风雨下考虑偏航效应风力机流场及气动载荷

为了研究狂风暴雨环境中大型风力机在复杂工况下的流场特性和气动性能,以南京航空航天大学自主研发的5 MW风力机塔架-叶片体系为例,采用计算流体动力学（CFD）技术开展最不利叶片停机位置下考虑6个偏航角（0°、5°、10°、20°、30°和45°）影响的风力机风场模拟,添加离散相模型（DPM）开展风-雨耦合同步迭代计算,对比研究不同偏航角对风力机周围风场和雨场特性的影响规律. 建立不同偏航角下的风-雨等效压力系数新模型,给出相应的公式,针对风雨作用下的不同偏航角工况塔架和叶片表面等效压力系数进行系统分析. 研究结果表明,附加雨荷载效应对该类风力机叶片迎风面和塔架迎风面两侧各40°区域内压力的影响不容忽视.     

高速列车气动性能的尺度效应分析

采用数值模拟方法,研究高速列车在不同运行工况(明线运行、明线交会、隧道通过以及隧道交会)下的尺度效应,探析模型缩比对列车气动力及表面压力的影响规律.结果表明:模型缩比越小,头车及整车的阻力系数越大,升力系数越小.对于单车过隧道以及隧道内交会,模型缩比的变化不影响车体表面测点的压力幅值在车体长度方向的分布特性.当列车全尺寸交会时,车体表面压力变化幅值最小.在不同运行工况下,当模型缩比为1/20时,车体壁面的压力变化幅值最大,相对全尺寸工况,幅值增加最多可达6%.研究结果可为将列车小尺度模型缩比试验外推到全尺寸时的数据修正提供理论依据,同时为模型缩比的风洞试验以及动模型试验的方案设计提供指导.     

网格划分对多级离心泵水力性能计算精度的影响

为提高多级离心泵在多工况条件下水力性能的计算精度,分别将计算域划分为四面体、混合型和六面体网格,采用RNG κ-ε湍流模型进行数值计算,与试验结果作对比,从计算曲线与试验曲线的吻合度上综合评判网格划分对计算精度的影响。研究结果表明:混合型和六面体网格在多工况条件下的综合计算精度高于四面体网格,而六面体网格的综合计算精度又明显优于混合型网格;六面体网格对各性能参数的最大相对计算误差不超过2.44%,效率的计算曲线和试验曲线吻合度较高。综合来看,六面体网格更适合于多级离心泵的水力性能预测。     

汽车外流场数值仿真k-ε模型适用性研究

由于目前的湍流模型并非针对汽车空气动力学进行数值仿真,因而造成潜在的计算误差。因此,为探寻适合的数值计算模型,以MIRA阶梯背汽车1/3比例模型为研究对象,对常用的Standard k-ε、RNG k-ε和Realizablek-ε3种k-ε涡黏湍流模型进行数值仿真,以计算所得的气动力系数、尾部流场及表面压力系数为适用性评价指标,并与HD-2风洞试验数据对标。研究结果表明:3种模型中,Standard k-ε模型收敛速度和效率最优,但气动阻力的计算精准度最差;RNG k-ε模型的表现一般,而Realizable k-ε模型能获得最高的气动阻力计算精度,与风洞试验结果对比,误差在5%以内,但收敛速度和效率相对较差;同时,3种湍流模型对气动升力的计算结果与风洞试验对比存在较大误差。     

侧风作用下桥上车辆的气动力特性及安全评价

以大客车、小汽车、半挂车车身为研究对象,采用CFD(Computational Fluid Dynamics)数值方法对风-车-桥耦合的车辆气动力特性进行了分析研究。模拟计算了不同工况下车辆的气动力系数,分析了车辆气动力的变化规律,计算出车辆发生侧倾、侧滑的安全临界风速。研究表明,不同车辆类型行驶于不同截面类型桥梁位置时车辆的气动力特性差异较大,进行车辆的安全性分析时车辆气动力系数应考虑车辆类型、桥梁截面形式、车辆的位置以及车辆所受的合成风偏角的影响。     

基于灵敏度分析的白车身轻量化设计

选取某款轿车的白车身为参照,建立白车身有限元模型。以扭转工况为计算基础设置约束条件,选择白车身的重量为目标函数、零部件的板厚为设计变量。利用Nastran 软件计算出各零部件的灵敏度值。引入绝对灵敏度和平均绝对灵敏度概念对零部件的灵敏度值进行评价。对零部件厚度进行优化减薄处理,并通过迭代计算验证优化方案。最终在保证白车身扭转刚度值变化不超过5%的前提下,实现白车身质量降低3.73%     

一体式航空燃油离心泵内流场数值模拟

采用多块拓扑结构和八叉树格式构建的混合网格,通过数值计算对某型诱导轮与叶轮一体式离心泵内流场性能进行了分析研究,仿真结果表明:不同计算工况下仿真数据与试验数据扬程值误差小于1%、效率值误差小于5%,即所使用的数值方法能够准确地模拟该型离心泵性能和内流场。进一步的仿真分析表明:一体式叶轮进口长度较大使得各个流量工况下离心泵叶轮内压力有明显的非对称性;隔舌处叶轮通道内压力变化最为剧烈,且在大流量工况下压力低于其它流量压力;叶片压力侧固定位置处有低速团的产生,叶片背力侧入口附近也容易产生低速流团。     

空间站舱内侧上送侧下回对称通风方式数值模拟

首先用封闭方腔自然对流换热典型问题验证了数值模拟的准确性,然后对侧上送侧下回对称通风方式进行不同工况的数值模拟,结果表明:在一定工况下该通风方式出现分叉解现象;当自然对流无量纲数Gr/Re2小于5时忽略重力影响的误差不超过5%;微重力水平低于10-3g0可认为等同于零重力;送风角度为45°时流场平均流速最大,建议30°-60°,且送风速度小于1.0m/s.     

发动机叶栅的实验研究和数值预测

在暂冲式跨音速平面透平叶栅风洞上对某叶栅进行了吹风试验。通过数值预估实验叶栅流场,提供了流场大体结构,设计了实验方案。为选择压力传感器量程和布置测点位置提供了依据。实验测量得到了设计安装角及变工况下叶片表面压力、叶片表面等熵马赫教及波系结构随叶栅进口气流角的变化,并对叶栅内部及出口流场进行了纹影照相。数值预测与试验结果相比较,在大部分情况下,吻合得很好,说明了计算程序的可靠性。反过来,试验结果又可用于检验和改进N.S方程计算程序。     

丘陵山地拖拉机车身调平控制仿真分析与试验

针对丘陵山地拖拉机在复杂工况下的车身自调平问题,基于研制的新型丘陵山地拖拉机及车身四点调平机构,设计了一套车身自调平控制系统。为了提高调平精度和稳定性,采用了模糊PID控制算法进行实时动态自调平控制。应用AMEsim/Simulink联合仿真对控制系统进行计算分析,得到调平过程中前后桥调平位移、速度、流量和车身倾角变化曲线。仿真结果表明:在丘陵山地复杂工况下拖拉机调平动作跟随效果好,调平过程中车身倾角保持在5°以内,调平后车身倾角能够回到0°,具有良好的稳定性。同时,搭建了自调平试验台,采用同样的控制方法对其进行实验及仿真计算,对比实验与仿真结果可知:二者调平位移最大误差为14.23%、平均误差为5%;二者调平速度最大误差为15%、平均误差为4.52%,证明本文开发自调平控制系统及采用的控制算法具有较高的调平精度,可为丘陵山地拖拉机车身调平问题提供借鉴。