真空吸入式风洞三维非定常流场时空特性

为了给真空吸入式风洞的气动优化设计提供参考,应用空气动力学知识和风洞理论,基于Fluent仿真平台,采用计算流体力学(CFD)有限元体积法求解雷诺时均方程(RANS),研究三维非定常流场的时空特性及其演化规律。通过建立收缩段和真空罐的数学模型,确定其特征参数;应用空气动力学知识,抽象流体的边界条件,构建全尺寸三维流体计算域;采用流体力学数值模拟方法,利用试验验证算法的置信度,并进行数值模拟。结果表明,当真空罐容积为2000 m^(3),真空度为3 kPa时可以较好地模拟悬挂发射装置在空中挂飞和投放瞬间的气动载荷。在试验段流场的核心区,其流场品质较好,可以提供0.80 Ma且至少1 s的稳定流场,满足0.40~0.80 Ma且维持至少500 ms稳定流场的设计要求。该研究结论可以为真空吸入式风洞的设计提供理论基础。

高速泵内三维非定常动静干扰流动计算

利用三维Navier-Stokes方程和RNG湍流模型,并在转动部件与静止部件间采用滑移网格技术建立交互界面,对高速泵内多级动静干扰引起的三维非定常湍流进行了计算,得到了旋转叶轮与固定导叶间的流体的紊流特征。

混流式水轮机三维非定常流分离涡模型的精细模拟

数值模拟已成为当前研究混流式水轮机内部流场及其复杂流动机制的重要工具。基于不可压缩流体瞬态N-S方程对混流式水轮机内部三维非定常流进行精细模拟分析,以标准k-ε模型对水轮机进行全流道定常计算的结果作为初始流场,应用较新的分离涡模型(detached eddy simulation,DES)和滑移网格技术进行了水轮机动静干扰的非定常湍流数值模拟,得到了偏工况下活动导叶出口及转轮叶道内涡量场及速度场分布特性。模拟了大尺度涡旋结构的卷起、发展等瞬态演化过程,结果表明DES方法可以更加全面真实地模拟水轮机内部的流动情况,捕捉到水力机械中复杂流道内的三维动态涡结构。该研究对于探讨影响水力发电机组出力摆动的水轮机涡激振动的内在机制、确保机组的安全稳定运行具有一定的参考意义。

风扇进气畸变三维非定常数值模拟技术研究

采用三维欧拉方程加体积力模型的方法,发展了一套三维非定常进气畸变数值模拟程序,以实现风扇/压气机在进气畸变条件下的全环面三维非定常数值模拟.利用该程序模拟计算了某航空发动机风扇进口稳态总压畸变条件下特性和流场结构,并与试验结果进行了对比,结果表明该程序用较小的计算机资源即可以实现对风扇全环面三维非定场畸变流场的模拟,能够以较高的精度预估气流畸变对压气机/风扇特性的影响.

迷宫气封三维非定常流场及转子动特性数值仿真

通过计算流体力学方法,采用近似的解析变换网格,以及混合有限分析格式,对迷宫气封流场进行三维非定常数值求解,进而求得密封气流对转子的气流激振力,获得转子的动特性系数。将计算结果与试验结果以及双控制体计算结果相比较,结果令人满意,说明了该计算程序是正确可靠的。该方法精度较高,适用范围广,可以应用于各种复杂的涡动情况及各种齿型,对气封转子的深入研究有重要意义。计算结果还显示了主刚度、主阻尼对气流进口周向速度不敏感,而交叉刚度对气流进口周向速度非常敏感。由于交叉刚度对转子的稳定性影响相当大,这一点是值得注意和利用的。

垂直轴风机三维非定常流场与性能的数值模拟

应用Fluent软件求解三维非定常不可压N-S方程和RNG k-ε湍流模型,采用Simple算法,结合滑动网格技术,对垂直轴风机的三维非定常流场特性进行数值模拟研究,获得并分析不同时刻计算区域的速度场、压力场分布以及叶片上的压力分布与风轮的转矩的变化规律。研究结果表明:模型计算区域内的速度分布、流场静压、叶片表面压力分布均呈良好周期性;垂直轴风机风轮叶片周围速度梯度明显,风轮叶片在不同迎角上的作用机理不同,每个周期内垂直轴风机的总转矩曲线上升段较下降段平缓;垂直轴风机三维非定常流场的模拟结果能有效反映风机旋转过程的流场、叶片压力和转矩变化状况。

对旋式轴流泵全流道三维非定常紊流场的数值模拟

基于非定常不可压牛顿流体的控制方程和标准e-k紊流模型,应用SIMPLEC算法,数值模拟了对旋式轴流泵联立全流道在一个完整的转动周期内的三维紊流流场。通过给出全流道中间周向截面的压力与速度等值线图,以及中间干涉面的压力等值线及分布云图,直观地显示了一个转动周期内前置叶轮、后置叶轮及全流道的流场特性变化和干涉情况,表明联立全流道非定常三维紊流场的数值模拟方法是人们认识对旋流场流动与干涉机理经济实用的理论手段。

混流式水轮机全流道三维非定常流场数值模拟

基于三维时均N—S方程和RNGk—ε双方程湍流模型,采用滑移网格模型进行了混流式水轮机全流道动静干扰的三维非定常湍流计算,捕捉了水轮机各过流部件内复杂湍流场分布和尾水管内涡旋结构等流动信息随时间的变化情况。计算结果表明,水轮机中的水流处于复杂的湍流运动状态,随时间推移变化剧烈,计算结果更接近实际流场分布。

混流式水轮机全流道三维非定常湍流场的动态大涡模拟

基于大涡模拟动态亚格子湍流模型和三维时均N-S方程,应用非结构网格的滑移网格技术,进行了混流式水轮机全流道动静干扰的三维非定常湍流计算。捕捉到了水轮机各过流部件内的流场随时间的变化情况。计算结果表明水轮机中的水流处于复杂的湍流运动状态,随着时间的推移,水轮机内部湍流运动变化剧烈,得到的计算结果更接近实际流场的分布。

三维非定常分区覆盖网格分支管路数值模拟

为了研究复杂气动系统中分支管路的分流特性 ,以三通分支为研究对象 ,将计算区域分成两个圆柱形区域 ,应用一般插值方法计算分区内边界的耦合条件 ,给出各分区外边界条件的处理方法 .推导出无振荡中心差分的TVD计算格式 ,采用分区覆盖网格方法建立三维非定常有限体积数值计算模型 .计算结果与试验数据对比表明 :所应用的计算方法可以很好地模拟三通的内部流场 。

三维非定常工业厂房自然对流问题的数值研究

对于纯自然对流问题,采用CFD技术进行仿真计算时,由于网格划分不理想、边界条件设置不合理、离散格式选择不妥、松弛因子调整不当等原因,导致较难得到收敛解,这是一直困扰研究者的问题。本文基于三维非定常模型和考虑浮升力影响的Boussinesq假设,运用CFD仿真技术模拟了有热源的厂房在自然通风条件下的气流组织情况,得到了厂房内的压力、速度、温度分布,并且依据模拟结果分析了自然对流对厂房内热湿环境的影响。结果表明,热源特征尺度越大,冷热壁面温差△T越大,则Gr数、Ra数也越大,热驱动流动的力度也越强。

弹体穿越平面激波三维非定常流场的数值模拟

用数值方法求解三维非定常可压缩Navier Stokes方程,计算了复杂弹体在相同马赫数、不同迎角下的流场和气动力特征,计算结果与实验结果吻合,证明本文采用的方法能够准确计算此类复杂流场;然后采用该方法模拟了弹体穿越正激波的非定常过程,得到了弹体周围流场及气动力特征随穿越过程的非定常变化,阻力特征穿越后急剧下降。

贯流式水轮机三维非定常流DES数值模拟

以某水电站为研究对象,建立包含贯流式水轮机的全流道数值模型,基于不可压缩瞬态N-S方程,进行了三维非定常流研究。将全流道定常计算的结果作为初始流场,应用分离涡模型(DES)和滑移网格技术,进行了水轮机动静干扰的非定常湍流数值模拟,得到了全流场的瞬时压力分布和湍动粘度分布,转轮室进出口处的瞬时涡量分布,捕捉到水轮机转轮室进出口处复杂的三维动态涡结构。研究工作对于探讨水轮机涡激振动形成的机理具有一定的参考意义。

基于拉格朗日方法的通气云状空泡三维非定常脱落特性研究

采用均相流模型并结合FBM湍流模型,对绕轴对称回转体通气云状空泡流动特性进行了三维数值模拟,基于实验结果对数值方法进行验证,同时利用基于拉格朗日体系的有限时间李雅普诺夫指数(FTLE)、拉格朗日拟序结构(LCS)和粒子追踪方法分析了其三维非定常脱落特性。研究结果表明:纵截面上空泡覆盖区域的拉格朗日拟序结构整体呈椭球状分布,内部为不规律的复杂拟序结构;不同横截面上拟序结构分布存在很大差异。空泡内部的非对称流动结构和周向流动导致空泡呈现很强的三维运动特性。反向射流在周向上推进的不同步性,是造成空泡呈现不规则断裂和大尺度U型空泡团脱落的主要原因。

高速泵内三维非定常湍流激振计算

针对某一高速泵系统的诱导轮叶片在实际运行时出现裂纹断裂现象,利用三维Navier-Stokes方程和RNG湍流模型,并在转动部件与静止部件间采用滑移网格技术建立交互界面,对高速泵内多级动静干扰引起的三维非定常湍流进行了计算,得到了诱导轮内部流体压力脉动的主要特征。计算结果表明,诱导轮全流道内流体压力脉动的频率成分一致,在某一转速范围内出现与叶片固有频率接近的频率成分,它是造成诱导轮叶片出现裂纹的主要原因。说明利用滑移网格技术及RNG湍流模型,可以模拟三维非定常湍流的激振问题。

旋转总压畸变对压气机稳定性影响的三维非定常模型

基于三维非定常激盘模型,发展了一个可用于预测压气机动态失速特性及旋转总压畸变对压气机气动稳定性影响的三维非定常计算模型,并利用该模型计算分析了旋转总压畸变的幅值和旋转频率变化对一台双级低速轴流压气机性能和气动稳定性的影响.计算结果表明,旋转总压畸变的幅值和旋转频率对压气机的性能、动态失速过程特性和失速边界有强烈的影响;对应系统稳定裕度损失最大值的"危险"响应频率和旋转失速的传播频率比较接近;旋转总压畸变不会影响压气机失速始发的位置,始终是叶尖区域首先进入旋转失速.计算结果与现有试验数据的对比表明该模型比较可靠.

三维定常问题的高阶紧致差分格式向非定常问题的推广

将已经建立的求解三维定常对流扩散方程的高阶紧致差分格式直接推广到三维非定常对流扩散方程的数值求解,时间导数项利用二阶向后欧拉差分公式,所得到的高阶隐式紧致差分格式时间为二阶精度,空间为四阶精度,并且是无条件稳定的。数值实验结果验证了本文方法的精确性和稳健性。

非均匀栅距对压缩机叶片非定常气动力影响的三维数值研究

对非均匀栅距叶片排的轴流压缩机进行了三维数值模拟研究,着重探讨了动静相干对压缩机动叶表面非定常气动力的影响。结果表明:不同非均匀栅柜分布结构组合构成的新型"时序效应"有助于降低动叶所受到的非定常激振力。此外,通过频谱分析发现,非均匀栅距结构将动叶在单一频率下的较大激振力分散到几个频率处,从而降低了单一频率下的激振力。

三维机翼非定常数值模拟

本文研究了三维非定常Euler方程的显式有限体积解法，并编制了相应的计算程序。在程序中，网格生成部分采用的是代数方法生成贴体网格，再用求解椭圆型方程的方法对网格进行优化；在计算部分采用二步Lax-Wendroff格式的一种变体进行迭代，它具有二阶时间精度，并在预估步和修正步采用同样的处理过程，避免了对中间点的定义，使程序简洁有效率。全部计算结果均与有关实验和其它资料进行了比较。

单级轴流大小叶片压气机非定常流场数值研究

通过数值模拟方法对单级轴流大小叶片压气机与常规叶栅压气机的非定常压力场进行分析与对比,结果表明:由于小叶片的分隔效应,使得转子通道的非定常压力和单叶片非定常负荷脉动大大增强,并促进了压力波向上游的传播;但转、静子单元的整体扭矩和轴向力脉动降低;绝对坐标系下转子入口处的压力波动是转子势扰动、动静干扰产生的压力波和此波在周向的不均匀性的综合作用,不同的入口周向位置,压力波的幅值相位存在较大差别,小叶片的存在强化了这种差别。