《動態作用下空化流動特性及流固耦合振動機理分析》是依託北京理工大學，由黃彪擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：動態作用下空化流動特性及流固耦合振動機理分析
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：黃彪
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
流固耦合作用所引起的湍流及兩相（空化）誘發振動機理逐漸成為空化研究最重要的科學問題之一。為滿足水力機械學科發展和水力發電、機電排灌、航空航天以及水下兵器等工程領域的需求，申請者提出進行動態作用下空化流動特性及流固耦合振動機理分析。研究發展動態振盪作用下，非定常空化流場及振動多場實驗技術，實現空穴形態、速度場、動態振盪信號的同步數據採集與處理分析；研究動態作用下，湍流的輸運過程、空化的發展規律以及流動結構的時空分布之間的相互作用與影響；研究空化流動的渦動力學特徵量與結構所受巨觀動力的內在關係，以及由於流固耦合效應所導致的動力振動形式；重點研究空化狀態下的流體與結構耦合的動力學建模問題；分析水動彈性耦合影響下的空化流動機理及流固耦合力學特性。
結題摘要
流固耦合作用所引起的湍流及兩相（空化）誘發振動機理逐漸成為空化研究最重要的科學問題之一。為滿足水力機械學科發展和水力發電、機電排灌、航空航天以及水下兵器等工程領域的需求，申請者進行l了動態作用下空化流動特性及流固耦合振動機理分析。主要研究內容及創新性成果如下： 1. 建立了非定常空化流動與結構流激振動多場同步實驗測量平台，開展了系列空化流激振動實驗研究。基於空化水洞實驗平台，綜合運用高速攝像觀察和雷射都卜勒振動測試技術，實現了非定常空化流場形態和結構場瞬態振動的同步定量精確測量與分析。 2. 建立了一種非定常空化流動流固耦合數值計算方法。在結構場，分解水翼的彎曲與扭轉變形運動，建立了考慮水翼結構水彈性回響的結構動力學模型；提出了一種考慮流體附加作用力的混合耦合算法，進行流場作用力和結構場變形量的提取和相互傳遞，提高了數值計算的穩定性和精確性。獲得了流動參數、結構激勵參數等對水動力作用下的結構穩定性的影響。 3. 揭示了非定常空化的瞬態流動特徵與結構的動態振動回響特性及其作用機理。水翼結構在不同空化階段呈現出不同的振動特點，流激振動頻率隨著空化數的降低而減小。雲狀空泡的非定常發展是影響結構動態振動回響特性的主要因素，反向射流引起的雲狀空泡團斷裂導致結構振動速度達到波動峰值，空泡的周期性脫落導致結構的振動速度發生大幅周期性變化。 4. 獲得了水動彈性耦合作用下的空化流動機理及流固耦合振動特性。綜合運用實驗測試技術和非定常空化流動流固耦合的數值計算方法，研究了繞剛/彈性水翼的非定常空化流動與結構水彈性回響特性，揭示了非定常空化發展過程與結構彈性變形的相互作用機理。空化加劇了水翼結構的彎曲和扭轉變形，同時，非定常流動引發的水翼結構顫振與彈性變形導致流場水動力係數的明顯波動，導致更加複雜的空化現象。 5. 獲得了繞流物體姿態變化--空化流場--水動力回響相互作用規律。研究了在振盪運動作用下，非定常空化流動的物理力學機理，闡明了在不同振盪速度下，流動結構的生成與演化規律，深入分析了空化流場、漩渦結構和動力特性之間的相互作用.
