网格自适应加密在汽车CFD中的应用

以CAERI Aero Model为基础研究模型,提出基于网格自适应加密方法的自动化计算流程,验证了该方法在汽车空气动力学CFD仿真中计算结果的准确性及应用可行性。对比网格自适应加密与传统网格加密计算方法,结果表明:应用基于网格自适应加密方法的CFD计算结果与风洞试验误差小于1%,该方法仿真精度高;在保证流场三维结构一致的情况下,能减少整车约13%的体网格数量;提高计算时间效率约9.6%。研究结果可为网格自适应加密方法在汽车CFD中的应用提供重要参考。

基于解析法CFD−DEM的烧结矿立式固定床气固接触特性

烧结矿与冷却气体充分接触是实现烧结矿立式冷却工艺的关键.采用解析计算流体力学−离散元法(CFD−DEM)方法对烧结矿立式固定床的气固接触特性进行了研究,主要模拟了非规则烧结矿在固定床内的堆积过程,并采用浸没边界法和动态网格细化技术获得颗粒表面的流场信息.结果表明,双粒径均匀混合料床的平均空隙率主要取决于小粒径颗粒,大粒径颗粒主要影响料床的大空隙结构及分布.“A型”偏析(中心区域堆积小粒径颗粒,近壁面区域堆积大粒径颗粒)料床压降显著低于均匀混合料床,但颗粒与气体接触不充分;“B型”偏析(偏析方式与“A型”相反)料床兼顾了低压降和气固充分接触的特点.料床实验压降与模拟压降随气体表观流速的变化趋势保持一致,验证了解析CFD−DEM方法的准确性.

一种基于流场物理信息的CFD网格密度优化方法

CFD计算网格的生成及优化技术是计算流体力学数值计算的关键技术之一,很大程度上决定了数值计算的最终精度及计算效率。CFD模拟实际工程问题所采用的网格规模可达千万级别,在给定的计算时间内获得更高的数值计算精度,是当前CFD急需发展的关键技术。已有研究表明,不同类型的流场误差产生的主要区域与其特征物理量的梯度正相关。有鉴于此,提出了一种基于流场物理信息的网格密度优化方法,使用该方法以及OpenFOAM与cfMesh工具对不可压缩流体案例、燃烧流案例和多相流案例分别进行数值计算。实验结果表明,对于具有不同特征的案例,基于所提方法优化的网格均能够在计算时长差别不大的情况下,比较明显地提升计算精度。

CFD-DEM模型最优网格尺寸的理论推证

在多相流数值模拟中,合理确定流体网格尺寸对未解析CFD-DEM模型计算精度至关重要。针对网格尺寸问题,以单颗粒沉降运动为例,结合CFD-DEM数值模型,对最优网格尺寸开展了理论推证研究。研究表明,网格尺寸变化通过孔隙率参数影响颗粒拖曳力的分配,进而影响数值模拟的结果。基于此,提出了多相流中考虑孔隙率影响的阻力系数推导方法,并以Gidaspow模式为例,对比分析了不同孔隙率条件下单颗粒沉降的理论、试验与数值结果,验证了理论推导方法的合理性。结果表明,处于滞性状态下的颗粒受网格尺寸影响较大,建议网格尺寸大于颗粒尺寸的5倍;处于过渡状态和紊动状态下的颗粒影响较小,建议网格大于粒径3倍。研究结果可为多相流在流固耦合参数设置提供理论支撑。

基于多面体网格复杂外形ROV阻力CFD计算

以某复杂外形ROV为研究对象,建立了ROV的水动力计算模型,基于CFD数值计算基本方法和多面体网格技术,搭建了三维数值水池,采用Coupled Implicit方法求解N-S方程,完成了复杂外形ROV阻力的数值计算。结果表明:论文采用的计算方法能够真实地反映ROV的阻力性能。在航速3Kn时,该ROV沿X方向直航和沿Y方向横移的阻力值均保持在35kg以内,论文的计算值可为ROV推进器的选型和动力推进系统的设计提供参考。

旋转域网格对多翼离心风机CFD仿真结果的影响

计算流体力学(CFD)仿真是多翼离心风机优化和研究的重要手段,风机旋转域几何处理细节、网格类型等都将会对CFD仿真计算结果产生一定影响。研究首先对同一叶轮划分不同的网格,并计算不同网格条件对CFD计算结果的影响,其中网格条件主要包括不同的网格类型:六面体网格、混合网格,有、无边界层网格,以及旋转域是否扩展;然后通过一个优化实例分析了造成仿真结果误差的原因。研究结果表明,无细化边界层网格、旋转域扩展均会导致仿真结果偏差,研究案例中的多翼离心风机模型经修正后,风量仿真结果与实测结果最大差值由4.40%降到0.73%。研究对提升多翼离心风机仿真的准确性具有重要意义。

内燃机缸内气体CFD瞬态分析中动态网格划分技术

文中深入分析了在发动机CFD瞬态分析中的4类动态网格划分技术:弹性平滑方法、动态层方法、局部重划方法和ALE方法.在此基础上,研究分析了发动机CFD瞬态分析中动态网格划分技术的改进措施,提出了基于有限容积法的组合式动态网格技术更为适合发动机CFD瞬态分析中动态网格划分.最后,文中还以屋顶式双气门发动机为例进行了二维动态网格划分,并且运用基于有限容积法的组合式发动机动态网格技术方法实现了切向进气道发动机进气过程的三维瞬态数值模拟,得到了与实验观察相一致的结果.

垂直轴风机CFD模拟的网格划分策略和湍流模型研究

对垂直轴风机CFD模拟的网格划分策略和湍流模型选取进行深入研究,分别建立4种网格划分策略和6种湍流模型下的二维非定常模型,并进行CFD计算,将所得结果与已有实验和分析数据进行对比,得到最佳网格划分策略和最合适的湍流模型。划分网格时,引入边界层和尺寸函数技术,以保证计算精度和网格的合理过渡。计算结果表明,网格数为213656时的网格划分策略最优;Realizable k-ε模型是最适合的湍流模型,预测效果优于分析模型和其他湍流模型。该文亦可为其他旋转机械的数值模拟研究提供指导。

搅拌设备的CFD分析与软件对比

对搅拌设备CFD分析的特点和分析方法进行了阐述,论述了不同方法适用的场合。此外,通过对一简单案例进行计算,对比了两大CFD软件包STAR-CD和FLUENT应用于搅拌设备的异同。

一种验证网格质量与CFD计算精度关系的方法

针对网格质量衡量准则与计算精度之间关系验证过程中的难题,提出一种准确验证它们之间关系的方法。该方法首先生成一系列不同单元数的网格,接着采用三维线性插值算法,获得相邻两套网格单元速度相对误差,当该误差小于某一阈值时,则认为此网格计算得到的数值解为网格独立解。此外,在网格独立解的基础之上,获得不完善网格中各单元的计算误差,并与各单元的度量值建立相应的数据库,采用不同的统计方法对其进行对比分析,获得它们之间的关系。研究结果表明:同质量衡量准则QEVS和QEAS相比,本文提出的质量衡量准则QNEW1和QNEW2在误差较大的区间内(E re>0.15),与计算精度有较好的关系。因此,在网格生成过程中,采用QNEW1和QNEW2能够正确地评判出对计算精度影响较大的单元,而QEVS和QEAS则不能。

双尾鳍船舶纵倾节能及其尺度效应的数值研究

纵倾节能是一种高效易行的船舶节能手段,针对纵倾节能应用,采用基于RANS求解的数值模拟方法,对不同缩尺比与纵倾角度工况下的双尾鳍内河船型绕流场进行了数值模拟。本文分析纵倾角度对阻力及其成分的影响规律;分析阻力随纵倾角度变化规律的原因并对纵倾节能相关的尺度效应进行探讨。结果表明,双尾鳍船舶以设计航速航行时,纵倾角度为首倾1.5°左右时阻力最小,且纵倾节能存在明显的尺度效应。

椭圆轴承与圆轴承动力特性CFD数值分析

滑动轴承动力特性对旋转机械转子稳定性有着重要影响。将CFD动网格技术应用于椭圆轴承与圆轴承动力特性求解。在验证滑动轴承CFD动力特性求解模型准确性的基础上,建立基于CFD动网格技术的椭圆轴承动力特性求解模型,分析椭圆度、偏心率以及转速等因素对滑动轴承动力特性影响,比较分析椭圆轴承与圆轴承动力特性之间的差异。研究表明,椭圆轴承与圆轴承的承载力与刚度阻尼系数随着偏心率、转速的增加而增大;与圆轴承相比,椭圆轴承两个油楔形成两个流体动压区有效的增大轴承的阻尼,滑动轴承增加椭圆度可提高转子稳定性。

多面体网格在CFD中的应用

介绍了多面体网格技术在计算流体力学(CFD)中的应用。考虑到粘性计算的需要,将混合网格技术引入多面体网格中,发展了一套多面体网格生成及求解技术,并用于M6机翼、DLR-F6复杂外形的气动特性模拟中。计算结果表明,多面体网格技术具有准确度较高、效率较高及适用性广等优点。

基于CFD的双螺杆压缩机的三维动态仿真分析研究

为了研究双螺杆压缩机的流场动力学特性,提出基于双螺杆压缩机的工作循环为一个理论循环的假设,建立其工作过程的数值计算模型,采用计算流体力学软件Fluent中的动网格技术对双螺杆压缩机的工作过程和流场动力学特性进行了动态模拟仿真。搭建了实验平台并研究分析了双螺杆压缩机的p-V变化规律,结果表明,仿真结果较好地吻合实验数据,验证了模型的正确性和模拟方法的有效性。

基于CFD方法的液体动压滑动轴承动特性研究

应用CFD工具Fluent建立了滑动轴承压力求解分析模型,计算分析了普通圆柱轴承的压力分布和上、下瓦开槽对滑动轴承压力分布、承载和进油量等因素的影响。比较了CFD方法和Reynold方程计算结果的差别。结果表明:CFD方法和Reynold方程计算结果基本相同,CFD方法可以直接求解N-S方程,可以更准确地反映轴承动特性。下瓦开槽对进油量的影响不大,但会提高承压区最大压力,从而提高轴承稳定性;上瓦开槽对油膜压力的影响不大,但会导致进油量增加,更好地冷却轴颈。

基于CFD的液压锥阀开启过程流固耦合分析

液压锥阀广泛应用于液压系统的流量、方向控制当中,其开启过程的性能尤为重要。基于动网格技术和流固耦合理论,建立了液压锥阀开启过程的三维流固耦合数值模型,基于该模型对液压锥阀在弹簧力及流体力作用下的开启过程进行了仿真。得到了液压锥阀阀芯的运动情况,对比了阀芯稳态位移仿真值和理论值,仿真值与理论值较吻合;在此基础上,得到了液压锥阀开启过程瞬时的流场、阀芯应力分布规律,并分析了阀芯所受应力集中区域应力数值随时间的变化情况,为液压锥阀的设计及优化提供了依据。

利用CFD计算技术进行机翼模型气动特性分析

计算流体动力学方法(CFD)已经成为空气动力学领域重要的计算方法。利用该方法进行机翼模型Naca0012的数值模拟,包括计算模型的气动力系数以及气动导数。采用了效果很好的新型网格控制算法,通过自有程序处理流固耦合边界问题以及商用软件的求解器模块进行整体区域的数值计算。在证明了方法的有效性之后,又通过多种振幅条件下的数值模拟结果,对以往广泛采用的理论方法的有效性进行了探讨,研究了机翼模型气动导数随振幅变化而变化的情况。

对转桨非定常性能的CFD模拟(英文)

作为对转桨性能CFD计算研究的一部分,文章基于滑移网格模型,建立了前、后桨非定常相互作用的数值模拟方法,对两型具有不同叶数组合的对转桨进行了敞水条件的计算研究,将非定常推力、扭矩的时间平均值与相应的模型试验值进行了对比。通过非定常滑移面模型与定常多参考系模型(准定常模型)的计算结果之比较,研究了前、后桨相互作用非定常性对水动力的影响,发现:由于考虑了前桨尾涡对后桨桨叶的撞击作用,非定常模型能够比准定常模型更加精确地预报推力及扭矩的时间平均值及脉动量幅值。

基于多面体重叠网格的多体分离计算分析

分离问题在航空航天领域频繁出现,对各类运载火箭、飞行器等完成任务使命至关重要,并事关主体/分离体的安全。基于带边界层加密的多面体网格、重叠网格和刚体六自由度运动方程,利用CFD数值模拟方法,对某标模外形开展了多体分离数值模拟,研究了不同初始弹射力对多体分离安全性的影响,从纵向和横航向两方面分析了标模的分离特性及与弹射力的关系,对工程研究有一定的参考作用。

二维结构化网格CFD LU-SGS时间推进并行算法

针对二维结构网格CFD(computational fluid dynamics)时间推进LU-SGS(lower-upper symmetric Gauss-Seidel)存在的强数据依赖的特点,提出了波阵面并行算法,设计了相应的数据结构,以及具有更好数据局部性的访存优化方法和分块通信优化方法。测试结果表明,并行算法可以取得与串行算法完全一致的计算结果,且具有较好的加速效果,在DMP(distributed memory processing)系统下与16个进程相比,64个进程的并行效率达到85.64%,在SMP(symmetric multiprocessing)系统下与16个进程相比,128个进程的并行效率达到83.68%。