侧风对轿车气动特性影响的数值模拟研究

选用某国产轿车1∶1模型,利用混合网格方案对不同强度侧风作用下的轿车外流场进行数值模拟,得到不同侧风强度下的流场速度压力分布及气动力系数变化情况.分析不同强度的侧风作用下的流场速度和压力分布,着重分析了尾部流场的变化,定性地解释了侧风对轿车气动力特性的影响,初步研究了尾流随侧风作用的变化机理.模拟结果表明,该车型在不同强度侧风作用下,侧向力系数和升力系数均随着侧风作用的增强而增大.研究结论为深入分析侧风作用下轿车外流场特性提供了有利的参考.     

侧风作用下路堤上CRH6型列车的气动性能

采用CFD研究路堤上CRH6型列车在侧风作用下的气动特性,分析风速、风向角及列车在路堤上的位置对列车气动力的影响。计算结果表明:头车阻力随着风速的增加呈线性减小,其他气动力随风速的增加而线性增大;风向角对气动力的影响较大,最大气动力出现在风向角60°～120°之间;列车在路堤上的位置,对侧力和倾覆力矩影响较大,对阻力的影响较小。     

不同强度侧风对轿车气动特性影响的瞬态数值模拟研究

为研究典型轿车在不同强度侧风影响下的气动特性,通过用户自定义函数实现计算网格的动态更新和侧面入口速度随时间的变化,动态模拟了汽车行驶通过一个侧风速度随时间不断增强的区域,对不同强度侧风下汽车的气动特性进行了瞬态数值模拟研究。研究结果表明,阻力、侧倾力矩和纵倾力矩受侧风影响不大,而升力、侧向力和横摆力矩受侧风的影响显著。随着侧风的增大,升力、侧向力和横摆力矩明显增大,严重影响了汽车的行驶稳定性。     

侧风条件下电站大型冷却塔建筑群热力特性的数值模拟研究

文中首先建立了自然通风湿式冷却塔建筑群数值模拟模型,并与实验数据进行对比验证.接下来研究了不同方向侧风对冷却塔建筑群的影响,研究发现,冷却塔上风向的建筑往往会产生不利影响,而对于上风向无任何阻碍的冷却塔而言,其效率在风速为5 m/s时最低;此外,对于沿风向排列的多个冷却塔,当风速较低时,下风向的冷却塔冷却能力较高,当风速较高时则相反.最后,根据以上结论,提出了两种参照地区风资源情况对冷却塔群进行优化排布方式,冷却塔群各冷却效率有一定提升,单塔冷却效率提升最高可达3.54%.     

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。     

覆冰三分裂导线气动力特性的数值模拟

采用有限体积法和SIMPLEC算法,求解雷诺数在亚临界区内的均匀黏性不可压缩流体的N-S方程,对风吹过平行布置的覆冰三分裂导线的气动力特性进行计算流体动力学（CFD）数值模拟.为克服数值模拟在高雷诺数下的数值不稳定性,在求解N-S方程时采用QUICK迎风格式,其对流项为三阶精度,其余项如扩散项等为二阶精度.针对新月形和扇形2种典型覆冰三分裂导线,分析平行布置的三分裂导线各子导线尾流间的相互作用及其对气动力特性的影响.计算结果表明,新月形覆冰导线比扇形覆冰导线舞动的风攻角范围大,但前者的舞动振幅小于后者;分裂导线中处于尾流区的子导线的气动力系数均小于迎风面子导线的气动力系数,且扇形覆冰导线比新月形覆冰导线更为显著.     

高速列车过双线隧道气动效应及列车风特性

为加深对隧道内气动效应和列车风特性的认识,采用RNGκ-ε湍流模型模拟高速列车偏心通过隧道全过程,应用滑移网格技术模拟列车高速运动,对列车通过时隧道内的气动效应及列车风进行研究.通过将数值计算结果与现场试验结果进行对比,验证了数值方法的准确性.研究表明:隧道入口处气动压力变化规律与隧道内有很大差别;列车两侧对称测点的最...     

覆冰输电导线气动力特性模拟的合理模型

对覆冰导线风洞试验的数值模拟和参数分析是获取气动参数的主要手段。进行了覆冰输电线气动参数数值模拟的几何建模、网格划分、边界条件的选取、湍流模型的选取、求解参数设置等分析研究。明确了加密区首层厚度、层数、厚度、形状及加密条带等对计算结果的影响,得到了合适的网格模型。对k-ε湍流模型、k-ω湍流模型、Realizable k-ε湍流模型、Reynolds应力湍流模型及SST k-ω湍流模型的分析,表明k-ω模型虽然能较好地模拟覆冰输电线的气动力特性,但是对参数比较敏感。k-ε湍流模型的是模拟覆冰输电线气动参数的最合理模型。     

横风速度对单线高架桥上高速列车气动特性影响

为了节省宝贵的土地资源,高架桥结构在现代高速铁路建设中被大量采用,在高架桥上行驶的高速列车随着合成风向角的变化,其气动特性呈规律性变化,以此采用计算流体力学方法来研究横风速度变化对高速列车气动特性的影响.通过合理划分网格、选取合适的湍流模型、设置正确的边界条件来提高数值计算精度,模拟结果表明：随着横风速度的增加,头、尾车阻力明显增加,头车上的侧翻力矩也明显增加;没有横向风时由于单线高架桥的对称结构,高速列车基本不受侧向力作用.     

覆冰四分裂导线动态气动力特性分析

为研究覆冰分裂导线舞动时的气动力特性,基于Fluent软件的用户自定义函数对导线的舞动轨迹进行编程并结合动网格技术实现流固耦合.计算了新月形覆冰四分裂导线横向振动时的动态气动力系数,并与静态模拟结果进行比较;分析了舞动幅值和频率对动态气动力的影响.结果表明:相同风速下,动态气动力系数大于静态值,二者具有相同的变化规律;舞动时,迎风侧子导线尾流偏移,对背风侧子导线的影响减小,使背风侧子导线的动态气动力系数比静态时明显增加;阻力、升力系数随舞动幅值和频率的增加而增大,但频率对动态气动力的影响小于幅值的影响;工程中预测大档距导线舞动引起的断线临界风速和塔承受的荷载时,应考虑动态气动力系数对舞动的影响.     

正弦风场新月形覆冰导线动态气动力特性

为研究脉动风场对覆冰导线动态气动力特性的影响,利用Fluent软件的用户自定义函数和动网格技术,计算了正弦风场下新月形覆冰导线在垂直振动与扭转振动耦合下的动态气动力系数,并与相同舞动条件下定常风场模拟结果进行比较;分析了来流速度脉动频率和幅值对气动力的影响.结果发现:覆冰导线在正弦风场作用下的动态气动力系数平均值略高于定常风场下动态气动力的数值;脉动风频率对阻力系数和升力系数的平均值影响较小;脉动风幅值增加会导致动态气动力系数的平均值增大.因此工程中进行输电线路防舞设计时,应考虑脉动风场幅值对气动力系数的影响.     

带舭龙骨船体的横摇自由衰减的数值研究

为了研究带舭龙骨的船体横摇自由衰减运动,本文建立了基于Open FOAM的粘性流场数学模型。模型采用六自由度运动方程与动网格技术计算船舶运动,应用阻尼消波技术消除远处的数值水池壁面产生的反射波,有效提高了数值预报的精度;通过对比模拟得到的衰减曲线和阻尼系数与试验所得的结果,分析了舭龙骨附近的涡量场,并探讨了舭龙骨减摇的机理。结果表明本文建立的数值模型可以准确地模拟船体横摇运动,成功预报了不同高度舭龙骨的减摇效果。     

小排量增压汽油机进气特性研究

使用FIER软件对某1.5T汽油机的进气过程进行仿真分析.首先使用Pro/E软件建立进气道几何模型;然后将其导入到FIER软件生成定网格、动网格,通过确定边界及初始条件、选择湍流模型、计算方法、松弛因子、试算等步骤完成前期准备;最后计算获取该机进气过程的瞬时流场数据和动态仿真结果.通过对仿真结果分析,总结出该机进气过程的特点,为其进气道的改进提供依据.     

合成射流与主流相互作用的数值研究

本文采用动网格技术,利用大涡模拟求解三维N-S方程,对直射流以及倾斜角为30°的斜射流进行了三维数值模拟。数值模拟结果表明:数值模拟的直射流出口速度曲线与理论速度曲线吻合较好,通过直射流与斜射流对比发现,直射流产生的涡环为对称涡环,而斜射流的为不对称涡环;直射流射流出口时均速度影响范围大于斜射流,但是其射流宽度小于斜射流射流宽度。本文还分析了射流与主流的相互作用,数值模拟了不同主流速度下射流的运动状态,结果表明:主流速度为2.0 m/s时,直射流产生的涡环受到主流的作用发生倾斜,斜射流产生的涡环由于主流的作用,变成典型的马蹄涡形式;由于射流对主流的影响,直射流对主流速度起阻碍作用,减缓了边界层及附近主流的速度,斜射流加速了主流边界层内的流体速度,使边界层速度更加饱满;随着主流速度的提高,射流产生的涡环被主流吹扫进入边界层,在壁面上发生破裂,与边界层内流体混合,射流对主流的的影响减弱。     

高速列车车头曲面脉动压力的大涡模拟

为了得出车头曲面脉动压力的分布规律,利用参数变换技术,生成了高速列车车头曲面的四边形贴体网格,进而生成了高速列车头部流场的六面体网格.对车头流线型曲面的脉动压力进行了大涡模拟,得出了脉动压力的分布特性:在流场中某点处产生的压力主要影响该处本地,而对其余点的影响作用则随着距离的增加而迅速减弱;脉动压力的频带很宽,无明显的主频率.各点脉动压力的频谱在低频时幅值较大,随着频率升高,幅值以负指数规律持续下降.脉动压力1/3倍频程频谱的主要能量集中在20～500 Hz频率范围内,随着列车运行速度提高,频谱的主要能量范围有向高频移动的趋势.     

侧风影响下桥上行驶的重型货车气动特性模拟

采用数值模拟的方法研究了重型商用货车在无侧风和侧风分别为10、20、30m/s的4种工况下在公路高架桥上行驶的气动特性。研究了不同强度侧风及桥梁护栏影响下,卡车周围流场的变化,以及卡车的气动特性。研究发现:存在侧风时,由于桥梁护栏的存在,卡车和护栏之间会产生较强的涡流,卡车周围的流场随侧风强度不同也会产生明显的变化。卡车的气动特性也与在平地上遭遇侧风稍有差异,其阻力会随侧风强度产生线性变化。     

变直径空心件楔横轧收口模拟研究

采用楔横轧技术,对变直径空心件收口成形工艺进行研究。根据工件尺寸,使用UG建立不同方案下的模具,将模具设计和数值模拟相结合,模拟工件的成形过程。对比模拟结果,得出最佳的成形方案,并改进成形工艺参数,最终确定了变直径空心件楔横轧工艺的成形方案。     

侧风影响下航空器尾涡LES数值模拟

为保障航空器运行安全、提高飞行效率,用ICEM CFD 和Fluent软件采用大涡模拟（LES）方法对不同侧风下航空器进场尾涡进行数值模拟,研究进近阶段侧风对尾涡的影响。本文阐述了大涡模拟的原理,构建了空客A330-200机翼的构型和高网格质量的计算域,并模拟仿真飞机在无侧风条件下和侧风分别为3、5 、7 m/s的尾涡,量化分析侧风对尾涡演化规律和扩散趋势的影响。结果表明,侧风越大,尾涡的耗散速度越快 ,并且侧风对下风涡的影响大于上风涡。     

侧风下峡谷桥隧连接段汽车的行驶特性

为保障山区高速公路的运营安全,研究了在风环境下峡谷桥隧连接段车辆瞬态气动特性及其规律,借助Carsim软件建立车辆模型,并模拟峡谷桥隧连接处的路段特性,以西汉高速桥隧连接段的实测数据输入风速值和侧风角度等参数,来模拟不同风速及角度对车辆行驶的影响。首先,对运行仿真后得到的车辆纵向速度、侧向加速度、车辆气动三分力(气动阻力、侧向力、气动升力)、气动侧偏角等参数进行分析;其次,通过分析不同车速、风速、风向角的车辆气动力,探究其对行车稳定性的影响程度;最后,研究了车辆在侧风环境下安全稳定行驶的临界车速和临界风速。研究结果表明:车辆行驶在有侧风作用影响下的峡谷桥隧连接段时,车速由60 km/h提升至80 km/h,车辆气动阻力、侧向力及气动升力分别增加160%、53%及89%,并且在风速达80 km/h的冰雪路面下,伴随出现超过1 m的大偏移量侧滑,当经历西汉高速年最大风速31. 5 m/s(约113 km/h)时,车辆出现明显倾覆现象,对行车安全构成了一定的风险。     

涡激振动小圆柱对翼型气动力影响的数值研究

在大攻角来流时,翼型吸力面气流常产生流动分离现象,使翼型气动性能恶化。针对大攻角情况下的流动分离现象,本文在翼型前缘加入控制柱,通过数值仿真探究发生涡激振动的小圆柱对于翼型气动力的影响。基于计算流体力学、结构动力学和嵌套网格技术,本文建立了二维流固耦合模型。以NACA0012翼型为例,对翼型前缘设置涡激振动圆柱的流场情况进行模拟,并且对比了静止圆柱与振动圆柱情况下的流场变化。通过流线图和涡量云图分析了小圆柱流动控制的机理。仿真结果表明：设置静止小圆柱可以提高大攻角下的翼型升阻比,使小圆柱产生涡激振动之后,能够进一步有效地提高大攻角下的翼型升阻比50%以上。涡激振动小圆柱的引入在大攻角条件下对提升翼型升阻比具有显著效果,为改善翼型气动性能提供了一种有效的流动控制手段。