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。

基于机器学习的非定常流场网格自适应

现有针对非定常流场数值模拟的网格自适应方法,通常每隔一段时间步就进行一次网格调整,增加了计算复杂度和精度损失。针对这一问题,本文基于间断伽辽金(discontinuity Galerkin,DG)有限元法提出了结合BPNN(backpropagation neural network)和MMPDE(moving mesh partial differential equation)的非定常流场网格自适应方法。该方法首先采用DG有限元法对Navier-Stokes方程进行非定常计算,得到统计意义上的网格间断量;然后以初始网格和间断量训练BPNN回归模型,用于预测任意位置节点的间断量;接着使用MMPDE变分法移动网格节点,使其符合统计意义的间断量分布;最终通过Laplacian网格平滑法保证网格单元质量。圆柱绕流非定常流场算例的验证结果表明,该方法能够在不改变网格拓扑结构和不增加节点数的情况下完成一次性网格自适应,显著提高了非定常流场数值计算的精度和效率。

基于深度学习和影响函数法的机翼非定常流场预测

为兼顾非定常流场求解的精度与速度,基于深度学习和影响函数法,提出了一种机翼非定常流场特性预测方法,将影响函数嵌入深度学习网络的训练过程中,并引入早停机制和Dropout机制,实现了机翼流场参数的快速预测。结果表明,该方法具有较高的预测精度并且其计算效率较CFD方法有大幅提高。

基于网格的图神经网络非定常流场预测

非定常流场的高维非线性动力学特征使快速准确预测流体运动规律成为计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)研究的难点。针对CFD求解首先需要划分网格将求解区域离散化,采用基于网格数据的图神经网络来捕捉非定常流的时空特征,能适应网格的离散化并模拟非定常流体的流动过程,实现流场变量的快速预测。文中输入自适应网格和初始流场变量数据,通过训练后的模型就能快速准确预测未来时刻的流场变量,同时自适应网格可兼顾预测精度和效率,与图神经网络有较好的适配性。结果表明,采用图神经网络预测的流场数据与CFD数值计算的流场数据具有较好的一致性,并能明显缩短计算时间,为流场变量的预测提供了一种新的解决方案。

隔舌间隙对双吸离心泵内部非定常流场的影响

为了研究隔舌间隙对双吸离心泵内部非定常流场的影响,采用大涡模拟方法和滑移网格技术,对双吸离心泵在设计工况下的内部湍流进行了数值计算,重点分析了5组隔舌间隙下泵内非定常流场特性及压力脉动特性。结果表明:随隔舌间隙增大,水泵扬程整体呈上升趋势,效率则整体呈下降趋势;蜗壳内压力脉动频率以叶片通过频率为主,主频和压力脉动幅值均随隔舌间隙的增大呈减小趋势,隔舌间隙增加4%时,隔舌位置1倍叶片通过频率处的脉动幅值降低9%左右;叶片区压力脉动频率以叶轮转频为主,最大压力脉动幅值均出现在2倍叶轮转频处,当隔舌间隙比设计隔舌间隙减小4%时,叶片正面中心位置2倍叶轮转频处压力脉动幅值增加约38%。

基于非定常流场的离心风机气动噪声分析

提出了一种不直接求解声场却能为离心风机降噪提供有用信息的分析方法.首先,利用有限容积法对风机内部的非定常流场进行计算.然后,采用时域和频域分析方法对流场内静压脉动的强度和频率进行分析.最后,根据声学基本理论,判定风机内部主要气动噪声源的位置及噪声类型.应用该方法对某离心风机进行了计算,并将分析计算结果与该风机的噪声测量结果进行了对比,证明该方法能够有效地判断气动噪声源的位置和噪声类型.

混流式核主泵非定常流场的压力脉动特性分析

为研究核主泵内部流场压力脉动情况,采用大涡模拟方法对模型泵内部流场进行了三维非定常数值模拟,通过设置监测点,得到了不同位置处的压力脉动结果,并进行了频域分析.结果表明:核主泵模型泵内最大压力脉动发生在叶轮出口处,从叶轮进口到导叶出口,压力脉动先增大后减小,压力脉动频率主要受叶轮转频控制;在球壳内部压力脉动沿着球壳半径方向逐渐减小,且压力脉动频率与叶轮转频有关.

高比转数混流泵非定常流场压力脉动特性

为了研究高比转数混流泵内部流场的压力脉动情况,采用大涡模拟方法对泵内三维非定常湍流场进行数值模拟,通过对监测点数据的分析得到了叶轮进口、叶轮出口、导叶中间和导叶出口4个截面的压力脉动的时域和频域情况,探讨了产生压力脉动的主要决定因素,同时也对不同流量下的压力脉动情况进行了对比.研究表明:这4个截面的压力脉动幅值从轮毂到轮缘均逐渐增大;叶轮进口截面压力脉动时域图规律性不明显,叶轮出口截面时域图在整个周期内呈现4个小周期,叶轮转动频率控制着叶轮进出口的压力脉动,且其影响随着流体远离叶轮而逐渐减弱;在导叶中间截面和导叶出口截面,叶轮对流体压力脉动的影响逐渐减小,压力脉动以低频振动为主,脉动幅值也大为减小;在不同流量下的压力脉动表现为小流量下幅值较大以及流量对主要频率影响较小,大流量工况下压力脉动情况要优于小流量工况.

非定常流场降阶模型及其应用研究进展与展望

非定常流场模型降阶技术的出现,为CFD/CSD耦合数值模拟方法在工程设计中的广泛应用提供了新机遇.在对非线性系统模型降阶理论与方法进行概述的基础上,全面系统地介绍了非定常流场降阶模型的国内外研究进展.按基于系统辨识的降阶模型和基于流场特征结构的降阶模型两大类进行评述,比较了各种降阶模型的优缺点并指出了进一步改进的思路.最后对非定常流场降阶模型的发展趋势和应用前景进行了展望,并指出自适应鲁棒降阶模型是下一代模型降阶技术的发展方向.

汽车后视镜区域非定常流场与气动噪声研究

以表达汽车A柱与侧窗形状特征的楔形体为基础,安装某轻型客车的后视镜,建立能够表达汽车后视镜区域流动特点的几何模型。采用计算流体力学软件Star-CD和稳态那维尔—斯托克斯方法,获得此几何模型的后视镜区域流场特性和气动噪声源项的基本信息,进而采用子域数值模拟方法,获得非定常流动特性和侧窗区域监控点的气动噪声声压级。在风洞试验中采用表面丝带法进行流场可视化,并采用激光粒子测速技术测量后视镜尾流场,验证了流场数值模拟的正确性。在风洞中测量侧窗区域监测点的气动噪声声压级,评估计算流体力学方法对气动噪声的预测能力。与风洞试验对比表明,子域数值模拟方法在保证计算精度的前提下降低了气动噪声数值模拟的计算量,为在汽车开发早期阶段预测气动噪声提供了可行的途径。

对旋轴流风机非定常流场数值模拟

利用全隐格式的非稳态压力修正求解方法 ,分析和研究了对旋叶轮级间流场非定常流动情况 ,上游尾迹与下游叶片位势作用对流场的影响 ,并与动态实验结果进行了有益的对比 .结果表明 :非定常流场的计算更能反映叶轮机实际运行性能 ,如果能很好地组织对旋叶轮的非定常流动 ,还可以进一步提高其压比和效率 .

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。

旋翼/机身干扰非定常流场数值模拟(英文)

基于非结构动态嵌套网格方法对直升机旋翼/机身干扰非定常流场进行了三维Euler方程数值模拟。嵌套网格系统由包含旋翼的运动区网格和包含机身的静止区网格组成,两区网格均来自于同一套初始的整体非结构网格,人工边界以及初始的插值贡献单元对应关系在网格分区时同时确定。在非定常计算中两区网格始终存在一定的重叠区域,无需重新建立人工边界。高效的贡献单元搜索算法可以根据初始的插值贡献单元对应关系很快更新每一个真实时间步上的贡献单元对应关系。为了准确计入旋翼桨叶的挥舞和变距变形,在运动区网格中引入线性弹簧方法。采用非定常Euler方程和双时间推进方法模拟了美国佐治亚理工学院旋翼/机身干扰实验外形非定常流场,计算结果与实验值以及文献的计算值相吻合。

基于动态非结构重叠网格法的直升机前飞非定常流场数值模拟研究

发展了非结构重叠网格技术,提出适合于直升机旋翼运动的动态非结构重叠网格算法,该算法使得在采用非结构重叠网格模拟直升机流场时实现程序自动处理网格,不需任何人工干预。流动控制方程采用非定常可压缩Euler方程,空间离散采用Jameson有限体积法,时间推进采用双时间步长法,为加速收敛,在双时间步长内循环迭代中采用预处理技术。为验证本发展的预处理解算器以及动态非结构重叠网格的算法的可信性和有效性,开展一系列的数值实验,模拟了不同速度范围的NACA0012翼型绕流,Caradonna旋翼悬停和前飞流场以及Robin直升机机身-旋翼组合的前飞非定常流场,结果表明采用本文算法得到的结果是可信的,网格处理是自动高效的,可以应用于直升机全机流场模拟,为直升机设计提供可信指导数据。

双重时间步方法在非定常流场模拟中的应用

在非定常流动的数值模拟中引入隐式双重时间步方法 ,并对 2种经典的非定常流动现象进行计算 ,取得令人满意的结果 ,证明双重时间步方法具有较好的精度和较快的收敛速度。应用此方法对压气机动静叶非定常流场进行研究 ,结果表明高损失区集中在边界层附近及尾迹区 ;上游叶片排尾迹对下游叶片通道流动影响很大 ,它增加边界层损失 ,并在通道中与主流发生强烈掺混 ,最终使得出口流场及损失分布较为均匀。

基于网格速度法的非定常流场模拟和动导数计算

基于网格速度法的思想,将迎角的突变和俯仰角速率的突变叠加起来,发展了一套在固定网格上模拟飞行器俯仰振荡非定常流场的方法,该方法不需要实时更新网格,减少了计算时间和所需内存,避免了负体积的出现。首先计算了NACA 0006的阵风响应和NACA 0012翼型的俯仰振荡,所得结果与实验值和动网格方法符合较好,这表明该方法能够准确模拟此类非定常问题;最后将该方法应用于国外动导数计算标模Basic Finner Missile(BFM)俯仰振荡运动的数值模拟,并计算了其在马赫数1.58～2.5的静、动稳定性导数,计算结果与风洞实验值基本吻合,体现了该方法的正确性。

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。

用运动嵌套网格方法数值模拟旋翼前飞非定常流场

通过求解Euler方程数值模拟了直升机旋翼前飞非定常流场。为了模拟包括旋转、周期性变距和周期性挥舞的非定常运动 ,本文采用了一种能够快速完成重叠网格间流场信息交换的运动嵌套网格方法。空间采用中心平均的有限体积法进行离散 ,时间方向采用双时间法隐式推进求解。为了验证方法的正确性 ,数值模拟了悬停流场 ,数值结果和实验值吻合很好。尽管前飞状态的计算没有实验验证 。

带有横喷控制的导弹非定常流场数值模拟

从包含多种组分的N S方程出发 ,采用NND2M差分格式 ,对带有脉冲发动机作为横向喷流控制系统、X型尾翼布局、飞行马赫数M∞ =6 .0、攻角α∈ [- 10°,10°]的导弹外流场进行数值模拟 ,研究了发动机非定常工作过程对导弹气动力动态特性的影响 ;计算表明喷口位于背风区时喷流影响较小 ,喷口位于迎风面时气动力变化较大 。

带侧向喷流的导弹非定常流场模拟

采用3阶WENO方法计算了大气层内带有侧向喷流的超音速导弹非定常绕流流场。计算显示了在6km高度、Ma=2的条件下喷流放大因子小于1。在最初的1ms内，喷流放大因子急剧变化，形成一个大于1的峰值，在随后的3～4ms内流场趋于稳定。喷流引起的压心变化在前2ms相对质心前移，随后又向后移动到接近质心的位置并趋于稳定。由压强分布得到，喷流启动4～5ms后，流场基本稳定。