内燃机冷却风扇三元流场计算的新方法

引言 本文提出了一种计算冷却风扇三元流场的新方法,即任定准正交面法。该方法是把流线曲率法与两类相对流面理论结合在一起的一种直接三元解的数值方法,它把一个三元流场的求解分解为耦合的三个一元问题来迭代求解。求解速度快,占用的计算机内存少,具有工程实用价值。１　数学模型 沿流场中任一方向的速度梯度方程为式中：ｒ为风扇径向方向距离;ｚ为风扇轴向方向距离;θ为沿风扇周向角;Ｗ为气体相对速度;ω为风扇旋转角速度;Ｓ为气体的嫡;ｉ１为风扇进口滞止焓;Ｗｕ为气体相对速度在周向的分量;ｒｃ为流线的曲率半径;ｍ为流线…     

CFD模拟分析在发动机冷却系统开发设计中的应用

本文以国内某5吨装载机发动机冷却系统为研究对象,利用计算流体力学CFD软件FLUENT,采用标准κ-ε湍流模型和MRF多重参考系模型对整机冷却模块,冷却风扇和发动机舱的流场进行了模拟分析,得到了风扇的实际运行风量和风压,冷却模块流量分布,冷却模块周围残余阻力以及发动机舱实际流场情况。根据CFD计算结果,修正冷却系统一维计算模型,获得了冷却系统能够适应的环境能力。实际应用,效果良好。     

翼型前缘对风力机翼型气动性能的影响

基于翼型参数化方法对翼型S809进行两类不同的前缘修改,采用翼型设计分析软件Xfoil对修改前、后的翼型进行气动性能计算分析,并采用计算流体力学（CFD）数值模拟方法进行流场特性分析。结果表明：翼型前缘下弯使得翼型在失速区升力系数增大,阻力系数减小,俯仰力矩系数减小,转捩现象延迟,翼型前缘上弯对气动性能的影响与之相反;翼型前缘上弯和下弯使得翼型表面压力系数分布均匀,吸力面及压力面压力系数增大;翼型前缘下弯能够抑制流动分离,抑制涡的形成,延迟翼型失速,翼型前缘上弯对翼型流场特性的影响则与之相反。     

风力机主动柔性翼型气动特性研究

选取NREL S809翼型进行柔性尾缘翼型的数值计算,其中静态特性计算采用势流方程与边界层方程耦合,动态特性计算采用RANS方程与湍流模型进行CFD求解,尾缘几何变形采用C语言编程通过插值拟合完成,柔性翼型周围区域流场划分采用动网格技术实现。通过数值分析,研究了翼型变形后的静态气动特性差异、柔性翼型表面压力分布及动态气动特性随尾缘摆角的变化规律。     

风力机翼型大迎角分离和动态失速的数值研究

通过求解非定常、不可压缩雷诺平均的Navier-stokes方程和SST k-ω双方程湍流模型,数值预测了LS0413翼型在0°～360°迎角范围内大尺度分离与失速流场特性。并对该翼型的动态失速特性进行了数值模拟,典型的正弦振荡计算结果表明:1)SST k-ω湍流模型能够较好地模拟翼型升力和阻力系数的迟滞环变化趋势;2)绕翼型的流场结构在轻失速和深失速下存在明显的差别。     

襟翼结构及安装位置对风力机翼型的流场影响

为了分析不同襟翼结构和安装位置对翼型附近流场的变化情况,以NACA0012翼型为研究对象,建立加装不同襟翼翼型的二维计算模型,使用计算流体力学软件Fluent求解定常、不可压缩雷诺平均的N-S方程并且采用Spalart-Allmaras湍流模型计算翼型在0°到18°攻角α范围下翼型升阻力系数、升阻比、表面压力系数以及翼型附近的流场流线分布,分析翼型尾缘附近不同位置处添加不同襟翼结构时其流场流动特性。结果表明:对于添加襟翼后各翼型,由于襟翼的存在,整个翼型形状发生改变,使翼型与襟翼连接处流场发生不同程度的突变,导致翼型尾缘附近的流场、压力场以及上下表面压力分布发生了显著的变化,尾缘Gurney襟翼突变程度大,流体较易发生分离;尾缘三角襟翼有个倾斜过程,减缓了流体分离,从而延迟了分离流动的攻角。小攻角(0°~4°)下尾缘三角襟翼的翼型有显著的增生效果。     

前缘改形对风力机翼型气动性能影响的数值研究

基于翼型参数化方法对翼型S809进行4类不同的前缘修改,分别为前缘压力面加厚、前缘吸力面加厚、前缘上弯和前缘下弯,采用翼型设计分析软件Xfoil和商用CFD(Computational Fluid Dynamics)软件FLUENT分别对翼型气动参数和翼型周围流场进行计算。结果表明:翼型气动特性与流场特性受翼型压力面外形变化影响较小;在研究范围内,翼型吸力面加厚使得翼型在失速区升力系数增加,阻力系数减小;翼型前缘上弯使得翼型在大攻角工况下升力系数减小,阻力系数增大,且使翼型提前失速;在一定范围内翼型前缘下弯,使得翼型升力系数增大,阻力系数减小,且延迟失速。     

畸变进气条件下风扇三维非定常流动数值模拟

分析畸变进气情况下轴流风扇/压气机三维流场和性能的三维可压缩模型.该模型利用流线曲率法求得叶片对气流做功的叶轮机源项,然后通过求解带源项的三维非定常Euler方程,对风扇/压气机内部三维流场和性能进行模拟.利用该模型对某一跨音速风扇转子的三维流场和性能进行了数值模拟分析,特别是分析对比了在进口无畸变和进口有畸变情况下的风扇内部三维流场和气动性能.研究结果表明,该三维理论预测模型能有效地分析进气畸变对轴流风扇性能及其稳定性的影响.     

发电机冷却离心风机的三维数值分析

针对发电机冷却离心风机的特点，采用计算流体动力学的方法对其在设计工况时的整机内部流场进行了数值模拟，揭示了其内部流场的基本特征，重点探讨了在数值模拟过程中各种网格的优缺点及构建整台离心风机的几何实体和划分网格中的一些技巧。通过对数值计算结果然后处理，可以比较直观地得到风扇内部流动的一些重要特点，为进一步对风扇进行优化设计提供指导。     

轴流式冷却风扇等反击系数流型的设计理论和计算方法

根据冷却风扇的特点提出了风扇等反击系数流型的设计方法,利用流线叠代法求解完全径向平衡方程,并把计算结果与实验结果作了对比;同时还对自由涡流型进行了计算,把这两种流型的计算结果作了比较,并对这两种流型的风扇进行了评价.     

风力机翼型覆冰对其气动性能影响的仿真研究

以翼型NACA4412为例,使用用户自定义标量方程(UDS)编写水滴的控制方程,求解水滴绕翼型流动的流场,然后通过用户自定义函数(UDF)编写水滴收集系数函数,使用ICEM软件对流场进行结构化网格划分,利用FLUENT16.0平台计算翼型覆冰过程;在相同条件下模拟覆冰前后的翼型,并分析此翼型覆冰前后的气动性能,经计算,覆冰造成翼型的升阻比降低11.2%,严重破坏了翼型的性能,由此可知风力机除冰的重要性和必要性。     

增加风力机叶片翼型后缘厚度对气动性能的影响

以FFA-W3翼型族为研究对象,对其系列翼型的后缘作了加厚处理。利用XFOIL软件对修改前后的翼型的气动性能进行了计算,利用Viterna-Corrigan失速后模型将气动性能数据的攻角扩展到了90°。对修改前后的翼型的气动性能数据的改变作了对比分析。利用原翼型和修改后翼型的气动性能数据对同一个风力机进行了气动性能计算,并对计算结果作了对比分析。结论认为,对翼型后缘进行适当加厚处理对气动性能影响不大,为满足工艺要求在叶片的生产中对翼型后缘作加厚处理是可行的。     

带Gurney襟翼翼型改型的气动性能的数值研究

对NACA4424翼型及其对应的带有Gurney襟翼翼型修改后的翼型进行了数值计算,针对风力机应用,来流风速为2～16m/s,迎角为0°～20°;计算结果表明,在研究的所有条件下,修改后的钝尾缘翼型对流场有强烈的下洗作用,明显修改了翼型压力面和吸力面的压力分布,压力面压力更高,吸力面压力更低,因此翼型升力及升阻比均比翼型原型及单纯的Gurney襟翼翼型得到显著增加。     

内燃机车散热器散热面积与冷却风扇功率的匹配

分析了内燃机车散热器散热面积与冷却风扇功率消耗合理匹配的重要性,分别对散热面积和风扇功率进行了理论计算、优化设计和匹配研究,并对其进行可视化处理,得出几个结论。     

发热元件冷却的数值模拟及温度场分析

对发热元件冷却的气流场及温度场进行了数值计算分析,建立了二维稳态流场及温度场模型,运用SIMPLE算法程序进行了数值求解,得出发热元件冷却的二维速度场及温度场分布图形.     

风力机翼型气动性能混合计算方法的研究

基于流场有黏-有势混合求解的概念,将雷诺平均N-S方程(RANS)与面元法相结合,独立开发了流场分区混合数值计算程序(HNSP),用于风力机翼型气动性能计算.以风力机专用翼型S814为例,采用开发的HNSP法、势方程耦合边界层方程的Xfoil程序及单独求解有黏流动的RANS方法,计算了其在0°～20.2°攻角范围内的气动性能和流场分布,并与试验结果进行了对比,探讨了黏性计算域范围对计算结果准确性和计算时间的影响.结果表明:该文开发的流场有黏-有势混合计算程序HNSP可在较大的攻角范围内较准确地模拟风力机翼型流场和气动特性,具有较好的适用性,且相对于全黏计算,可有效节省计算资源和时间.     

基于弱耦合方式的柴油机冷却风扇的数值模拟研究

基于流固耦合理论,采用VB语言对三维计算流体动力学软件SC/Tetra和有限元分析软件ANSYS进行了二次开发,编写了弱耦合分析的接口程序.利用此程序对某柴油机塑料冷却风扇在发动机标定工况下进行了数值模拟研究.结果表明:考虑风扇流固耦合作用后,计算得到的风扇流量更接近试验值;该方法为柴油机柔性风扇的设计与优化提供数值计算平台,具有普遍的指导意义.     

汽车发动机冷却系仿真优选方法的研究

介绍了汽车发动机冷却系散热器、风扇和水泵的仿真优选方法。建立了散热器性能计算模型，提出了散热器优选的方法。通过收集不同结构形式的风扇和水泵的试验数据，建立风扇性能数据库，应用相似理论，对风扇和水泵进行优选，给出了应用实例。     

水介质中尾部锯齿结构叶片数值计算

为了验证将空气动力学中翼型部件采用的锯齿形尾部结构引入到水力机械翼型部件中的可行性,建立了NACA0012型对称型叶片的几何模型,并在此基础上建立了尾部带锯齿的NACA0012型叶片修改模型,利用数值计算方法计算了在入流速度10 m/s下带锯齿与不带锯齿的NACA0012型叶片在0°及10°攻角下的流场数据及压力脉动数据。计算结果表明,锯齿形边缘结构在攻角为10°时能有效减小叶片尾部、背水面的脱流及尾迹中的漩涡和流场中的水力振动,锯齿结构改善叶片水力性能效果显著;而攻角为0°时流场中水力振动轻微增加。由此说明,锯齿结构可起到改善水介质中翼型部件水力特性的作用。     

水平轴风力机叶片翼型结冰的数值模拟

通过计算流体力学(CFD)的方法对水平轴风力机桨叶翼型的霜状积冰进行了数值模拟。模拟采用四阶龙格-库塔法求解水滴运动轨迹,假定水滴在与叶片相碰撞的点处完全凝结,并且冰沿着翼型表面法向方向增长,通过模拟得到了某风力机厂家提供翼型在不同时间段叶片表面结冰后形成的冰形,同时利用FLUENT软件模拟了风力机叶片翼型周围流场的变化,并与结冰前该翼型的气动性能进行了对比。研究结果表明与干净翼型相比,在模拟气象条件下的结冰翼型的最大升力系数大约减少了27%,阻力系数增加了约38%,失速攻角降低了4°。根据模拟可以认为,结冰后翼型提前进入失速区是造成桨叶气动性能恶化的主要原因。