基于延迟脱体涡算法高速列车通过隧道时的绕流特性

基于延迟脱体涡算法和滑移网格技术,建立CRH380A型列车的含有转向架的三维可压缩瞬态仿真模型,模拟研究高速列车气动力、速度场和表面压力这3大绕流特性的变化规律。结果表明:延迟脱体涡算法能较好地捕捉列车通过隧道时的气动特性;当列车头部刚驶入隧道时,气动阻力迅速升高并在车头完全进入隧道时达到最大值,列车下方2侧的速度纵向分量会急剧增加,位于靠近设备舱位置的速度纵向分量会显著降低;当尾车刚驶入隧道时,隧道内壁与列车侧面之间的流场会出现回流区;当尾车全部刚驶入隧道时,气动升力和侧向力骤然增加;当列车全部驶入隧道后,气动力的波动幅值均明显升高;列车通过隧道过程中,列车侧面压力整体上呈现先增后减、最后维持周期性波动的趋势,处于尾流区的车尾部位具有更强烈的波动特征;列车裙板和车底的表面压力整体上均呈先减后增、最后维持在较高幅值波动的趋势,对列车相关结构的疲劳强度产生不利影响。

基于延迟脱体涡模拟方法对Gurney襟翼分离流动的数值模拟

采用基于k-ωsst湍流模型的延迟脱体涡模拟DDES(Delayed-Detached Eddy Simulation)混合算法对施加Gurney襟翼的两段翼进行了数值模拟,重点讨论了DDES与非定常雷诺平均方法 URANS(Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes)对Gurney襟翼分离绕流的数值模拟能力,并与试验结果进行对比。计算结果表明DDES方法结合了URANS与大涡模拟LES(Large Eddy Simulation)的优点,在分离流场脱体涡模拟方面具有优势,在Gurney襟翼的流场研究中体现出更强的模拟能力。

翼型前缘分离流动在等离子体激励器控制下的响应

将等离子体对中性气体的作用模型化为彻体力矢量,采用DES(Detached Eddy Simulation)和DDES(Delayed-Detached Eddy Simulation)方法,求解带彻体力源项的Navier-Stokes方程,研究NACA0015翼型16°迎角下,前缘分离流动在等离子体激励器控制下的响应过程.激励器工作后,DDES计算结果显示,分离流动经历一个渐近的再附过程;DES计算因发生网格诱导分离,得到了非定常的响应过程.

典型光学窗口流场的气动光学效应数值模拟

采用延迟脱体涡模拟方法计算共形光学窗口转塔和平面光学窗口转塔的绕流流场,并根据绕流流场定量分析在转角0°、90°和180°下两种光学窗口的气动光学效应和远场衍射结果。采用Zernike多项式拟合波前,并结合自适应光学分析两种光学窗口所发射光线的传输性能。结果表明:在无自适应光学矫正下,平面光学窗口在0°和180°转角下的光线传输性能优于共形光学窗口,90°则相反;在自适应光学矫正平移、倾斜、离焦和像散等低阶项时,共形光学窗口在90°和180°转角下其光线传输性能都优于平面光学窗口;而在0°转角下,两种光学窗口的光线传输性能相近。随着转角的增大,两种光学窗口气动光学效应中的高阶项不断减小。值得注意的是,近场畸变的光线在远场衍射后的光强峰值可能会大于未畸变光线远场衍射的光强,且其光强峰值位置会严重偏移。

使用RANS/LES混合方法对钝前缘三角翼进行数值模拟(英文)

阐述了建立在一方程湍流模型基础上的分离涡模型(DES)和延迟脱体涡模型(DDES),它们很好地模拟了壁面附近的小尺度流动。该方法在大攻角分离流区域,使用了亚格子应力的Smagorinsky大涡数值模拟,模拟亚音速旋涡流动。使用大攻角下的钝前缘65°大后掠三角翼模型,研究了CFD对涡的发展、破裂以及复杂涡的发展和演变的模拟能力。研究结果说明了方法对模拟分离流动是可行的。

SST-DDES模型在大分离流动问题中的应用

采用基于SST k-ω湍流模型耦合延迟脱体涡模拟技术(Delayed detached-eddy simulation,DDES)的SSTDDES模型,数值求解Navier-Stokes方程。并针对低速流动问题,发展了基于隐式双时间步方法的低速预处理技术,用于数值模拟低速、高雷诺数湍流大分离流动问题。数值模拟了低速大迎角三角翼绕流及大迎角6∶1椭球绕流,观察到与物理现象相一致的旋涡特征,且得到的定量数值结果与实验数据相吻合。

定常吹气对倾转旋翼机向下载荷的影响

为进一步提高倾转旋翼机悬停状态下的有效载重,开展了定常吹气流动控制对向下载荷的影响研究。首先应用延迟脱体涡模拟(DDES)方法对翼型-90°迎角下非定常大范围分离流动结构进行了数值分析;然后分别开展了前缘吹气、后缘吹气降载措施研究,揭示了吹气降载的机理,并对不同吹气口位置和吹气动量系数的影响进行了定量分析,最后开展了前、后缘同时吹气作用下降载数值模拟研究。计算结果表明:前缘最佳吹气位置在翼型的前缘点,而后缘吹气最佳位置位于襟翼弦长的15%处;前缘吹气的降载效果要优于后缘吹气,而且吹气动量系数对向下载荷的影响较小;相对于初始未施加流动控制构型,阻力系数减小量可达到32.72%。

小展弦比飞翼标模非定常流动及自由摇滚特性

小展弦比飞翼布局是中国新型战斗机布局的选择之一,其动态特性尤为重要。针对小展弦比飞翼标模在较大攻角下出现的非定常流动与自由摇滚现象,采用延迟脱体涡模拟(DDES)方法以及动力学模态分解(DMD)方法研究了飞翼标模在Ma=0.6下的非定常流动特性、脉动压力特性、自由摇滚特性,分析运动失稳机理,探索失稳运动控制方法。研究表明:飞翼标模大攻角下非定常流动特性主要体现为,头部发展的集中涡、涡破裂、螺旋波流动结构,其中旋涡破裂点以St=0.12~0.23的频率沿涡轴振荡,螺旋波频率在St=1.16~2.33范围内。数值模拟获得的飞翼标模自由摇滚特征与风洞试验吻合较好,摇滚运动出现在俯仰角24.5°~26°,滚转角平衡位置为28°。对摇滚机理的研究发现,背风侧的集中涡流动与迎风侧的分离流动相互“博弈”是摇滚运动发生与维持的物理机制。上扰流板打开30°时,对自由摇滚运动控制效果不明显,外侧副翼向下打开30°时,自由摇滚现象能够得到较好的抑制。

吊窗尾迹流动非稳态气动光学效应研究

采用改进的延迟脱体涡仿真(IDDES)方法、双时间步LU-SGS方法、本征正交分解(POD)方法开展数值仿真,并分析吊窗的尾迹流动气动光学效应的非稳态特性。仿真流线与油流实验在总体上可比性较好,但二者的吊窗尾迹区流场结构存在一定差异。吊窗流动易分离,K-H不稳定波会使分离剪切层失稳并产生脱落涡街,涡街与颈项涡相互作用,在吊窗尾迹区产生复杂的非稳态流动。吊窗尾迹流动气动光学效应以稳态相差为主,占比达70%,稳态相差会弱化气动光学效应的非稳态特性;波前以低阶模态为主,阶数越高,模态包含越多小尺度结构。根据标度律,在海拔为10 km与吊窗直径为2 m条件下,方均根光程差的时均值约为0.48λ,气动光学效应将得到进一步加强,这会对高能激光武器(ABL)性能带来不利影响。

短舱对螺旋桨滑流影响的IDDES数值模拟

基于非结构重叠网格技术,对短舱与螺旋桨滑流间的相互作用进行了非定常数值模拟研究。为了更好地捕捉螺旋桨尾涡的细节信息,计算采用基于Spalart-Allmaras模型的改进延迟脱体涡模拟(IDDES)方法,并在非定常计算过程中运用网格自适应技术以提高流场特征的空间分辨率。研究结果表明:IDDES方法获得的拉力系数计算值与实验值吻合良好,短舱的存在会增大螺旋桨的拉力系数;短舱对螺旋桨桨毂涡的结构影响较大,但对桨尖涡的螺旋结构影响较小;对单独螺旋桨算例来说,桨尖涡与桨毂涡的失稳发展过程都具有周期性,且在有/无短舱情况下桨尖涡的失稳位置相同,失稳后桨尖涡之间配对融合过程一致,从而说明桨毂涡对桨尖涡的失稳没有影响。

DDES方法在复杂旋翼流场计算中的应用

应用延迟脱体涡模拟(DDES)方法,进行了复杂分离流动旋翼流场的数值模拟研究。为控制计算规模,更好地模拟旋翼桨叶近壁面附近区域流动分离及远场尾迹发展,采用了贴体与背景自适应直角网格嵌套的网格系统;同时为提高计算速度,采用了基于分布式存储的数据并行模式,实现了贡献单元搜索、洞切割和流场计算的并行化。计算工作包含一个共轴双旋翼悬停和单旋翼下降状态,目的是分别讨论DDES方法在旋翼表面附近空间区域是否存在大范围分离时计算结果与雷诺平均Navier-Stokes结果之间的差异。计算表明,对于下降状态,DDES方法预测出了更强的尾迹区分离流动;对于桨叶表面基本为附着流动的双旋翼中等桨距角情况,两种方法预测的流场结构相似,仅在下旋翼桨叶气动力和旋翼桨根下方空间区域的诱导速度计算结果上存在微细差异。