针对气动光学效应的RANS计算方法研究

针对气动光学效应研究的特殊需求,发展了相应的RANS计算方法。首先对常规湍流模型进行评估,选出对平均密度空间分布预测较好的湍流模型;同时发展了光波折射率脉动值的输运方程,用以模化脉动密度对光学成像的畸变效应。针对一典型光学头罩作为研究对象,运用本文发展的计算方法对光学窗口流场的气动光学效应进行了计算和分析。

超声速流中圆锥头部钝度对边界层稳定性的影响

通过直接数值模拟,计算得到超声速流中各种钝度圆锥周围的流场情况。结果表明圆锥头部钝度增加,使边界层增厚,边界层向自由流的过渡变得更平缓。这种变化进而使流场稳定性发生改变,通过对流场进行线性稳定性分析发现,随着圆锥钝度增加,边界层中最先出现不稳定波的位置向后移动,临界雷诺数增加;流场中存在不稳定波的频带变窄,同时整体向低频方向移动;T-S波的不稳定频段向低频移动时,其增长率减小,不稳定特性减弱。

超声速边界层转捩实验可控扰动的引入方法

通过数值模拟的方法,研究了在二维平板超声速边界层中,由壁面处安装的激振薄膜引入的扰动的演化过程。主要得到了如下结论:由激振薄膜引入的扰动能很快演化成标准的T-S波,但扰动的各物理量的演化为T-S波的速度并不相同,即各物理量并不同时形成T-S波,速度最先形成,而温度最晚。在相同的条件下,由不同激振形式或不同宽度的薄膜引入的扰动的演化速度基本相同。

动网格技术在超音速流场数值模拟当中的应用

超音速流场的直接数值模拟对航空航天事业的发展有着非常重要而深远的意义。论文针对钝锥这一典型研究对象,先介绍了超音速流数值模拟的经典计算方法,同时基于动网格技术,提出了一种改进的计算方法,并通过数值实验证明了该方法的可靠性和高效性。

基于特征分裂改进的WENO格式与Roe格式对比研究

双曲性守恒方程组采用高阶、高分辨率的WENO格式时有两类分裂方法,即逐点分裂和特征分裂。本文基于后者,对特征分裂重构时强间断和接触间断位置出现的振荡情况进行研究,对重构变量加以改进,发现改进后的WENO格式克服了间断处的振荡,然后以LU-SGS为子迭代的双时间步法求解Euler方程,选用一维Sod、二维前台阶和双马赫反射算例,并与Roe格式计算结果进行对比,发现WENO格式分辨率更高,耗散更小。

网格变形在俯仰振荡翼型中的应用

为解决航空器结构变形问题,在研究相关非定常流场基础上,建立了包含结构变形的非定常流场数值求解方法,运用无限插值法(TFI)生成任意时刻的非定常动态网格,通过与刚性动网格比较,证明了方法的可行性,并以NACA0012翼型为算例,对翼型俯仰振荡运动中表面柔性变形问题进行了数值模拟,发现俯仰振荡中叠加变形形式为一阶振型时,可以明显地提高升力、增加动稳定、提高升阻比。

电厂烟道烟气流动计算仿真及流量均衡研究

神华准格尔能源有限责任公司煤矸石发电厂二期2×330 MW机组锅炉尾部烟道在布置上存在很多烟道弯段、分支结构部件及内部支撑件,从而导致尾部烟道系统阻力较大,布袋除尘器入口烟气存在不均衡现象,生产能耗指标较高。利用数值模拟方法对上述烟道建立了计算模型,从烟道形状参数、流体参数的角度出发,研究了该烟道内压力场的分布及烟气进出口流量的均衡性。以上研究为减小尾部烟道阻力、改善流场品质、增加尾部烟道流场均匀性、减少积灰、减少异常振动和噪声等问题奠定理论基础。

准能矸石电厂4#机组烟道数值计算仿真与烟气流动分析

为研究烟道结构对烟气流动及烟道阻力的影响情况,文中选取了电站锅炉尾部烟道开展了数值模拟仿真研究。研究表明,烟气经过绕流内部支撑结构,给气流带来了损失,在拐角附近、联箱中、爬升段也产生了漩涡运动,是烟道阻力主要产生的地方,气流中携带的粉尘粒子,也会损失气体的一些能量,不考虑粉尘与考虑粉尘条件下烟道阻力二者差异约26 Pa。同时考察了烟道内两路烟气流量的均衡性情况,发现,两路烟气在原有流量基础上偏差±5%时,那么后续的除尘器入口两路烟气的流量偏差接近了±14%,而若两路烟气流量偏差±10%的话,那么后续除尘器入口的烟气流量偏差则达到±18%,而且流动还存在不稳定性,两路流量也始终有波动。

“浮空型”高空风力发电机关键参数变化影响规律研究

针对一种'浮空型'高空风力发电机的各项总体参数建立相应数学模型,讨论浮空器几何尺寸、风速、风轮半径和转速变化对发电机运行高度和功率输出产生的影响,并分析各项参数对发电成本的影响规律。结果表明,以上各项参数均对发电机运行高度和功率输出有非常明显的影响,通过合理优化各项参数,可获得最优参数组合方案。

飞翼无人机平面外形气动隐身优化设计

对一种双后掠飞翼布局隐身无人机(UAV)平面外形,基于参数化模型和网格自动划分技术,采用气动无黏/黏性数值求解模型和隐身工程评估方法结合单/多目标优化算法,在给定的变量设计空间中完成了气动隐身综合优化设计研究。通过多目标优化给出了布局气动升阻性能相对隐身性能的最优设计边界,指出了外形气动与隐身设计之间存在的冲突关系,即一方性能提升必会使另一方性能降低,不存在双方同时最优的解,飞翼外形设计时需要在气动与隐身间进行权衡折中。计算表明,在飞翼布局外形优化中应采用精度高的黏性气动计算模型。所建立的气动隐身一体化优化设计方法,为飞翼布局无人机外形精细设计奠定了基础。

几种常用格式和湍流模型在高速流动中的适用性研究

针对高超声速飞行器中存在的强激波、激波/边界层干扰、分离、湍流等复杂流动现象,对比分析了当前计算流体力学中的主要空间离散格式及湍流模型,发现不同格式对强激波的分辨率基本相同,Roe和LDE(low diffusion E-CUSP(convective upwind split pressure))格式对摩擦因数和传热系数的模拟优于其他格式;S-A(Spalart-Allmaras)一方程湍流模型计算的摩擦因数比k-ωSST(shear stress transport)两方程湍流模型高10%左右,而后者预测的分离区约为前者的2倍,且分离点靠前.

CFD技术在布袋除尘器入口烟道流场研究中的应用进展

布袋除尘器作为一种高效的干式除尘器,在实际工程应用中存在一部分烟气流量分配不均、负载不平衡的问题,从而导致滤袋运行寿命过短、运行阻力偏大、运行成本偏高等一系列问题。进行了一些有关该方面的调研,讨论了CFD技术在该领域的应用能力。近年来,部分电厂基于CFD模拟技术开展了烟道改造工作,主要包括除尘器烟道入口截面形状、导流板的数量及形状、导灰板的形状及位置等,数值模拟结果表明通过对前述因素的改变,可以有效改善烟道内流场的不均匀特性,能够很好地解决烟气流量分配不均、负载不平衡的问题。工程实践表明,CFD技术能够对烟道优化设计起到很好的指导作用,CFD数值模拟结果可以作为烟道改造施工设计的依据。

智能变形飞行器发展需求及难点分析

随着智能技术向军事领域的渗透与发展,未来的智能化战争将呈现“认知与决策更加复杂、变化与演进更加迅速、进入与拒止全域全维”3个方面的特征,下一代飞行器将以按需飞行为本,以人工智能为核,以灵活变化为要。智能变形飞行器,其特点突出表现在“智能”与“变形”两方面,整体发挥“算法极速升级”与“硬件极度灵活”的双重优势,有望形成新型飞行模式与新质作战能力,将是未来重要的发展趋势。然而智变飞行器技术难度高,变形在系统复杂度提升等方面带来代价,对气动设计、飞行控制、结构实现均提出诸多难题,其核心问题是在工程多学科约束下实现每个形态的最优设计,具体涉及变形过程中的全剖面优化准则、变形结构机构实现、性能预示与验证等。

一种升浮一体环形浮空器气动特性研究

选取填充轻质气体的环形浮空器为研究对象,采用数值模拟方法开展高空风力发电机用浮空器气动特性研究.采用有限体积法求解不可压N-S方程和S-A湍流模型来数值模拟风力机气流场,分别对翼型,安装角,长细比,雷诺数及风力机等因素对引入浮力后浮空器气动特性影响进行研究,对比分析引入浮力后布局外形气动力特性随各外形特征参数的变化规律.数值结果表明,截面翼型弯度越大,最大升阻比越小,其出现位置有一定前移;截面厚度越大,三维效应越强,最大升阻比出现有一定的滞后性;增大安装角,相当于增大攻角,使得升力系数和阻力系数随攻角变化曲线均有一定前移;引入浮力后,最大合升阻比增大,并且存在一个明显前移;长细比越小,浮空器升阻比越大,随着长细比增大,浮空器最大升阻比出现越滞后;一定范围内,雷诺数增大,浮空器动升阻比增大,引入浮力后,当来流风速变化时,浮空器合升阻比随雷诺数增大先迅速减小然后趋于平缓,但基于浮空器尺寸变化时,合升阻比则随雷诺数增大而增大;风轮转速增大,浮空器阻力增大,升力有一定下降.