压气机叶片前缘形状与局部损失相关性

压气机叶型的椭圆形前缘相比传统圆弧形前缘能减小流动损失,扩大攻角范围,但加工难度提高。为了尽可能减少加工成本、充分利用椭圆形前缘的气动优势,研究了在不同来流条件下椭圆形前缘与圆弧形前缘的气动性能差异。利用椭圆方程重新设计CDA叶型的前缘;引入SST湍流模型加γ-θ转捩模型对计算模型进行数值模拟,分析叶片前缘的切向速度与熵分布;研究了叶片前缘曲率与局部流动损失的相关性,并详细比较了在不同来流条件下椭圆形前缘与圆弧形前缘的气动性能。分析结果表明,在攻角小于2°的正攻角、较高来流马赫数、较低来流湍流度与雷诺数条件下椭圆形前缘优势更明显。     

应用γ-Reθ湍流模型模拟超声速进气道流动

为了准确预估转捩起始点位置,采用考虑转捩的γ-Reθ湍流模型,对锥体高超声速流场和平板激波/边界层干扰流场进行了验证,有效地预测了边界层转捩位置、激波/边界层干扰的复杂波系结构、分离流动以及气动加热现象,且比传统的湍流模型具有更高的可信度.设计了三压缩角和等熵压缩型面进气道流场,计算结果表明,等熵压缩型面设计具有较好的...     

基于Fluent的边界层转捩仿真研究

基于Fluent软件,利用已有的RANS求解器,采用SST k-omega湍流模型,对Aerospatiale-A翼型流体绕流问题进行了数值模拟,分析了不同攻角下翼型流场的速度与压力分布云图,并在攻角为13.1°与13.3°条件下,将仿真计算结果与国外风洞实验数据进行了对比分析。结果显示,在该条件下,能够观测到边界层转捩现象,并且直接数值模拟结果与已有的风洞实验数据吻合,验证了仿真结果的可靠性。     

平底后缘风力机翼型气动噪声计算研究

基于二维雷诺平均NS方程,采用SST k-ω湍流模型结合γ-■θt转捩判断方法,对传统尖后缘翼型及修形后的平底后缘翼型进行了粘性绕流数值计算;在此基础上结合Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)声学方程,采用混合方法对平底后缘翼型的气动噪声进行了计算。计算结果和实验结果吻合良好,表明文中方法在平底后缘风力机翼型气动噪声计算方面具有良好的应用前景。     

大跨度双层桁架主梁三分力系数识别

采用风洞试验与计算流体力学（CFD）相结合的方法,对某公铁两用斜拉桥双层桁架主梁在?10°~10°风攻角下的三分力系数进行研究. 利用风洞试验技术测试成桥及施工阶段不同风攻角下主梁的气动力,并识别相应的三分力系数;基于标准k-ε双方程湍流模型建立三维数值计算模型,识别不同风攻角下三分力系数结果,并将其与风洞试验结果对比;结合2种方法研究雷诺数、桥面附属物和公路及铁路交通状况等因素对主梁气动特性的影响. 结果表明低风攻角下雷诺数对主梁气动特性影响较小,可忽略不计,并提出了高风攻角下识别双层桁架三分力系数最低雷诺数的建议值;桥面附属物对主梁阻力系数影响显著,下层桥面附属物有效降低了主梁升力系数;公路车辆对主梁气动系数影响较小,迎风侧列车对主梁阻力系数、升力系数影响显著,背风侧列车对主梁力矩系数影响显著.     

基于转捩模型的低雷诺数翼型优化设计研究

以微小型无人机翼型研究为背景,开展了低雷诺数翼型的气动特性及优化设计研究。首先采用求解雷诺平均N-S方程的有限体积法,对典型低雷诺数下NACA0012翼型标模进行数值模拟,对比分析了SA、SST k-ω湍流模型、低雷诺数修正SST k-ω模型以及k-kL-ω转捩模型的适用性和准确性。然后通过对低雷诺数下NACA0012翼型表面流场结构和流动特征的详细分析,提出了基于控制流动转捩位置改善翼型上边界层形态的低雷诺数翼型设计思想。最终基于转捩模型对SD7037翼型进行了多目标优化设计,设计结果表明优化后翼型气动性能得到了较大改善,最大升阻比可以提高约58.23%,在0°迎角下翼型上表面层流区域面积增大约26.8%,在4°迎角下翼型上表面流动转捩位置前移约0.15倍弦长,下游流动亦由优化前完全分离状态改变为实现流动再附,进一步验证了低雷诺数翼型设计思路的可靠性与可行性。     

转捩过程对旋翼悬停模拟的影响分析与研究

悬停状态是考察旋翼整体气动性能的重要状态之一。随着计算机技术及CFD技术的发展,基于“第一性原理”的数值模拟方法越来越多地被用于评估旋翼悬停性能。在使用基于RANS方程的数值模拟方法进行固定翼飞行器定常计算时,流动转捩现象对某些特定状态下流场及气动特性会产生巨大影响,因此在进行固定翼设计时要考虑流动转捩现象。然而转捩过程是否同样会影响旋翼非定常气动流场及气动特性,国内研究较少,因此有必要研究转捩过程对旋翼流场数值模拟的影响,为旋翼类飞行器的设计及评估提供参考。采用美国航空航天学会旋翼悬停工作组提出的PSP旋翼标模,利用结构化动态嵌套网格技术,在大拉力悬停和小拉力悬停状态下,分别进行全湍流模拟和转捩模拟计算并与试验结果进行了对比。对比结果显示,文中所采用的数值求解器对旋翼悬停效率的计算误差在5%之内。在考虑流动转捩后,由于桨叶表面存在层流区域,计算所得旋翼悬停效率高于全湍流假设下的预测值,而桨叶表面的层流区域与旋翼拉力大小有关。在流动转捩发生的区域,转捩过程会对桨叶截面压力分布以及桨叶展向扭矩分布产生明显影响,同时桨叶表面出现明显的流动分离现象。对于桨叶展向拉力分布和桨盘下方旋翼尾迹桨尖...     

风力机翼型转捩与失速特性的数值计算

针对三种NREL S系列风力机专用翼型,分别采用Xfoil和Fluent软件对流动转捩和失速特性进行了数值研究,得到了翼型升力系数与阻力系数随攻角变化关系,并将其与实验数据进行了比较。结果表明:数值计算结果与风洞实验数据吻合很好,表明数值计算在翼型二维气动性能计算方面有较高可信度。对于相对厚度大于0.15的翼型,在中低雷诺数下,通常会发生后缘分离,达到失速角时,升力系数缓慢减小。     

基于线性稳定性分析的eN方法在准确预测翼型气动特性中的应用

在耦合雷诺平均Navie-Stokes(RANS)方程求解可压缩层流边界层方程的基础上,求解了线性稳定性Orr-Sommerfeld方程,得到不同频率扰动在翼型边界层内沿弦向的放大因子N,进而采用eN转捩判断方法判断出流动转捩的位置.通过上述方法,实现了考虑转捩影响的翼型粘性绕流的雷诺平均Navier-Stokes方程数值求解,提高了翼型气动特性计算的精度.使用文中方法分析了翼型NACA63A015和NLF416的转捩点位置以及气动特性,与实验测得的结果进行比较验证了该方法的可靠性.     

低雷诺数条件下湍流度及湍流梯度对翼型气动特性的影响

以分布式动力垂直起降(VTOL)飞行器起降时的复杂流场研究为背景,对低雷诺数条件下来流湍流度/湍流梯度对翼型的气动特性影响进行了研究。采用C型结构网格及■转捩模型求解非定常雷诺平均Navier-Stokes(URANS)方程的方法,对NACA0012翼型在不同湍流度/雷诺数下的气动特性进行了研究,并与实验值进行对比,验证了计算方法的可靠性。研究了不同湍流度、雷诺数及湍流度梯度对翼型气动特性的影响,分析了其对翼型绕流转捩过程产生影响的机理。研究表明,处于较高湍流度或雷诺数的翼型绕流流动特征更加稳定,分离泡尺度更小,流动分离有所推迟,失速迎角更大,但是二者对转捩提前作用的机理不同;湍流度梯度对翼型的气动影响受到雷诺数及湍流度大小的限制,处于较高湍流度梯度的翼型绕流在流动分离、转捩及再附方面均得到了提前;层流分离泡的产生和演化与湍流度及雷诺数大小密切相关,其尺度与位置也影响着翼型的气动特性。     

风力机专用翼型数值模拟中湍流模型的选择

基于三维N-S方程,分别选用k-ε、k-ω、RSM和LES四种湍流模型对风力机专用S827翼型进行了数值模拟,对比了不同湍流模型对气动模拟精度的影响,得到了雷诺数为4×106时,该翼型在-4°～10°攻角下的升力和阻力特性曲线以及压力分布图,并与NREL的气动数据进行对比,结果表明,RSM湍流模型更适用于风力机专用翼型的数值模拟。     

基于当地变量的一方程转捩预测模型

引入适用于边界层内的湍流度及压力梯度因子求解公式,构造Reθc和Flength经验关系式,实现对γ-Reθt槇转捩模型中两输运方程的简化得到一方程转捩预测模型。将其与SST湍流模型进行耦合并利用Schubauer and Klebanoff平板标定各参数。此外,经过分析SST与SA湍流模型输运方程间的联系,修正SA湍流模型中的ft2函数,通过其对源项的控制实现文中一方程转捩预测模型与SA湍流模型的耦合。最后,利用得到的分别基于SST和SA的一方程转捩预测模型对S809低速翼型、DLR-F5机翼进行数值模拟。结果表明:由S809翼型的计算数据可得出文中构建的一方程转捩模型在线性区与实验数据吻合很好,力系数在8°迎角范围内均达到了3%以内的预测精度;DLR-F5机翼在中翼段和外翼段的转捩预测位置与实验较接近,吻合良好。2个算例均表明改进后的一方程转捩模型取得了良好的预测效果。     

离心泵内小间隙环流瞬态流体力计算

基于湍流润滑理论建立小间隙环流数学模型,计算层流假设时层流、过渡流及湍流3种流态下环流内压力分布情况,并与实验结果进行对比.结果显示采用层流模型进行计算时,层流工况下求得结果与实验吻合很好,但当雷诺数增加导致小间隙环流发展至过渡态及湍流状态时,数值计算结果与实验结果相比有较大偏差.利用几种典型湍流模型及过渡流模型对数值结果进行修正,修正后的数值结果与实验结果吻合较好;引用过渡区域摩擦因子对模型进行修正后的计算结果可修正采用层流模型和湍流模型时产生的误差,更接近于实验结果.针对离心泵启动的瞬态过程,求解考虑转子涡动角速度及涡动幅值变化时小间隙环流内压力分布,结果显示,涡动角速度及涡动幅值的变化对环流内正压区及负压区分布均有明显影响.     

基于转捩模型的涡轮流场及性能数值模拟

基于耦合Langtry-Menter转捩模型的SST湍流模型,通过求解雷诺平均的N-S方程组对不同雷诺数工况下5台涡轮部件的性能及流场进行了全三维粘性定常计算。计算结果表明,所预测的5台涡轮效率及流通能力随雷诺数减小的变化量较俄罗斯经验关联曲线所给出的变化量偏低1~2个百分点左右。总的来说,建立的基于转捩模型的数值计算方法能够较好地评估雷诺数效应对涡轮性能的影响,具有较好的工程应用价值。     

涡流发生器对不同弦长风力机翼型气动性能的影响

加装涡流发生器有助于大型风力机叶片根部厚翼型表面边界层气流分离的控制。以DU97-W2-300三维翼型为研究对象, 采用转捩模型对安装相同尺寸的涡流发生器, 弦长分别为0.6、1和1.5 m的翼型进行数值计算, 分析涡流发生器控制流动分离的机制。结果表明:转捩模型计算结果与试验结果吻合良好; 对于3种不同弦长的翼型, 在攻角0°~14°范围内, 计算得到的升力系数基本相同; 当攻角大于14°后, 随翼型弦长增大, 升力系数减小, 翼型尾缘分离区域逐步增大。     

一种风力机专用翼型气动特性的非定常数值模拟

基于N-S控制方程,对NREL的S827翼型进行了非定常数值模拟,得到了雷诺数为2×106时,该翼型在不同攻角下的升力系数和阻力系数曲线以及速度分布图,数值模拟结果与NREL所提供的气动数据吻合良好.同时,在1×105～1×107雷诺数范围内,对0°、6°、10°等攻角下该翼型的升力系数和阻力系数随雷诺数的变化规律进行了数值模拟研究,为工程实际提供了一些有意义的参考.     

含层流分离泡的粘性绕流精确数值模拟方法研究

高精度CFD求解器是翼型设计的基础,而翼型流动转捩的准确预测是提高数值模拟精度的关键之一。eN方法是比较可靠的且可应用于翼型设计的转捩判断方法,但目前国内耦合eN转捩预测与二维雷诺平均N-S(RANS)方程求解器的研究仍需要通过求解层流边界层方程为转捩判断提供所需的边界层信息。这种方法不能处理含层流分离泡的流动。为解决上述问题,文章发展了一种直接求解RANS方程为转捩判断提供高精度的边界层解的方法,耦合基于线性稳定性理论的eN转捩判断方法实现了含层流分离泡流动的转捩点自动判断。采用文中方法对含层流分离泡的翼型绕流进行了数值模拟,转捩预测位置与实验值吻合较好,气动力计算精度得到了提高,验证了该方法的有效性。     

基于数值风洞的桥梁断面三分力系数模拟

用以计算流体动力学(CFD)为基础的数值风洞代替物理风洞模拟桥梁周围的风场特征,不仅能得到流场的压力、速度和涡旋的分布,还能提取桥梁的各种气动参数,为流固耦合的计算奠定基础。以一大跨度桥梁的扁平箱梁为模型进行了-10°~10°攻角下的风场模拟,通过改变边界条件的方法改变风攻角,提取三分力系数,并将计算结果与已有的风洞试验值相比较,吻合较好,最后绘出的0°攻角下的速度、流线和压力云图可以形象地描述流场的变化情况。验证了采用CFD技术模拟风场特征,识别桥梁三分力系数方法的可行性与可靠性。     

基于CFD的桥梁三分力系数识别的数值研究

用CFD方法研究桥梁周围的风场特征,不仅能得到流场的压力、速度和涡旋的分布,还能提取桥梁的各种气动参数。对以一大跨度桥梁断面为例的扁平单箱梁模型进行了不同攻角下的三分力系数CFD数值识别,将识别结果与风洞试验值进行了对比,并画出了0°攻角下的压强和速度分布图,验证了采用CFD技术识别桥梁三分力系数方法的可行性与可靠性。     

纵向涡发生器攻角对翅片传热性能的影响

为了提高翅片式换热器的强化传热性能,对不同攻角的纵向涡发生器的翅片区域进行了研究.采用流体仿真软件FLUENT对发生器的翅片区域建立六面体网格模型,对不同攻角的纵向涡发生器的努塞尔数、阻力因子、综合性能分别进行数值分析和对比.结果显示:随着纵向涡发生器的攻角增加,纵向涡翅片的努塞尔数增强的越来越明显,其中纵向涡发生器攻角为45°的翅片努塞尔数最大;同时随着纵向涡发生器的攻角增加,阻力因子也随之增加;带纵向涡发生器的翅片的传热效果强于不带纵向涡发生器的翅片;通过比较综合评价因子,攻角为45°的纵向涡翅片在雷诺数为2000~6000内,综合性能最好.