非定常不稳定气固两相流动的离散涡数值仿真—Ⅱ．具有剧烈分离的不稳定气流场的数值模拟

应用离散涡方法数值模拟了高雷诺数下的钝体（圆柱、方柱等）绕流,得到了流谱、涡谱等流动信息。从流谱和涡谱中可以明显看到流动分离、旋涡以及旋涡时间的发展演化,即成功模拟出流动所具有的非定常、不稳定等非线性特征。     

非定常不稳定气固两相流动的离散涡数值仿真Ⅱ.具有剧烈分离的不稳定气流场的数值模拟

应用离散涡方法数值模拟了高雷诺数下的钝体(圆柱、方柱等)绕流,得到了流谱、涡谱等流动信息．从流谱和涡谱中可以明显看到流动分离、旋涡以及旋涡随时间的发展演化,即成功模拟出流动所具有的非定常、不稳定等非线性特征．     

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。     

一种计算势流的非奇异孤立源方法

提出了一种计算势流的非奇异孤立源方法，采用NURBS表达物面，在物体内部布置孤立Rankine源。以圆球绕流为例，数值计算了无限流场均匀来流中的绕流流动；将计算结果与理论结果相比较，说明了本方法的有效性。     

基于流声分解法的并列双圆柱流声数值模拟

为了研究低流速下多体绕流激噪声,提出一种基于流声分解法的双圆柱绕流激噪声预报方法。在自主开发的通用流体力学数值模拟软件GTEA基础上,编写了双圆柱绕流噪声计算程序。采用单圆柱绕流噪声计算,验证了流声分解法的正确性和可靠性,对不同圆心距系数(圆柱间中心距与圆柱直径之比)S为1.1、1.7、3.0的并列双圆柱绕流和噪声进行了数值计算。研究表明:并列双圆柱绕流流场可分成单钝体绕流、混合绕流、稳定流3种形式,3种绕流形式对应3种不同声场,混合绕流的声场呈现多极子分布与单圆柱偶极子噪声分布有明显不同,流场分布形式直接决定声场分布形式。     

翼面结冰对翼身组合体气动特性影响研究

飞机翼面结冰会影响气动性能,危及飞行安全.针对翼身组合体的翼面结冰问题,设计3种不同的冰型:钝头体、双角体和尖头体,对结冰前后的绕流流场及气动特性,采用数值方法进行分析研究.利用多块网格技术,结合法向外推代数方法和求解椭圆型偏微分方程方法,生成计算网格,采用中心有限体积法、LU-SGS双时间隐式推进算法,结合B-L湍流模型,运用流场分区求解技术,完成绕流流场的N-S方程数值模拟.计算与试验数据进行对比分析,说明了所采用方法的可行性和正确性,并给出了不同冰型对气动特性的影响结果.     

水下钝体空化绕流数值模拟

基于均质平衡流理论,利用Fluent 6.3对水下钝体空化绕流进行数值模拟,研究钝体空泡形态的变化规律,分析钝体的减阻特性。结果表明:空化数较小时,钝体从水绕流发展成空化绕流,随着空化数减小,空泡的无量纲直径和无量纲长度都增大;压差阻力系数减小,摩擦阻力系数减小并趋于0,总阻力系数比水绕流时降低,基本等于压差阻力系数。     

二维Rankine体升力受邻近壁面干扰的简化算法

对壁面附近二维Rankine体的水动力干扰现象进行数值计算和试验研究,基于物面源汇和中弧线上的线性涡分布,提出一种简化数值算法.根据不同速度、攻角和壁面间距的干扰力试验值,得到尾部流动分离点的位置变化规律.以NACA0012翼型为例,比较了压力Kutta条件和2种近似Kutta条件的计算精度,用于钝体计算.在分离点上满足Kutta条件,可有效预报二维Rankine体所受壁面干扰力,解决了分布源法、普通翼型升力计算法应用于钝体的计算结果与钝体试验值不符的问题.对于其他形状钝体的壁面干扰现象,以及水下潜器的近壁面运动,该计算方法和结果亦具有参考价值.     

某会展中心建筑表面风压分布的数值模拟

基于ANSYS-CFX 13.0软件平台,采用SST湍流模型对某会展中心16个风向角下表面风压场进行了三维数值模拟,并利用自编程序对模拟结果数据进行处理,得到表面分块体型系数.结果表明,附近的干扰建筑物影响了会展中心周围的风场和表面风压,同时数值结果符合钝体绕流规律,可供实际工程采用.分别用简化公式和日本规范建议公式对建筑风振系数进行了估算,建议设计时采用日本规范建议公式计算结果.     

二维物体的振荡和冲击压力的计算

本文讨论具有任意对称形状的二维物体的振荡和冲击压力的计算.其中二维物体恒速垂直入水的冲击压力计算,考虑到水面隆起效应和物体浸没形状变化的影响后,将它转化为一系列的绕流问题,而求解这些绕流问题的数值方法是借助多系数的保角变换技术.对两个典型的船体剖面(渔轮的舯剖面和集装箱船的艏部剖面)分别计算了它们的振荡压力和冲击压力,获得了不同频率或不同吃水情况下的压力沿剖面周界分布的图象.文中给出了若干数值计算结果,并由此得出某些结论.     

U形三维钝体绕流的空间风压分布特性研究

针对风场作用下U形三维钝体建筑物,采用大涡模型对其空间风压分布特性展开数值研究。考虑风场脉动湍流入口边界条件,在稳态分析的基础上对高宽比分别为1∶1、2∶1、4∶1的钝体建筑物进行了瞬态动力分析,研究了钝体空间风压分布特性,并将分析结果与已有试验和数值研究进行了对比。研究表明,在考虑脉动和平均来流入口边界条件的条件下,大涡模型对钝体绕流的预测效果非常好。钝体迎风面风压系数分布比较稳定,迎风面峰值压力系数出现在0.8H高度处,且越靠近钝体边缘,压力系数越小。钝体顶面、侧面和背面均为负压面,受尾流涡旋随机生成、脱落的影响,风压分布较迎风面复杂,但压力系数值主要集中在Cp=-0.6附近。     

振荡叶栅粘性非定常绕流计算的双时间法

通过求解雷诺平均Navier-Stokes方程，借助运动网格技术，进行了二维振荡叶栅粘性绕流的数值模拟。成功地引入了双时间方法来处理这种振动物体的非定常流动问题，在确保时间／空间精度的前提下，大大加速了计算过程。在双时间法的虚拟时域推进中，采用了高效的多重网格技术，使得双时间法的优势得以充分发挥。所给出的几种二维振荡叶栅非定常绕流的算例，其计算结果与已发表的数据吻合程度良好。     

建筑物绕流的环境效应

本文建立了一个适合建筑物绕流等环境流动的可压缩湍流粘性数值模型，并用该模型模拟了单个和多个建筑物的绕流，得出了建筑物间的滞留旋涡，建筑物“热岛”等对环境有很大的影响的流谱。     

用贴体坐标方法计算后向台阶内圆柱绕流问题

本文采用涡量一流函数方法，应用贴体坐标技术来研究后向台阶粘性流动，利用作者提出的多连通区域分块计算方法研究了流动区域内含一圆柱体的粘性流动问题。在圆柱体表面上用粘性条件确定流函数值。得到后向台阶内绕流问题的数值解。此法可推广到求解有限区域内多体统流问题。     

钝体绕流气动噪声源特性数值研究

为研究钝体绕流的气动噪声源特性,采用Realizablek-ε湍流模型与宽频带噪声源模型相结合的方法模拟钝体的声功率级和表面声功率级,比较并分析来流风速、钝体截面形式及尺寸对气动噪声源强度及其分布特性的影响规律,探讨气动噪声源的影响机制.结果表明:钝体绕流气动噪声源主要位于气流发生分离、湍流运动比较剧烈的地方,且钝体的外形越趋近于流线型,其气动噪声源强度越低;四极子噪声源对总噪声的贡献比偶极子噪声源的贡献小得多;柱体表面声功率级最大值与来流风速对数之间呈线性正相关,与截面尺寸之间呈线性负相关.最后提出了表面声功率级的数学预测模型,为工程结构的声环境设计及气动噪声控制提供参考.     

无升力双体水动力干扰计算

根据势流理论给出任意运动的2个水下无升力物体间流体动力干扰的二维和三维计算模型.从壁面附近圆柱干扰力计算结果出发,指出水下物体相互接近过程中,理论上存在某种干扰最小的路径.采用3种不同的网格划分比例计算回转椭球体附加质量,单元数确定时,加密纵向网格则与纵向运动有关的计算精度提高,横向的精度降低,因此网格划分应合理分配纵横比例.对三维Rankine体进行了壁面干扰规律的模型试验和计算研究,间距较大时物体受到壁面的吸力,随间距的减小,该吸力先逐渐增加后减小,最后变为排斥力,分布源计算值与试验值的比较表明:分布源法可有效预测壁面间距较大情况下的流动干扰力,随着Reynolds数的增加,分布源法有效性的壁面间距下限增大.论文中的数值模型也适用于多个无升力物体作6自由度运动的情况.     

平板间方柱绕流的格子Boltzmann方法模拟

为研究平板间方柱绕流上下平板对置于其中的方柱绕流所产生的影响,采用格子Boltzmann方法对二维平板间低雷诺数(Re=100)方柱绕流问题进行了数值模拟研究.分析了3种不同阻塞比下,平板边壁对方柱的升、阻力系数、Strouhal数和尾涡流场的影响.结果表明:平板对方柱绕流特性有明显的影响,随着阻塞比的增加,阻力系数和Strouhal数均增大,与无边壁相比阻力系数可增加达30%,而升力系数却随之减小.计算结果与相关实验数据相吻合,验证了格子Boltzmann方法对钝体绕流非定常问题模拟的有效性。     

壁面凸体层流绕流流场的数值计算

采用贴体坐标变换方法将直角坐标系中不规则的流动区域变换成规则的计算区域。对求解原始变量的ＳＩＭＰＬＥＲ方法进行了改进，应用有限分析法给出了由正常网格求解原始变量的迭代方法，然后计算了台阶绕流和任意凸体绕流的流速、压力场。计算结果表明该方法简单有效，压力、速度收剑效果好，计算精度较高，可以用于计算各种流动区域的流场。     

背鳍对三角翼大迎角脱体涡的影响

通过EU LER方程数值模拟了绕三角翼的大迎角流动,计算了来流迎角为30,°后掠角为82.5°的三角翼,针对不同背鳍高度情况,研究了背鳍高度HC/S分别为0、0.75及1.5时背鳍对三角翼前缘脱体涡的影响。计算结果表明,背鳍的存在对三角翼前缘脱体涡的特性有明显影响,计算结果与实验结果吻合良好。     

复杂构型潜器附加质量的研究

为了研究粘性和涡动对水下物体附加质量的影响,尤其是低雷诺数流动、复杂构型物体和强涡动情况下的影响,分别针对球体、椭球体和某型深潜器的附加质量采用数值和实验的方法进行了测定.数值方法采用了包括基于粘流和无粘流的CFD求解器及基于势流的Hess-Smith面元法3种途径,实验方法为常规船模约束实验,数值方法和实验都得到了物体的附加质量,并进行了对比分析.提出了一种利用Fluent标准k-ε模型及动网格的考虑粘性和涡动的附加质量计算方法.结果表明,粘性和涡动对简单物体附加质量的影响非常小,即使是面元法也已非常准确;而粘性和涡动对复杂构型物体的附加质量的影响可达到9%,数值方法只有在粘性流模型下才能得到可靠的结论.该研究对潜水器的水动力设计具有重要的指导意义.