屋盖结构脉动风压非高斯特性分析的极限流线方法

非高斯脉动风压对围护结构及局部结构构件有较大影响,在设计中应引起足够重视。目前,非高斯风压场的分区研究主要是建立在对实验数据的统计量分析基础上,并非普遍适用,且随机性较强,区内统计特征值亦相差很大,不足以显示不同区域的非高斯程度,故须结合其形成机理加以分析。考虑到在特定风场条件下分离流动及旋涡作用范围具有时均定常的特点,利用稳态数值方法求解的极限流线和粘性流动分离理论的基本结论,结合实验结果分析了典型屋盖结构脉动风压非高斯特性的形成和分布机理。结果表明,极限流线的分布形态与实验统计的偏度及峰态值分布高度相关,可以被很好地应用于风压场非高斯特性的生成及分布机理研究。

基于极限流线数值结果的舭龙骨布置优化

舭龙骨被广泛用作各型海船的减摇装置,其安装位置对船舶阻力与减摇性能均有一定影响。通过CFD技术获得船体极限流线,通过回归模型建立船舶横摇阻尼关于舭龙骨位置参数的目标函数,并以横摇阻尼最大为目标进行舭龙骨布置的优化,最后以实际船型为例进行了舭龙骨安装位置的确定。

用摩擦力线显示飞船表面拓扑图谱

给出了从动量守恒方程出发计算三维分离流场中物面摩擦力场和基于摩擦线的物面拓扑图谱的新途径，并首次利用摩擦线得到了高超声速大攻角分离流场中飞船表面的拓扑图谱。

基于转捩模型Phase VI风力机气动特性数值计算

采用γ-Reθt转捩和SST湍流模型,从来流风速7、10、13、15、20和25m/s六个工况,分别模拟计算Phase VI风轮的转矩、叶片表面压力系数以及表面流线,并与S?rensen计算结果、风洞试验数据进行对比。转矩对比结果表明,转捩模型计算结果与试验值吻合良好,最大误差为7.8%;SST湍流模型最大误差为24.3%;S?rensen计算最大误差为33.4%,误差主要发生在叶片失速风速区域。在大部分叶片截面,转捩模型的表面压力系数结果与试验值更加吻合。从叶片表面流线看出,转捩模型可以反映出叶片表面转捩现象,而湍流模型无法体现。

三阶WNND格式的构造及在复杂流动中的应用

引入Liu的加权(weight)思想,在NND格式的二阶模板基础上,构造了空间三阶精度的WN ND格式· 通过对线性波动方程、一维Euler方程和三维Navier＿Stokes方程的数值模拟表明:WNND格式在不增加模板插值点的前提下,在对各种间断的分辨率和收敛特性等方面均优于NND格式· 采用WNND格式对升力体外形高超声速流场数值模拟表明:升力体外形三维流场结构十分复杂,攻角从0°～50°变化时,背风面表面极限流线依次由不分离、开式分离向起始于鞍、结点组合的高阶奇点的分离方式转化,翼面横向分离亦随攻角增大而增大;垂直于体轴的横截面流动拓扑结构与张涵信给出的理论分析一致,大于20°攻角后。

钝头体高超声速绕流底部失稳特征数值模拟

利用数值模拟方法对高超声速钝锥及Apollo返回舱底部尾迹流场进行了研究，分析尾迹流动的失稳过程．对钝锥模型，在M∞=6，Re=1．71×10^8（Re以球头半径为参考长度）条件下观察到了底部流动的不稳定性．不添加任何扰动，数值模拟首先得到的流动是稳定解，在底部发展出一个主分离区和一个二次分离区，流动是轴对称状态．继续进行计算，发现二次分离线率先变形，底部流场发展出非定常周期流动．对Apollo返回舱模型，在相同条件下（Re以前面圆弧半径为参考长度），数值模拟首先得到的流动同样是稳定解，出现以二次分离线率先变形为起始的结构失稳，演化出周期性过程，但持续时间较短，很快出现了非周期非对称状态．研究表明，高超声速钝锥及Apollo返回舱底部流场均存在不稳定性问题，Apollo返回舱的底部流场更加不稳定．

应用高分辨率迎风格式精确分析透平叶栅三维湍流流场

应用高收敛率、高精度和高分辨率的数值计算方法，通过求解全三维可压缩雷诺平均的Navier－Stokes方程和q－ω低雷诺数双方程湍流模型，数值模拟了VKI跨音速叶栅内的三维流场，对叶棚内的三维流动结构进行了细致的分析。计算表明，本文采用的计算方法可以精确模拟叶轮机械内部的复杂流动。

中等折转角涡轮直叶栅端壁流场结构和涡系效应的分析

应用商用软件Fine/Turbo对一中等折转角涡轮直叶栅的流场进行了数值模拟,清晰地捕捉到了叶栅端壁处叶片前缘的马蹄涡及其吸、压力面分支,对马蹄涡的吸、压力面分支的相互作用过程和通道涡的发生发展过程给出了较为清晰的描述,获得了较为详细的叶栅端壁处二次流流动结构。通过对叶栅流道中各个近似垂直于流动方向的截面上的总压分布图的分析,揭示了在上述各个截面上端壁区域流动损失产生的机理。

不同运动条件下足球气动力及流场分析

为了获得足球空气动力学特性,建立了计算模型,并利用Fluent软件分别计算了无自旋及有自旋条件下的足球绕流场.仿真结果与已有工作相比较为合理.在无自旋条件下,通过分析足球表面极限流线发现接缝使得足球表面分离线与圆球明显不同,接缝深刻地影响三维分离情况,而且还会对足球所受升力大小产生影响;在自旋条件下,足球受到的Magnus力随旋转速度变大而变大;同时还发现,足球受到阻力也会随其旋转速度变大而变大.最后,本文还以一粒定位球罚球为例考察了足球旋转对其运动轨迹的影响.

前加载和后加载叶片转捩特性的数值研究

基于Abu-Ghannam&Shaw转捩模型,定常求解雷诺平均N—S方程组,文章采用商用计算流体动力学软件NUMECA,数值研究了不同雷诺数工况下,入口湍流强度(Tu)变化对某高负荷前加载和后加载叶片转捩特性的影响,揭示了前加载和后加载叶片吸力面转捩特性的雷诺数和湍流强度效应。文章还对不同湍流强度和雷诺数工况下前加载叶片的流动情况进行分析和比较,研究了该叶片表面极限流线图谱的差异。分析表明,不同雷诺数工况下极限流线图谱存在显著差异,低雷诺数条件下二次流损失明显增大;不同湍流强度的极限流线图谱差异较小,并随湍流强度增大其吸力面下端部的分离线向前缘移动。

带控制舵机动弹头粘性绕流数值模拟

采用空间二阶精度的交替方向隐式分解的NND格式求解完全气体假定下的非定常薄层近似Navier Stokes方程 ,并采用抛物化的椭圆型方程生成复杂带翼外形的空间网格。最后给出带控制舵机动弹头在M∞ =7 3,α =2 0°下所计算的流场等值线。

机动弹头高超声速流场数值模拟及拓扑结构分析

采用空间二阶精度的交替方向隐式分解的NND格式求解完全气体假定下的非定常薄层近似Navier Stokes方程 ,并采用抛物化的椭圆型方程生成复杂带翼弹头的空间网格。最后给出带控制舵机动弹头在M∞ =7.3,α=2 0 0 下的计算结果 。

类升力体外形高超声速粘性绕流拓扑结构分析

采用交替方向隐式分解的隐式NND格式求解全N-S方程模拟“类升力体”外形在高超声速下的大攻角流动,给出了“类升力体”外形表面极限流线随攻角变化的拓扑结构及40°攻角下垂直于体轴的横截面流线拓扑结构。结果表明:类升力体外形三维流场结构十分复杂,攻角从0°～40°变化时,背风面表面极限流线依次由不分离、开式分离向起始于鞍、结点组合的高阶奇点的分离方式转化,翼面横向分离亦随攻角增大而增大;垂直于体轴的横截面流动拓扑结构与文献[2]给出的理论分析一致。

四级轴流涡轮变工况数值分析

采用FINE/Turbo软件包,对一个四级轴流空气涡轮两种转速下的不同流量工况进行了全三维数值模拟,与实验数据进行了涡轮效率、压比以及级间参数分布的比较。结果表明,计算与实验结果在各种工况下的性能符合良好。本文还对设计流量及小流量工况下透平内的流动情况进行分析和比较,研究这两种典型工况下叶片表面极限流线图谱、间隙流动特征等的差异。分析表明,在小流量工况下,与通道涡对应的分离线位置和展向尺度都与设计工况存在显著差别,动叶顶部间隙涡的再附形式以及叶片压力面极限流线图谱也发生了较大变化。

基于虚拟边界的平面流场拓扑分析

拓扑分析是了解流场结构的重要途径。鉴于传统平面流场拓扑特征提取算法的不足,本文提出了一种新的拓扑分析方法。该方法首先通过边界矢量镜像处理,建立一个带虚拟边界的扩展流场;然后针对扩展流场,按照临界点理论提取拓扑特征。最后,根据流场的实际定义域,对拓扑特征进行裁剪,得到最终的流场拓扑。由于虚拟边界的引入,本文方法能够按照封闭式分界线的检测方式,检测开放式分界线和极限环。此外,本文方法无需任何修改即可用于局部拓扑分析,局部分析结果与全局结果基本一致。测试结果表明,本文方法简化了拓扑特征提取过程,提高了拓扑分析性能。

某跨音转子设计中叶型中线分布特征研究

本文通过调整叶型中线分布设计了几种不同的跨音转子,并采用数值模拟的方法研究了其对跨音转子流场性能的影响。研究结果表明,高来流马赫数下跨音转子流场对叶型中线分布比较敏感,中线分布应尽可能保证负荷的平稳加载和预期的气流折转;跨音转子叶根区域仅在前缘附近存在局部超音区,较大的叶型折转对流场影响不大;其叶尖区域主要依靠激波增压且易诱发边界层分离,在设计中该区域的叶型折转应尽可能小,且应将叶型的折转主要集中在通道激波后的扩张段;跨音转子设计中,其最大厚度点之后的中线折转比重采用由叶根沿展向逐渐增大的分布规律可有效地降低流动分离损失;通道激波后出现的局部加速区有助于压制激波诱导的边界层分离。

高负荷跨音转子复合掠优化设计研究

采用复合掠设计的两跨音转子在中径附近的气动损失比单纯的前掠转子要明显减弱,同时其等熵效率和失速裕度比原型转子分别相对提高了1%和5%~10%。与原型转子相比,两复合掠转子由于叶尖前缘附近载荷的降低使得由该区域产生的泄漏涡强度明显减弱,同时其吸力面附面层内低能流体在叶尖后半段的堆积也有所减少。两因素使复合掠转子在叶尖区域的气动损失和堵塞效应明显降低。此外在复合掠设计的基础上对掠转子的叶型几何做进一步优化后,使新转子的总体性能和结构强度又得到明显改善,尤其是失速裕度比原型转子相对提高了18%以上。