附加附属管的隔水管涡激振动离散涡模拟

该文采用离散涡数值方法,对附加附属管的隔水管涡激振动问题进行了模拟。计算了配置4–10根附属管情况下隔水管涡激振动问题,将附加附属管后隔水管的受力系数、振幅与裸管的结果进行比较,同时也研究了不同来流攻角对附属管涡激振动的影响。结果表明,附加附属管后隔水管振幅与裸管相比,受力系数与振幅均有不同程度地减小,对隔水管涡激振动的抑制效果明显。不同数量的附属管对来流攻角的敏感性也各不相同,附加6、8和10根附属管都有很好的抑制效果,其中附加10根附属管对隔水管的抑制效果最好,减幅约达到50%,且对来流攻角的敏感性也最低。     

曲面附近的机翼地面效应和流场结构的实验研究

该文介绍了机翼在正弦曲面地形上方运动的升/阻力特性和翼尖涡结构的拖曳水槽实验结果,其目的是研究地形周期性变化对机翼地面效应的影响。实验在拖曳水槽底部铺设正弦曲面地板,当机翼掠过地面时,由天平测量机翼载荷,同时采用时间分辨PIV(TR-PIV)系统测量翼尖涡速度分布及其时间演化过程,并且与相应实验条件下水平地面附近的地效翼的数据进行了对比,以分析曲面对机翼升/阻力、流场结构及其相位特性受地形影响的规律和特点。实验机翼模型采用NACA4412翼型,机翼弦长C=100 mm,雷诺数范围为2.0×105～3.0×105。与水平表面的地面效应相比,曲面地形对机翼受到的升/阻力产生了额外的周期性扰动,随着机翼远离地面该扰动减弱,相位特性表明当机翼前缘到达曲面地形波峰上方时升力也达到最大值;机翼飞行高度较低时曲面地形使翼尖涡提前发生耗散并产生明显的展向位移,同时不同波浪相位处产生的翼尖涡结构及强度不同,波峰处翼尖涡强度最弱。在较大攻角下周期性曲面引起的地面效应具有更高的增升减阻效率。     

变攻角双圆柱涡激振动响应研究

为了研究双圆柱在变攻角下的涡激振动机理,基于CFD (Computational Fluid Dynamics)耦合动力学及嵌套网格方法,建立了双自由度圆柱体涡激振动的高保真数值模型。通过与国内外实验数据对比,验证了数值模型及程序的准确性。然后,对雷诺数Re=0～8 000、约化速度U_r=2～13、来流攻角θ=0°～90°下圆柱体的振动响应、流体力特性、尾流模式开展了研究。仿真结果表明:当约化速度U_r=2～3时,随着来流攻角增加,上下游柱体横向位移差不断增大,柱体尾流模式经历了单钝体、2S(双单涡模式)、2S(同相同步或反相同步模式)的演变过程,此时柱体振幅较小;当U_r=4～8时,上下游柱体进入锁定区间,振幅均达到最大。与大攻角(θ=60°～90°)不同,由于小攻角下(θ=0°～30°)柱间存在较强的涡融合效应,相应的振幅较大些。特别的,受柱间屏蔽作用控制,小攻角下柱体最大振幅开始于更大的约化速度;当U_r=9～13时,大攻角下上下游柱体均脱离锁定区间,振幅与单圆柱趋于一致。相反,小攻角下柱体振动频率接近漩涡脱落频率,加之上游柱体尾流的单边促进作用,导致上下游柱体振幅一直处于较大值。研究结果可为相关海洋工程设计提供参考。     

基于大涡模拟的不同攻角下导叶全流道数值分析

采用大涡模拟方法对某一具体工程采用的对称型导叶进行数值模拟。数值离散时,采用SIMPLEC算法实现速度、压力变量的分离求解。最终得到其活动导叶模拟流道速度场、压力场以及涡量场分布。结果表明导叶正压面上压力随攻角的增加而增大;负压面上压力随攻角的增加而减小,并出现明显回流现象。大攻角时导叶尾部出现湍动能很大的周期脱落尾迹涡。     

旋成体大攻角流场的多涡结构

在北航水洞通过染色线显示和荧光诱导激光片光技术,对旋成体的流场结构进行了实验研究。本文从实验角度验证了细长旋成体在大攻角零侧滑绕流状态下背风区存在非对称多涡的真实结构,阐述了多涡结构的形成过程,发现不同主涡沿着流向运动过程中存在横向(展向)运动并有相互交叉现象,分析了多涡运动轨线特殊点的对应位置,给出了细长旋成体大攻角多涡流场的结构图。     

前后缘改形翼型的流动控制机理研究

针对前后缘及上下表面正弦波浪型改形翼型对前缘流动分离及失速的影响,采用大涡模拟湍流模型对改形翼型在雷诺数1.6×105下不同攻角的流动控制机理进行了数值研究.研究表明,相对于NACA0012直翼型,改形翼型由于其前后缘及上下表面沿展向呈正弦波浪型变化的结构特性,使其在失速区得到了更平缓的升力曲线.在小攻角(α≤ 12°)工况,改形翼型的升力系数稍小,然而在大攻角(α≥15°)工况,其升力系数明显提高,最高可达20％.前后缘改形的扰流使得改形翼型前缘流动分离在最大截面处延迟了,分离线移至大约0.25c的位置,这样的三维流动结构有效的减少了升力在失速区的突降.     

明渠湍流发夹涡包形成及湍动能分布特性

湍流结构是湍流运动研究中最为基础的问题。为了解明渠湍流结构相互作用的动力演变关系,该文采用高频高分辨率粒子成像测速系统对充分发展的明渠湍流进行纵剖面二维流速矢量场进行测量,对发夹涡及发夹涡包结构与高低速流团的动力演变关系以及发夹涡结构内部的湍动能分布特性进行分析。结果表明:发夹涡及发夹涡包结构可以由高低速流团相互作用而产生;发夹涡涡核只位于高低速流团的交界区域。近壁区发夹涡结构的喷射(Q2)过程为产生湍动能的主要区域。而湍动能耗散主要集中在高低速流团的交界区域。明渠湍流近壁区为湍动能的主要产生与耗散的区域。     

基于转捩SST模型的钝尾缘水翼绕流数值计算与分析

边界层转捩是影响水翼绕流水动力学特性的关键因素之一。为了探究γ-Reθt转捩模型在低湍流度来流下水翼边界层转捩及尾涡脱落预测中的适用性,本文基于耦合γ-Reθt转捩模型和SST k-ω模型的转换SST模型,对0°攻角的NACA0009钝尾缘水翼绕流进行了数值计算。分析了转捩SST模型对网格尺度的敏感性,预测了边界层和尾迹区流场及不同雷诺数下水翼尾涡脱落特征,并与实验数据和SST k-ω模型计算结果进行了对比。结果表明:随近壁面第一层网格尺度y+的增大,水翼边界层转捩位置沿流向后移,最大y+值小于1时,预测的转捩位置趋于一致;与SST k-ω模型相比,转捩SST模型可以求解层流边界层,避免了在边界层和尾迹区对涡黏系数的过高预测,得到的边界层厚度和水翼尾迹区流动参数与实验结果更为接近;转捩SST模型可以较准确预测水翼尾涡脱落频率随雷诺数增大而增加的变化趋势,水翼尾涡脱落频率预测值与实验结果的最大相对误差为6.2%。     

叶栅含沙水流中沙粒运动的数值模拟

利用Lagrangian颗粒运动方程，数值求解了叶栅含沙水流中沙粒的运动。定义了撞击效率，给出了来流雷诺数(或来流速度)，来流冲角和沙粒尺寸对撞击效率的影响。数值模拟了不同来流雷诺数，来流冲角和尺寸的沙粒在栅中的运动轨迹，考虑了壁面、边界层、尾迹及少粒与壁面碰撞对颗粒运动的影响。数值分析了沙粒对叶栅固壁的冲击情况，数值模拟结果与水涡轮机械中所表现的磨损情况较为一致。     

C形钝体绕流的尾涡结构与水动力特性分析

该文以不同攻角(0°<α<180°)的C形钝体在低雷诺数(40相似文献