钒 肖中云 马率 牟永飞 《空气动力学学报》 北大核心 2025年第3期110-119,I0002,共11页

模态分解是快速识别流场关键特征并有效提取流场主要信息的重要技术手段。旋翼飞行器的流场具有强非定常、非线性的特点,通常比固定翼飞行器的流场更加复杂,然而,传统的模态分解−本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)方... 模态分解是快速识别流场关键特征并有效提取流场主要信息的重要技术手段。旋翼飞行器的流场具有强非定常、非线性的特点,通常比固定翼飞行器的流场更加复杂,然而,传统的模态分解−本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)方法分解得到的模态中包含多种流动频率,难以准确地捕捉旋翼流场的动态特征。为了深入认识旋翼流场的流动特征和演化规律,将动力学模态分解(dynamic mode decomposition,DMD)方法引入到旋翼流场的分析中,基于国家数值风洞HeliX软件,开展了Robin机身干扰模型的旋翼流场仿真,完成了DMD方法在旋翼流场中的分解与重构。获得了旋翼流场中各阶流动模态及其频率和增长特性,分析各阶模态所包含的流场信息的同时,建立了旋翼流场的降阶模型,进一步总结了悬停状态下流场重构误差在样本内和样本外的变化情况,以及模态数量对流场重构的影响规律。结果表明,DMD方法能够有效提取旋翼流场的主要特征,且能保留流场主要信息实现重构,可为旋翼涡系演化规律与干扰机制提供方法支撑。 展开更多

关键词 动力学模态分解 旋翼流场 流场分解与重构 误差分析

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稀薄效应下Rayleigh-Bénard流动稳定性研究

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作者 张国浩 吴超 +2 位作者 马强 袁先旭 毕林 《力学学报》 北大核心 2025年第6期1315-1324,共10页

随着上层大气高速飞行器、微机电系统以及极紫外光刻机等高科技产业的迅猛发展,考虑稀薄气体效应和热对流耦合作用下的流动稳定性分析受到越来越广泛的关注.然而,传统基于Navier-Stokes方程的流动稳定性分析方法无法考虑稀薄程度较高的... 随着上层大气高速飞行器、微机电系统以及极紫外光刻机等高科技产业的迅猛发展,考虑稀薄气体效应和热对流耦合作用下的流动稳定性分析受到越来越广泛的关注.然而,传统基于Navier-Stokes方程的流动稳定性分析方法无法考虑稀薄程度较高的流动问题,直接模拟蒙特卡洛方法计算量大,且存在统计波动,不利于小扰动演化准确分析,而Boltzmann-BGK(Bhatnagaw-Gross-Krook)模型方程只适用于普朗特数为1的流动条件,无法满足实际要求.因此,从普朗特数可调节的Boltzmann-Shakhov模型方程出发,基于小扰动假设,采用模态分析方法,推导了全流域线性稳定性方程,建立了可综合考虑稀薄气体效应和热流影响的全流域线性稳定性分析方法,并对不同稀薄程度下Rayleigh-Bénard流动稳定性进行了分析.研究发现:对于Rayleigh-Bénard流动,上、下壁面之间的密度处于由“上轻下重”向“下轻上重”过渡的状态时,流动极易失稳;增长率在特定波数附近会出现“拐点”,可能原因是在此波数前后扰动特征函数的极值点数由一个变为两个;随着稀薄程度的增大,最不稳定模态对应的普朗特数是逐渐减小的. 展开更多

关键词 稀薄效应 Boltzmann-Shakhov 模型 流动稳定性 Rayleigh-Bénard 流动

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不同力场下泡沫铜对相变材料传热及控温特性的影响

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作者 高启发 张楠 +2 位作者 张兆利 杜雁霞 袁艳平 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第9期3301-3310,共10页

基于相变材料(PCM)的潜热蓄热式冷却技术凭借高储能密度和无源控温特性,在航空航天热管理领域具有广阔应用前景。泡沫铜作为PCM常用的导热增强介质,在强化导热的同时会抑制PCM的自然对流。飞行器机动飞行引发的超重、失重及变加速度等... 基于相变材料(PCM)的潜热蓄热式冷却技术凭借高储能密度和无源控温特性,在航空航天热管理领域具有广阔应用前景。泡沫铜作为PCM常用的导热增强介质,在强化导热的同时会抑制PCM的自然对流。飞行器机动飞行引发的超重、失重及变加速度等复杂力场会与泡沫铜的对流抑制特性相互作用,导致其综合传热强化效应存在不确定性。本工作通过实验分析了不同力场工况下泡沫铜对PCM传热及控温性能的影响。研究结果表明,在正向力场中,泡沫铜的嵌入最高可使PCM熔化时间缩短62.5%,有效控温时长延长153.4%;而在负向力场中,泡沫铜的熔化促进效应随力场强度的增加呈衰减趋势,且复合相变材料(CPCM)后期温度均匀性和有效控温时长较纯PCM略微下降。值得注意的是,泡沫铜的加入可显著提升相变热控单元在复杂力场中的传热稳定性,CPCM在不同力场条件下的熔化时间波动幅度和控温时长波动幅度较纯PCM分别减小86.8%和52.6%。本文研究结果可为飞行器热管理系统在复杂力场条件下的相变材料优化设计提供有价值的理论参考。 展开更多

关键词 泡沫铜 相变材料 不同力场 传热性能 传热稳定性

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推进剂微射流冷却对高温非平衡气动热的影响机理

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作者 邢旭雯 杨肖峰 +1 位作者 刘磊 杜雁霞 《空气动力学学报》 北大核心 2025年第4期20-29,I0001,共11页

飞行器在高速飞行时,可利用自身携带的推进剂通过微孔射流实现冷却,达到主动热防护效果。但在高温非平衡流条件下,可压缩外流与微射流交汇、射流排挤/掺混/反应多过程交织,微射流冷却主导性机制和影响因素复杂。本文建立了微射流黏性壁... 飞行器在高速飞行时,可利用自身携带的推进剂通过微孔射流实现冷却,达到主动热防护效果。但在高温非平衡流条件下,可压缩外流与微射流交汇、射流排挤/掺混/反应多过程交织,微射流冷却主导性机制和影响因素复杂。本文建立了微射流黏性壁面边界模型,开展了微射流作用下高温非平衡流场数值模拟,探讨了射流孔径、速度和孔间距对冷却效果的影响规律,发现高温非平衡流条件下推进剂微射流冷却由边界层排挤、多相催化弱化两个基本过程主导:(1)低温微射流喷出对边界层产生排挤作用,改变边界层剖面形态,降低紧邻壁面处的温度法向梯度,从而降低壁面法向导热,实现冷却;(2)低温氧分子工质微射流排挤近壁氧原子,弱化氧催化效应,导致催化热降低。参数化研究结果表明:质量流量不变,增大射流孔大小,降热率与冷却范围均下降;射流孔面积不变,增大微射流速度,降热率与冷却范围增大;质量流量不变,减小孔间距,展向平均降热率峰值减小,但孔下游冷却范围增大,呈现较均匀的冷却效果。以上研究可对未来微射流冷却主动热防护的设计与优化提供重要的理论支撑和技术参考。 展开更多

关键词 微射流冷却 非平衡流动 气动热 壁面催化 数值模拟

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发汗冷却用镍基泡沫孔隙尺度流动传热特性研究

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作者 周欣蕾 张超 +4 位作者 张宏明 张红军 杨肖峰 曾磊 肖光明 《计量学报》 北大核心 2025年第4期518-527,共10页

以发汗冷却用镍基合金泡沫为研究对象,采用X-CT扫描技术重构获得其真实的微细观结构,基于多松弛格子玻尔兹曼方法(MRT-LBM),结合GPU加速技术,建立发汗冷却用镍基合金泡沫多孔材料的孔隙尺度导热-对流复合传热数值模拟方案。以空气为冷... 以发汗冷却用镍基合金泡沫为研究对象,采用X-CT扫描技术重构获得其真实的微细观结构,基于多松弛格子玻尔兹曼方法(MRT-LBM),结合GPU加速技术,建立发汗冷却用镍基合金泡沫多孔材料的孔隙尺度导热-对流复合传热数值模拟方案。以空气为冷却介质,重点分析镍基合金泡沫在不同雷诺数条件下的流动传热特性。结果表明,镍基合金泡沫的流动存在明显的达西区、过渡区和强惯性区,临界雷诺数为1.36×10^(-1)。并且,随着雷诺数的增大,虽然流动阻力增大,但传热效率也明显增强。在达西区,传热由导热主导,而过渡区与强惯性区则以强迫对流为主导。综合传热因子与雷诺数呈正相关,即增大雷诺数可有效提高泡沫结构的综合传热性能。研究获得的镍基合金泡沫流动与传热特性,为提高发汗冷却效率提供了一定的理论支撑。 展开更多

关键词 热学计量 镍基合金泡沫 格子玻尔兹曼方法 渗透率 传热特性

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脉冲喷注对超燃冲压发动机煤油燃料混合及燃烧性能的影响

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作者 刘国雄 李朗 贾彬 《实验流体力学》 北大核心 2025年第1期38-44,共7页

为研究脉冲喷注对超燃冲压发动机气态煤油混合及燃烧性能的影响,采用二维雷诺平均方程及两方程剪切应力输运模型进行数值模拟,探究了双凹腔超燃冲压发动机模型在入口马赫数2.5、总压1.75 MPa、总温1350 K条件下的流场结构。对比分析了... 为研究脉冲喷注对超燃冲压发动机气态煤油混合及燃烧性能的影响,采用二维雷诺平均方程及两方程剪切应力输运模型进行数值模拟,探究了双凹腔超燃冲压发动机模型在入口马赫数2.5、总压1.75 MPa、总温1350 K条件下的流场结构。对比分析了定常喷注和脉冲喷注下煤油与空气的混合和燃烧性能。研究结果表明:数值模拟纹影图与试验结果吻合较好,出现对应纹影仅先于试验0.2 ms,占一个流场振荡周期(6.9 ms)的2.89%。研究发现:在脉冲喷注工况下,回流区在流场振荡周期内能持续更长时间,延长了燃料在凹腔内的滞留时间;未发现脉冲喷注对总压损失有显著贡献,但脉冲喷注工况下温度与压力分布均匀,不会出现热力学喉道。 展开更多

关键词 超燃冲压发动机 气态煤油 二维雷诺平均 脉冲喷注 数值模拟 燃烧性能 定常喷注

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多孔PDMS基-凝胶介质材料的疏冰特性研究

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作者 顾兴士 易贤 李科 《表面技术》 北大核心 2025年第12期195-206,共12页

目的探究孔径对多孔PDMS基-有机凝胶介质材料(GIP-PDMS)疏冰特性的影响,揭示GIP-PDMS的疏冰机制。方法采用“模板析出-浸渍-固化”三步法制备了~200、~400和~1000μm^(3)种不同孔径的GIP-PDMS材料;实验研究了不同孔径GIP-PDMS在静态/动... 目的探究孔径对多孔PDMS基-有机凝胶介质材料(GIP-PDMS)疏冰特性的影响,揭示GIP-PDMS的疏冰机制。方法采用“模板析出-浸渍-固化”三步法制备了~200、~400和~1000μm^(3)种不同孔径的GIP-PDMS材料;实验研究了不同孔径GIP-PDMS在静态/动态结冰、表面磨损、酸碱腐蚀及油污污染等多因素下的疏冰特性;基于内聚力单元仿真模型分析了GIP-PDMS材料的疏冰机制。结果实验表明:GIP-PDMS材料的冰黏附强度显著低于多孔PDMS,且其冰黏附强度与孔隙尺寸呈正相关关系;在-25~-5℃温度范围内、静态/动态结冰条件下~200μm孔径GIP-PDMS材料的冰黏附强度稳定性最好(变化量仅为3.8 kPa);在经历100次重复磨损后,~400μm和~1000μm孔径材料分别表现出最小和最大的冰黏附强度增幅;在动态结冰温度持续降低(-5~-25℃)、表面磨损程度加剧的情况下,孔径为~200μm材料的冰黏附强度呈减小趋势,疏冰性能增强;在强酸(pH=1)强碱(pH=13)腐蚀和油污污染条件下,不同孔径GIP-PDMS冰黏附强度均基本保持不变。仿真表明:在切向除冰过程中GIP-PDMS的骨架与凝胶之间因不同的弹性模量导致材料-冰界面在多位置处出现裂纹萌生与扩展,从而获得优异的疏冰性能。结论GIP-PDMS材料在不同结冰气候条件、表面磨损、酸碱腐蚀及油污污染下仍具有优异的疏冰特性,可为高性能防除冰材料的选择提供参考。 展开更多

关键词 防除冰 冰黏附强度 PDMS 多孔介质 界面裂纹 疏冰机制

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