半结构网格在车身外流场数值模拟中的应用

车身外流场的网格生成是进行数值怕一个关键技术及前提。描述了三棱柱半结构网格的生成方法，采用有限体积法在三棱柱网络上离散求解雷诺平均三维不可压Navier-Stokes方程，模拟车身外流场。还计算了6种类型的简化车身模型的外流气动特性，数值计算结果与实验结果具有较好的一致性。     

Re=3 900圆柱绕流的三维大涡模拟

为研究亚临界雷诺数范围内圆柱绕流流场特性及三维大涡模拟方法的适用性,基于C++语言及有限体积法开发了三维非结构化网格的大涡模拟计算程序.采用新的高稳定性高精度二阶离散格式,及Smagorinsky亚格子模型对Re=3 900均匀来流条件下的圆柱绕流问题进行数值模拟,并统计获得了平均流场参数及湍流流场的详细结构特性.结果表明:采用本文的网格、计算步长和高稳定性二阶离散精度大涡模拟方法计算所得的湍流场一阶统计特性和二阶统计特性与实验值吻合很好.验证了大涡模拟程序在模拟亚临界雷诺数下圆柱绕流流场平均值及脉动值的合理性.     

三体船阻力计算的改进方法研究

为了提高三体船的阻力计算精度,采用CFD技术分析了网格、湍流模型、对流项离散格式等3个因素对三体船阻力性能计算的影响,探讨了开展网格收敛研究、运用网格自适应技术、选取适用的湍流模型及对流项离散格式等措施来改进三体船阻力性能预报的可行性.研究表明,分别从网格、湍流模型及对流项离散格式等角度改进三体船阻力性能预报的难度极大,并且收效不明显.由于各种因素导致的模拟误差无法完全避免,基于各因素导致的误差及偏差在一定程度上能够相互抵消的想法提出一种改进三体船模型阻力性能预报的方法,计算结果及验证研究表明该方法能够改进三体船模型的阻力计算.     

基于微分雷诺应力湍流模型的车辆气动特性的数值模拟

针对Ahmed标准汽车模型,采用含有二阶矩的微分雷诺应力模型(DRSM)对车辆外流场进行了数值模拟,对照风洞试验,获得了气动阻力系数以及3个尾流横截面中速度矢量分布等结果。参考RNGk-ε模型,对比分析了DRSM数值模拟的气动阻力系数与试验值之间的误差及误差产生原因。结果表明,DRSM模型在车辆外流场模拟中有更高的计算精度,可正确地获得包括车辆尾流中的二次流等在内的复杂气动特性。     

基于高阶格式的旋转类问题非定常流动数值模拟研究

基于结构网格动态面搭接技术、五阶Roe-WENO格式求解非定常RANS方程,开发了用于旋转类问题非定常流动数值模拟的计算分析程序,并针对典型旋转类算例进行了分析验证。对Caradonna-Tung旋翼的计算结果表明:计算得到的旋翼桨叶表面压力分布与实验值吻合良好,计算程序可以用于旋翼悬停、简单前飞状态的气动力数值模拟与分析;同时在计算网格分布相同情况下,五阶Roe-WENO格式较三阶Roe-MUSCL格式对于旋翼尾迹的分辨率更高,计算得到的旋翼桨尖涡尾迹更加清晰。对螺旋桨机翼干扰问题的研究结果表明,所开发的计算程序对于刚性旋转类问题非定常流动数值模拟具有很好的适用性,对于尾迹的捕捉具有较高的精度,满足工程实际应用的要求。     

基于MRT-LBM大涡模拟的桥梁气动参数数值仿真

为有效模拟桥梁结构的高雷诺数绕流及拓展格子玻尔兹曼方法（Lattice Boltzmann Method,LBM）在桥梁抗风中的应用,将动态Smagorinsky亚格子涡黏性模型嵌入到多松弛时间格式的LBM中。在LBM中,亚格子涡黏性通过网格滤波和检验滤波两次滤波求得,网格滤波以LBM的格子网格为滤波尺度由LBM的局部非平衡矩直接完成,检验滤波在更大尺度上采用有限差分求解。利用亚格子涡黏性修正LBM的运动黏性,构造了一种可以模拟钝体高雷诺数绕流的LBM大涡模拟方法—MRT-LBM-DSM。采用MRT-LBM-DSM结合LBM的移动边界技术对苏通大桥主梁断面的静力三分力系数和气动导数进行了仿真计算。数值模拟结果证明MRT-LBM-DSM可以准确预测湍流流动,可以用于桥梁主梁断面的高雷诺数绕流仿真和计算主梁断面的气动参数。     

某SUV型汽车后视镜气动噪声数值仿真

为有效降低汽车气动噪声,依据声类比思想将气动噪声计算分成流场和声场计算,采用全域与子域分步计算流场和ACTRAN计算声场相结合的方法对某SUV型汽车后视镜的3种方案的气动噪声进行数值仿真,得到车外流场与车内外的声场及声压级频谱曲线,分析流场云图和声压级频谱曲线的变化规律.结果表明:方案III的后视镜因边缘凸起改善了侧窗外流场湍流脉动压力、漩涡和声源位置分布,减少了后视镜通过侧窗传播到车内的噪声.数值仿真结果与实验测试结果吻合较好,验证了方法的正确性.该方法可优化车内声场的分布,提高司乘人员舒适性.     

皮卡车外流场的数值模拟

采用CFD进行皮卡车的外流场模拟,得到了车身表面压力分布、尾流典型剖面流速值和尾流流场结构,数值模拟结果与风洞试验结果吻合较好。模拟结果表明,皮卡车尾涡存在于货箱上方和尾挡板后方两个区域。进行了皮卡车几种几何改型的CFD模拟,所得阻力系数变化与实车试验结果有相同的变化趋势,证实了尾挡板的减阻作用。由此得出CFD用于皮卡车外流场模拟,可获得较高的模拟精度。     

喷管/飞行器后体一体化数值模拟

采用NND格式,进行了喷管／飞行器后体一体化数值模拟,分析了喷管膨胀比和外流马赫数对后体阻影响,通过和实验数据对比,表明本发展的计算方法是可行的,可以用来模拟喷管的内外流场和计算喷管的性能。     

风向对侧、后向进气装置外流场影响的对比研究

为探索不同形式进气装置在行驶过程中受不同风向影响下外流场气动性能差异问题,采用三维数值模拟方法并结合polyhedra(多面体)网格重组技术分别计算和对比了船舶侧向、后向进气装置在百叶窗气动参数分布的异同,计算结果表明多面体网格在保证计算精度的同时显著提高了计算效率约3倍,在相同计算条件下采用后向进气方案气动参数变化幅度较小但随风向变化规律性不强,较有利于在风向变化时保持进气装置关键截面气动参数的均匀性.而侧向进气方案两侧百叶窗气动参数随风向变化规律但差异较大,有可能导致燃气轮机进气畸变的产生.     

结冰对翼型和多段翼型绕流及气动特性影响研究

对翼型结冰问题，在结冰条件下，利用数值方法分析研究翼型和多段翼型绕流流场及气动特性的影响。对于翼型和多段翼型，采用分区多块网格技术，结合法向外推的代数方法和求解椭圆型方程方法，生成高质量计算网格。采用中心有限体积法，以及Runge-Kutta显式时间推进格式，结合B—L代数湍流模型，运用流场分区求解算法，完成了绕流流场的N-S方程数值模拟，进一步针对3种不同的冰型：钝头体、双角体和尖头体冰型，分析不同形状的冰型对翼型和多段翼型绕流流场及气动特性的影响。     

导流罩对轻型厢式货车气动特性影响的数值模拟

针对某国产轻型厢式货车的简化模型,应用计算流体力学原理与方法,采用全六面体单元的结构化网格和RNGk-ε模型对其加装导流罩前后的外流场进行了数值模拟,得到了两种情况下该车的表面压力、速度矢量分布以及气动阻力系数等气动特性。对比分析结果表明,加装导流罩可以明显地改善轻型厢式货车的气动特性,降低气动阻力,与试验结果一致。     

多重三棱柱网格法计算不可压Navier—Stokes方程

描述了三棱柱半结构网格的细化及多重三棱柱网格的生成方法,采用有阴体积法三棱柱网格上离散求解雷诺平均三维不可压Navier-Stokes方程。并将方法应用于简化车身模型的外流气动特性计算中,其数值计算结果和实验结果具有合理的一致性。     

典型护卫舰飞行甲板空气流场数值模拟

为研究护卫舰飞行甲板气流场特性,获得较高精度的流场数据用于飞行仿真,利用FLUENT对孤立简化护卫舰进行数值模拟.通过合理的网格划分以及对求解方法的验证,讨论了不同网格形式及雷诺数对计算结果的影响,分析了不同湍流模型对于舰船流场计算适用性,准确捕捉了飞行甲板处涡脱落频谱特征,提高了舰船气流场计算数据精确度.研究结果表明,对于一些精确度要求较高的舰船流场计算,ILES模型较为合适.     

VTI介质交错网格FCT有限差分数值模拟

波动方程有限差分数值模拟是研究地震波在地下介质中的波场特征和传播机理的重要手段.对于常规有限差分技术,当采用大网格对计算空间进行差分离散时会出现严重的数值频散问题,降低了计算精度.通量校正(Flux- corrected transport method,FCT)技术能够有效压制粗网格情况下有限差分的数值频散.本文研究了具有垂直对称轴横向各向同性(Vertical Transverse Isotropy,VTI)介质的交错网格FCT有限差分技术.首先从一阶速度一应力弹性波方程出发,在交错网格空间中给出了该方程的高阶有限差分法格式及稳定性条件,在此基础上研究了波动方程正演过程中的数值频散FCT压制技术,二者结合实现了该方程的高精度有限差分数值模拟.同常规算法相比,本文算法不额外增加内存需求,少量增加计算量,但可有效压制VTI介质中弹性波动方程正演的数值频散现象.当采用大网格进行数值模拟时,本文方法明显提高了波场模拟精度.     

明渠湍流泥沙运动的大涡数值模拟

基于大涡模拟思想建立了水流泥沙运动的三维数学模型,探讨了不同子网格应力模型在明渠湍流泥沙运动模拟中的适用性,所选用的子网格应力模型包括标准Smagorinsky模型、剪应力改进型Smagorinsky模型和RNG模型;探讨了泥沙重力作用项数值离散格式对计算结果的影响;并对近底泥沙浓度分布规律进行了研究.研究表明:在采用修正迎风格式对泥沙重力作用项进行数值离散时,能较合理地预报泥沙浓度的分布;所选用的三类子网格应力模型均适用于明渠湍流泥沙运动的模拟,并能合理地预报时均流速及悬移质含沙量的垂线分布规律;达到统计平衡状态时,泥沙主要集中于近床面附近,且近底泥沙浓度在平面上呈现"条带"分布特征.     

基于空气动力学汽车车身优化改进研究

基于整车参数建立车身和风洞的三维模型并进行网格划分,建立车身空气动力学的有限元模型.采用k-ε湍流模型,利用耦合式求解器对车身进行外流场的仿真分析,得出影响车身外流场的汽车结构性能参数.对影响车身气动性变化的结构因素进行仿真分析,并以此为依据对原始车身模型进行气动造型优化.对改进的车身进行仿真分析,结果显示气动阻力和气动升力都有所降低,验证改进方法的有效性,为汽车车身的优化研究提供新的参考方法.     

空间离散格式对离心压缩机CFD计算的影响

应用CFD方法对离心压缩机气动性能进行数值计算,分别采用中心差分格式和迎风格式的空间离散格式计算了总的性能参数。分析2种格式对计算离心压缩机气动性能的影响,以便选取合适的空间离散格式,使计算值更加接近实际值。通过数据对比,在设计点附近的计算点上,使用中心格式和离散格式,两者之间的计算结果都差别不大。在小流量点计算时,使用迎风格式更容易让CFD计算收敛;在大流量点计算时,使用中心格式更容易让CFD计算收敛。     

基于底部隔板的厢式货车的气动减阻

针对某国产厢式货车的简化模型,应用计算流体力学原理与方法,采用四面体、三棱柱、六面体及金字塔型等单元的混合网格和Realizable k-ε湍流模型,对其无隔板、加装4种形式及9种尺寸的底部隔板的外流场进行数值模拟,得到不同情况下该车的气动阻力系数、表面压力分布、流线以及速度矢量分布等气动特性。对比分析加装隔板前后及各方案的流动特性与气动阻力系数,结果表明,加装底部隔板可以改善轻型厢式货车的气动特性,降低气动阻力。     

矩形方腔湍流自然对流数值模拟研究

利用Lam—Bremhorst低雷诺数湍流模型,对流项差分格式采用QUICK格式,结合非稳态计算方法,对矩形方腔自然对流问题进行了数值模拟研完。计算结果表明：随着时间的推进,流场逐渐稳定,最后趋于定常;将最终稳定的速度场与实验和大涡模拟结果进行比较,发现数值模拟能准确地预测出速度场、温度场以及湍动能场。