地铁火灾CFD模拟时边界条件的研究

本文对地铁车站及隧道内火灾通风排烟过程中的空气流动特性进行了数值模拟．对模拟边界提出了简化模型,即当某一个车站发生火灾时,计算区域可以只考虑其两端各一个车站和各两个区间；当某一区间发生火灾时,计算区域只需考虑该区间两端各两个车站和各一个区间．上面两种情况下,所有出入口均可假定为自由边界条件．模拟结果与现场实验结果基本一致．

增压直喷汽油机排气歧管低周疲劳的研究

为了探索某增压直喷汽油机排气歧管在交变载荷作用下的低周疲劳,首先利用AVL-Fire软件对排气歧管进行内外流场CFD分析,得到排气歧管的热边界条件;然后把热边界条件映射到有限元网格,通过有限元分析计算出排气歧管瞬变循环工况下的温度场、应力场和应变场。最后利用疲劳分析软件计算出排气歧管的疲劳寿命。结果表明,排气歧管疲劳寿命预测合理反映了在交变载荷和高温的共同作用下排气歧管低周疲劳损伤区域的寿命,验证了该预测方法的有效性和准确性。

考虑飞行器动力系统进排气效应的设计参数灵敏度分析研究

面向飞行器内外流一体化设计,基于自主研发的大规模并行化结构化网格RANS求解器以及离散伴随方程求解器,开展了考虑推进系统动力状态下进排气边界条件的变分研究,通过链式求导法则避免直接对守恒变量变分,进一步引入中间变量大幅度简化了进排气边界条件变分的难度,建立了考虑进排气效应的设计变量灵敏度高效分析方法,并通过TPS标准模型计算验证了进排气数值模拟精度,与有限差分对比验证了灵敏度计算精度,以翼上发动机气动布局进排气影响数值模拟为例,系统分析了低速、高速、定攻角、定升力状态,推进系统有无动力工况灵敏度的变化以及影响机理。

动力失效对起飞纵向气动特性影响数值研究

研究民用飞机动力失效对飞机起飞阶段纵向气动特性的影响规律及其机理,对保证飞机有效操纵和安全飞行具有重要意义。采用在点对点多块结构化网格系统上求解三维可压缩雷诺平均N-S方程的数值方法,研究发动机动力失效对某民用飞机起飞构型纵向气动特性的影响。通过DLR-F11模型验证研究方法对民用飞机高升力构型气动特性的预测能力;针对安装动力短舱的某翼吊涡扇发动机民用飞机起飞构型,通过对比其发动机在正常工况和失效时飞机气动特性的差异,得出动力失效对飞机纵向气动特性的影响规律及机理。结果表明:动力失效后,不但溢流效应会使飞机阻力系数增大;还会导致发动机进、排气特性较正常工作状态明显不同,恶化短舱附近流场,对飞机的升力、失速特性带来不利影响。

排气歧管热应力模拟计算及缸盖边界条件影响的分析

针对某型号柴油机在热冲击试验过程中排气歧管出现裂纹的问题,利用软件仿真技术进行了排气歧管的热应力模拟计算,分析了产生裂纹的原因。探讨了缸盖建模方法及缸盖设定温度对排气歧管热应力计算的影响。计算结果表明,缸盖限制了排气歧管的自由变形,在排气歧管裂纹出现部位产生较大的应力;在发动机冷热冲击试验时,排气歧管温度的变化造成热应力随之发生变化,导致排气歧管因热疲劳产生裂纹失效;采用简化的缸盖模型与完整缸盖模型所得的排气歧管热应力分布趋势一致,可用于排气歧管的热应力计算。

动力效应对民机高速抖振特性影响数值研究

民机的高速抖振通常是由机翼上激波诱导的分离所致,而发动机动力效应可能会对机翼上激波的强度带来明显影响。基于经过TPS标模及DLR-F6标模算例验证的、在多块结构化网格系统上求解雷诺平均NS方程的数值方法,结合通过定常计算结果判定抖振发生原因及起始升力系数的方法,研究发动机动力效应对某民机巡航构型高速抖振特性的影响。结果表明:动力效应给基于通气短舱设计外形的高速抖振特性带来了不利影响,使其抖振起始升力系数降低约1.3%总升力系数。

北京环线岛式车站两种排烟模式对烟气流动规律的影响

本文针对北京地铁环线的一个典型岛式车站内发生火灾时两种排烟模式下烟气的流动规律进行了数值模拟研究。通过CFD方法模拟了地铁火灾时的气流场和温度分布以及烟气浓度分布,由此分析比较了当地铁站台中部发生火灾,两种排烟模式下烟气的温度分布和扩散特性。模拟结果表明,车站风机与相邻区间风机同时排烟的模式对于火灾烟气扩散的控制效果要好一些。

车用汽油机进气流动的研究

本文通过实验和数值模拟方法对CA6102汽油机的进气流动进行研究,建立与完善了化油器边界程序,因而对多缸车用汽油机的进气流动获得了新的认识。

飞翼无人机保形进排气系统动力数值模拟与流场特性分析

利用计算流体力学(CFD)方法,分别针对保形进气道和膨胀尾喷管风洞试验模型进行数值模拟,验证了模拟进排气动力边界条件的可靠性。再基于飞翼布局无人机双发动机布局下隐身与保形设计要求,设计了矩形进气口S弯进气道和圆矩形喷口尾喷管,并利用数值模拟方法对无人机进排气系统进行了计算分析,获得了无人机全机气动性能及进排气三维流场特性。研究表明:1进排气使得飞翼无人机升阻特性有所下降,但低马赫数(0.5,0.6)下能改善无人机俯仰力矩特性;2随着马赫数增加,进气道总压恢复系数减小且畸变指数增加,而尾喷管轴向推力系数则升高,且推力性能保持较好;高马赫数(0.7)下进气道特性下降较快,设计时应多考虑飞行包线右边界;3侧滑角对于进气道性能影响较大,而尾喷管推力性能受侧滑角影响较小,设计时应多考虑进气道侧滑影响。

泵站进水池进口边界条件处理方法的研究

进水池的流态不仅与进水池结构有关,而且与进水条件有关.传统的数值模拟对泵站进水池进口边界条件垂直入流假设并不符合多机组泵站进水池的情况.整体数值模拟方法的计算区域为整体进水设施,避免了对进水池进口流态直接描述的问题,能够更加准确预测进水池内的流态.

排气过程模拟时边界问题的研究

本文对影响模拟计算精度的一些边界问题做了深入的研究．在此基础上设计了４９２Ｑ汽油机的专用模拟软件并利用该软件进行了排气岐管的优化设计．试验表明该项研究具有一定的实用价值．

水套式排气歧管流固耦合传热的研究

以某型发动机水套式排气歧管为研究对象,运用三维建模软件UG,建立了水套式排气歧管的管壁、内部烟气和冷却水的几何模型并进行组装。利用GAMBIT软件划分网格,并应用FLUENT软件模拟排气歧管的流体流动和传热以及流体与排气歧管之间的耦合传热,得出内部流场和温度场分布状况。结果表明:水套式排气歧管表面温度不超过423 K,满足安全防爆的要求。

船舶燃气轮机进气系统中过滤装置数值模型化处理方法研究

为了研究船舶燃气轮机进气系统中,过滤装置数值模型化处理方法的模拟精度及其适用性,针对一种双通道船舶燃气轮机进气系统,分别采用Fan边界和多孔介质模型方法对过滤装置(百叶窗、滤清器)的复杂结构进行处理,开展进气系统内流场特性的详细数值计算研究。结果表明:进气系统大部分总压损失源于燃烧空气滤清器产生的总压损失和竖井中的流动损失;与Fan边界相比,多孔介质模型方法能够获得更贴合实际的进气系统流场,对系统总压损失的预测更具可靠性;两种方法计算出的进气系统流动损失相差不超过10%;使用Fan边界需保证过滤装置不产生明显的整流作用,且压力损失实验数据完备,而选用多孔介质模型需要已知过滤装置阻力系数、孔隙率等物理参数。

边界条件对车用柴油机油耗、排放的影响研究

以某车用柴油机为研究对象,对其特征工况进行自定义,通过调节额定工况边界条件,基于正交试验理论,对边界条件进行划分,并对不同工况下油耗、原机排放进行了测试。试验表明,在各自定义工况下,进气负压、中冷后温度、排气背压的增加,均会引起比油耗的增加;进气负压、排气背压增加引起NOx比排放减少,中冷后温度增加引起NOx比排放增加。

边界元方法在发动机进气噪声分析中的应用

本文介绍了声边界元方法及其在汽车发动机进气系统噪声分析中的应用。通过对模型进气系统的声模态试验以及模型和实际发动机进气系统的声频率响应试验,结果表明与边界元方法预测有着良好的吻合。本文中空气入口边界采用辐射阻抗边界,优于传统的将入口边界压力当成零的软压力边界。

异常工况下双进双排气门-导管许用间隙值研究

为提高双进双排气门的使用寿命,以气门-导管间隙ΔD为特征变量,采用有限元法分析ΔD、锥面角β对气门应力特性的影响,并探讨了在异常工况下双进双排气门的许用ΔD。研究表明:当ΔD≤0.22 mm时,最大应力及第二热点应力变化较稳定,而当ΔD>0.22 mm时,其随ΔD增大而急剧增大;此外,当ΔD=0.22mm时,最大表面应力随β的增加而增大,而第二热点应力随β的增加呈现先减小后增大趋势,且β=45°时,气门第二热点应力最小。研究有助于异常工况下双进双排气门的失效分析和气门结构的优化设计。

侧风条件下的进气道地面涡气动特性分析

为了探究侧风条件下地面涡的气动特性规律,以近地面的1/30缩比进气道为研究对象,采用数值计算的方法研究了多种来流条件下环境因素对地面涡的流场特征的影响,研究发现:侧风来流时,地面涡强度受到来流速度和离地高度的综合影响:保持离地间隙为0.25,来流速度升高,地面涡强度约在25m/s时达到峰值;离地间隙越小,地面涡的整体强度越大,环量峰值也越高。从0°到90°增大进气夹角,地面涡结构由对涡变为单涡,涡量强度迅速增大。地面涡生成的关键在于进气流管与地面间的相互作用程度,来流速度越低,进气道距离地面越近,越容易生成地面涡;侧风条件下,地面涡的生成不依赖于来流边界层。

新增取水工程对水源保护区水流条件的数值模拟研究

多边界东江北干流饮用水水源保护区新增取水工程将对东江北干流水文情势产生影响,建立东江三角洲一维和工程附近局部河段二维水动力模型,并通过实际潮位数据对模型的参数进行了率定。利用该模型计算了工程前后附近河道的流速、流向和水位等水流特性变化,分析了丰水期、枯水期取水工程对河道水动力的影响范围和程度,其研究成果可为水源保护和河道管理提供参考。

发动机进排气边界条件对性能参数的影响研究

在发动机试验开发过程中,经常发生因环境条件变化导致的进气温度、压力和湿度不同的情况,同时,排气侧背压也会对排气压力有所影响,这些都会改变缸内的实际燃烧过程,从而导致发动机状态偏移。以某大缸径船用柴油机为原型,进行了单缸机试验,研究进气温度、压力、湿度和排气压力对发动机性能参数的影响。试验结果表明:进气温度、湿度和排气压力的降低以及进气压力的增大会导致进气流量增加,有利于优化燃烧过程,使油耗、烟度和排温下降,爆压和NOx比排放增加。借助试验数据,可以为发动机开发过程中的边界条件控制、修正和补偿标定提供依据,提高发动机的可靠性以及对各种进排气边界条件的适应性。

柴油机进气迟闭角调整的数值模拟

将进气迟闭角调整到最佳,可以使得在一个行程内进更多的气,在改善柴油机的进气性能的同时,提高柴油机的整体性能。通过在4110柴油机上实验,获得所需要加载的边界条件,利用CFD软件FLU-ENT建立模型,并模拟进气过程,得到进气迟闭角对充气效率的影响关系。