静止和旋转孤立车轮局部流场的评价

为研究车轮周围流场特征,分别对某孤立车轮静止和旋转工况下周围流场进行数值研究,并给予试验验证.计算采用定常雷诺时均纳维斯托克斯方程.在1∶15的模型风洞中进行试验.数值模拟结果与试验数据吻合.针对数值模拟结果,详细分析静止和旋转孤立车轮周围流场的流动情况、表面压力因数、气动阻力因数和气动升力因数等,得到孤立车轮旋转对车轮附近局部流场的影响以及形成机理.车轮的转动使总体压差减小,降低气动阻力和升力,改善气动性能。     

基于近似模型的整车气动外形优化

以类车体DrivAer的气动阻力因数为优化目标,选取影响其气动性能的5个形状参数作为设计变量,通过引入网格变形、试验设计(Design of Experiment,DOE)及近似模型等技术搭建自动仿真优化平台,探索气动性能最佳的参数匹配方案.优化后的DrivAer气动阻力因数降低4.5%,表明近似模型方法能够较好地取代实际仿真过程进行寻优.分析DOE的结果,发现影响气动阻力因数和气动升力因数的主要参数分别为行李箱高度与离去角,而多参数变化时的交互效应也会影响整车的气动性能.     

两厢车空气动力阻力数值解与网格无关性研究

研究两厢车气动阻力系数的数值解与网格的关系,存在精度不高的问题。针对MIRA快背式模型,为了找到计算两厢车模型气动阻力较为精确的网格方案,通过对四面体网格和混合网格分别进行汽车整体加密及汽车尾部加密,得到MIRA快背式模型在不同网格形式、不同加密方式、不同网格数下的阻力系数,然后和试验结果进行对比。结果表明:加密后的网格能够很好地捕捉到MIRA快背式模型的尾部涡结构。阻力系数随着网格数增加而减少。当得到阻力系数与网格数无关的解时,网格数均超过1000万。同时,数值计算得到的阻力系数与网格数无关的解,与试验数据存在误差。     

两种湍流模型在风洞拐角流场计算中的应用及比较

为降低风洞拐角压力损失,提高其气动性能,使用雷诺应力模型(Reynolds Stress Model,RSM)和k-ε湍流模型对其流场进行数值模拟,分析和比较两种模型在压力损失因数、壁面摩擦损失和二次流损失上的异同,得出:使用两种模型均能发现拐角压力损失因数并不随雷诺数变化而变化;使用RSM得到的压力损失因数与实验值更为接近;相同雷诺数下,使用RSM计算得到的壁面摩擦损失因数比k-ε湍流模型的大,但两种模型得到的壁面摩擦损失因数变化趋势一致;两种模型计算得到的二次流损失随雷诺数变化规律一致,但是在相同雷诺数下,使用k-ε湍流模型计算得到的二次流损失比RSM大.     

基本湍流模型在轿车底部流场的仿真分析

利用CFX10.0针对轿车车身底部流场进行仿真,主要是以稳态的控制体积为研究对象,Navier-Stokes Equations为数学工具,采用标准κ-ε和RNGκ-ε湍流模型对移动壁面边界的气动特性做了详细解释.同时,也较好地对底部流场的物理机理及车身的气动特性进行了深入的分析.结果表明:移动的壁面可以减弱附面层对车身气动特性的影响,该模拟结果与轿车模型在风洞中的试验结果比较一致.对轿车车身局部流场的分析有利于改善高速运动轿车的气动布局和提高轿车的气动特性.     

基于FLUENT的弹丸外流场数值仿真

为优化弹丸结构设计,用FLUENT Gambit建立某弹丸外流场数值仿真模型并生成网格,通过FLUENT对弹丸外流场进行数值仿真以获取相关的气动力参数．用仿真结果进行的稳定性分析和射程估算结果与试验结果基本一致,说明采用数值仿真方法设计弹丸气动外形有效可行,仿真结果可为方案设计提供参考．     

刹车盘结构对车轮及整车流场的影响

为研究车轮刹车盘结构对旋转车轮和整车流场气动特性的影响,针对是否存在刹车盘两种情况分别建立等比例模型,采用可实现的k-ε两方程模型计算,对比分析气动升、阻力因数,表面压力因数及整体与局部流场,发现刹车盘结构在简化车体上对车轮局部和整车流场都具有突出影响,指出在整车气动特性模拟中刹车盘存在的必要性.进一步进行计算模型选择的研究,发现旋转壁面模型与多坐标参考系(Multiple Reference Frame,MRF)模型对旋转车轮的流场特性模拟结果有差异,在近车轮区域表现尤为明显.     

基于网格面元法的高超声速飞行器性能分析

在高超声速飞行器预先研究和概念设计阶段,目前缺乏足够的飞行试验数据和地面实验数据,根据实际飞行性能指标进行气动布局和总体性能优化设计是困难的.基于网格面元法的工程估算方法,是一种计算性能指标的方法,采用参数化建模建立其几何模型,基于几何模型分解法建立网格面元模型,采用工程估算方法计算气动力和雷达散射截面两个有代表性的性能指标.通过对仿真结果的分析表明,基于网格面元法的性能指标计算方法有效且速度快,满足了气动布局和总体性能优化设计中对性能指标计算速度和计算精度的双重需求.     

可压缩全速湍流流动的边界数值处理方法研究

计算流体力学问题的边界条件处理方法关系到数值仿真结果的精确度。为解决算法的精度,提出了三维可压缩湍流流动的边界条件数值处理方法,对所研究的边界类型包括进口边界、出口边界和固体壁面,流动的速度范围涉及亚音速、跨音速和超音速。流场数值仿真采用SIMPLE算法,湍流采用k-ε模型仿真。将边界总结为沟通型和孤立型边界两种类型,对每一控制方程分别阐述特定的数值处理方法。应用提出的边界处理方法对单圆弧凸包通道进行数值仿真获得了合理的结果,跨音速和超音速情形下准确地计算出了流场中存在的激波。     

基于CFD的汽车空气动力特性分析

汽车的空气动力特性对汽车的动力性、经济性、操稳性以及安全性影响重大.应用计算流体力学(CFD)对汽车的空气动力特性进行计算.建立了不同尾部、不同车身前部的汽车几何模型,并对几何模型进行了流线型处理.设置各模型的计算域初始条件以及选取湍流模型,对计算域内的网格进行剖分,并对网格进行了无关性处理,以消除网格数量对计算结果的影响.对各模型的气动特性进行计算,分别计算了相同车身前部不同车尾外形、相同车尾外形不同车身前部汽车的气动力特性,并将计算结果与经过流线型处理后的汽车进行对比,以分析汽车车前身和车尾的外形设计对其气动特性的影响.     

基于等离子流动控制的翼型减阻技术

为研究基于等离子流动控制的减阻技术,基于Langtry-Menter转捩模型提出边界层转捩数值模拟技术.该技术可有效结合转捩模型与湍流模型,用标准模型验证其精确性,为采用等离子流动控制抑制边界层分离和转捩研究提供数值模拟平台.采用基于现象学模型的等离子流动控制数值模拟技术,对流动分离以及边界层转捩抑制进行数值模拟,为基...     

Optimal aerodynamic design of airfoils in unsteady viscous flows

A continuous adjoint formulation is used to determine optimal airfoil shapes in unsteady viscous flows at Re = 1 × 10⁴. The Reynolds number is based on the free-stream speed and the chord length of the airfoil. A finite element method based on streamline-upwind Petrov/Galerkin (SUPG) and pressure-stabilized Petrov/Galerkin (PSPG) stabilizations is used to solve both the flow and adjoint equations. The airfoil is parametrized via a Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) curve. Three different objective functions are used to obtain optimal shapes: maximize lift, minimize drag and minimize ratio of drag to lift. The objective functions are formulated on the basis of time-averaged aerodynamic coefficients. The three objective functions result in diverse airfoil geometries. The resulting airfoils are thin, with the largest thickness to chord ratio being only 5.4%. The shapes obtained are further investigated for their aerodynamic performance. Maximization of time-averaged lift leads to an airfoil that produces more than six times more lift compared to the NACA 0012 airfoil. The excess lift is a consequence of the large peak and extended region of high suction on the upper surface and high pressure on the lower surface. Minimization of drag results in an airfoil with a sharp leading edge. The flow remains attached for close to 70% of the chord length. Minimization of the ratio of drag to lift results in an airfoil with a shallow dimple on the upper surface. It leads to a fairly large value of the time-averaged ratio of lift to drag (～ 17.8). The high value is mostly achieved by a 447% increase in lift and 16% reduction in drag, compared to a NACA 0012 airfoil. Imposition of volume constraint, for the cases studied, is found to result in airfoils that have lower aerodynamic performance.     

不同造型风格的车身低阻基本形体

针对低阻车身造型风格多元化的需求,结合数值模拟和遗传算法,考虑不同的约束条件,求解4种造型风格不同且气动阻力因数在0.087~0.100内的车身低阻基本形体,并用缩比模型的风洞试验验证该方法的可靠性.高尾车型低阻基本形体的气动阻力因数值比低尾车型的偏高约0.010;不同长高比车身的气动阻力因数变化趋势不同,应独立进行优化.凹形头部与凸形头部的低阻基本形体都有低且长的尾部,头部正压区总面积相近.     

底部导流板形式对高速列车气动阻力的影响

为减小高速列车运行时的气动阻力,设计直式、斜式、内圆弧式和外圆弧式等4种转向架前后底部导流板的高速列车模型.通过风洞试验验证数值模拟方法的有效性,采用数值计算分析底部导流板对列车气动阻力和底部流场的影响.结果表明：不同形式底部导流板的列车总阻力相差可达20%,其中头车气动阻力因数极差值最大为0.062.导流板影响列车底部气流速度和转向架区域压力分布,其导流作用使得转向架区域气动阻力和转向架的阻力同时改变.转向架前后导流板的导流效果越好,转向架区域的气动阻力越小;同时,气流冲击使得转向架上的滞止压力增大;在二者的共同作用下高速列车的总阻力存在一个较小值.底部采用直式导流板对降低全车气动阻力的效果最好.     

Numerical study of interference between simple-shape bodies in hypersonic flows

Hypersonic rarefied-gas flows near two side-by-side plates and cylinders, toroidal balloon, plate and cylinder over a plane surface, and plate behind a cylinder in argon, nitrogen, oxygen, and carbon dioxide have been studied numerically using the direct simulation Monte-Carlo technique under the transition flow conditions at Knudsen numbers from 0.004 to 10. Strong influences of the geometrical factor (the ratio of a distance between bodies to a body length) and the Knudsen number on the flow structure about the bodies (shock-wave shapes, the configuration of subsonic flow zones), skin friction, pressure distribution, lift, and drag have been found.     

250km/h卧车动车组间壁T形单元和弹性组件研发

为降低轮轨激励和气动载荷对250 km/h卧车动车组(Electric Multiple Unit,EMU)乘坐舒适性的影响,研发间壁T形单元和弹性组件,分析车体载荷工况,确定引起车体气动变形最大的载荷.利用三维仿真建模计算车体气动变形;以车体气动变形为边界条件,计算出车体与间壁T形单元固结时的节点反力;以节点反力为设...     

导弹异形卷弧翼安装选型

为在空中发射武器外形设计中引入异形卷弧翼,将其作为导弹主升力面,研究其相对于弹身的安装选型问题．模型设计采用1对异形卷弧翼,并将其沿弹体纵向平面对称布置．定义异形卷弧翼相对于弹身的安装位置角和安装偏角参数,选取2组计算模型,基于计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）仿真计算评估这2个角度的变化对异形卷弧翼-弹身组合体纵向超音速气动参数的影响,得到组合体升力因数、阻力因数以及升阻比随2个角度参数变化而变化的规律．结果表明,在设计任务中,当安装位置角等于120°,安装偏角等于-10°时,组合体的升力因数和升阻比达到最大值．该方法可以改善导弹的升力特性,提高导弹的升阻比,使导弹获得更好的飞行性能．