三维空间大气紊流场生成与扩展方法

为了提高飞机穿越大气紊流场时的实时飞行仿真逼真度,提出了三维空间大气紊流场的生成与扩展方法。采用Von Karman模型,在频域空间直接进行蒙特卡罗法随机抽样,经三维傅立叶逆变换得到三维空间大气紊流场。基于傅立叶变换的复共轭对称特性,生成实的紊流场。在飞行仿真过程中,对预先生成的无因次紊流场进行有因次化,保证紊流场尺度和强度随飞行高度动态变化。运用基于对称扩展的紊流场扩展方法,保证生成的局部空间紊流场有效扩展为大范围连续紊流场。仿真结果表明:生成的三维紊流场在对称扩展前、后均符合Von Karman模型,且与基于紊流场相关函数矩阵的生成方法相比,新算法计算速度快,存储空间需求少,更适于实时飞行仿真。

旋风分离器内三维紊流场的数值模拟

用数值模拟方法计算了一种单蜗入口旋风分离器内的紊流过程。对紊流的处理分别采用了标准的κ-ε二方程模型和Reynolds应力输运模型。与实测速度分布对比结果表明:Reynolds应力模型计算结果与实测值吻合较好,κ-ε二方程模型计算结果与实测值吻合较差,可以将Reynolds应力模型作为研究旋风分离器分离性能、能量损耗的工具。这主要由于旋风分离器内部的流动是三维强旋流,而在κ-ε二方程模型中作了紊流各向同性的假设。因此,适当选用紊流模型后,数值模拟方法对强旋流或大曲率流动可以给出令人满意的结果。

基于空间相关函数的二维紊流场数值生成法

大气紊流是复杂的扰动形式，影响飞行品质、飞行安全。对于复杂的飞行任务，有必要生成二维紊流场模型，从而更准确地反映扰动情况。传统方法是以时间频谱为基础，利用谱分解定理得到所需的成形滤波器结构，进而生成紊流递归模型。这种方法需要经过对模型进行简化，以便利用谱分解定理，使仿真模型的统计特性受到影响；另外，从理论上讲，传统方法只能生成一维大气紊流递归模型。本文直接从空间相关函数入手，提出建立离散自递归模型的新方法。

轴流式水轮机转轮内三维紊流场预测

转轮是水轮机中影响机组特性的一个重要部件．研究水轮机转轮内三维素流场的流动特性对于提高水轮机组的特性及效率具有重要的意义．本文基于N-S方程和标准的κ-ε紊流模型，采用SIMPLEC算法，数值模拟了轴流式水轮机转轮内的三维紊流场，同时讨论了其收效性和准确性．轴流式水轮机转轮内的三维紊流场数值模拟结果有助于提高轴流式水轮机的水力设计、性能分析和优化设计的水平．

用于飞行仿真的二维紊流场的数字生成法

在飞行仿真的某些特殊情况(例如编队飞行、空中加油情况)下有必要生成二维紊流场,其中的紊流速度是两个坐标(例如沿飞行方向的x和沿翼展方向的y)的随机函数。在已有的一维紊流场生成技术的基础上,本文提出了一种简易而有效的生成二维紊流场,即在矩形网络上生成紊流速度序列的方法。经抽样检验,这样生成的紊流场的相关函数基本上符合紊流模型的相关特性,因而证实了该方法的可行性。还讨论了在飞行仿真中二维紊流生成器的两种运行方式——在线式和离线式。

直喷式柴油机气缸内空气流动能量转换及紊流场变化规律的研究

在直喷式柴油机气缸及燃烧室中用热线风速仪研究了紊流场的发展变化规律。结果表明:在压缩行程的初期和中期,缸内的流场可近似当做均匀各向同性紊流场;在循环的大部分时间内,缸内和燃烧室中的紊流场则是非均匀、各向异性的。通过对压缩过程中缸内空气流动能量的转换分析,导出了估算压缩终了燃烧室内涡流转速的公式,计算结果与实验结果基本相符,并指出了燃烧室中涡流和紊流强度增强的原因及影响因素。

粒子相的分类及对紊流场的作用

本文提出了两相流中粒子相颗粒粗、细和含量浓、稀的分类标准，并从两相流紊流基本方程出发，分析了粒子相对紊流场的作用。

柴油机压缩过程紊流场规律的研究(英文)

在直喷式柴油机气缸和燃烧室中利用热线风速仪研究了紊流场的发展变化规律;在两种不同压缩间隙情况下对压缩过程中紊流场进行测量的结果表明,只有在压缩过程的初期及中期,紊流场才可以近似地当做均匀各向同性紊流场,而在循环的其它时间内,气缸和燃烧室内的紊流场属于非均匀各向异性的;通过对气缸和燃烧室中空气运动的力、能转换的分析,导出了上止点附近燃烧室内涡流转速的估算公式,利用该公式得到的结果与试验结果相当吻合。研究和探讨了燃烧室中空气涡流和紊流强度增加的原因及其影响因素。

挑流冲坑紊流场的二维数值模拟

利用代数应力模型对淹没冲击射流作用下的冲刷坑内紊流场结构进行了二维数值模拟.计算中采用贴体正交网格变换处理不规则的冲坑几何边界,用VOF方法处理自由水面条件对水流结构的影响.结果分析表明,采用的数值方法可行,计算结果合理,在此基础上,可进一步研究冲坑的消能机理和冲坑的动态发展过程.

三维宽顶堰紊流场数值模拟及分析

本文利用三维标准k-ε紊流数学模型,选择VOF方法追踪自由表面,采用气液两相流计算模型对宽顶堰流场进行了数值模拟,计算结果与试验数据较为吻合。模拟结果表明,数值模拟能够广泛应用于数值模拟带有复杂自由表面的泄水建筑物紊流场。

被动格栅紊流场横向风速相关性实验研究

被动格栅紊流场常用于各类风洞试验中,桥梁断面气动参数均与来流风参数有关。文中对顺风向脉动风速在不同水平间距和紊流积分尺度下的相关性进行实验研究,得出其与水平向间距和紊流积分尺度的比值相关。随着比值越大,其相关性变弱;顺风向脉动风速根方相干曲线随着水平间距增加,指数衰减曲线会在折减低频区会出现"掉头"的情况,并且给出在不同水平间距下更精确的拟合公式。

三维宽顶堰紊流场数值模拟与分析

本文利用三维标准k-ε紊流数学模型,选择VOF方法追踪自由表面,采用气液两相流计算模型对宽顶堰流场进行了数值模拟,计算结果与试验数据较为吻合。模拟结果表明,数值模拟能够广泛应用于数值模拟带有复杂自由表面的泄水建筑物紊流场。

紊流随机风场下多相多分裂覆冰输电导线舞动的相间闪络概率评估

针对覆冰输电导线在紊流随机风场中舞动的相间闪络问题,提出了一种多相多分裂覆冰导线舞动的相间闪络概率评估方法。首先,通过生成覆冰导线在紊流随机风场中舞动时的随机风荷载,结合多相多分裂覆冰输电导线有限元模型对紊流随机风场中的导线舞动响应进行模拟;其次,通过等价极值分布法构建了多相多分裂覆冰输电导线舞动时的相间闪络失效准则,基于概率密度演化法发展了一种多相多分裂覆冰导线在紊流随机风场中发生非同步舞动的相间闪络概率评估框架;最后,对某单跨三相四分裂覆冰输电导线算例进行分析。结果表明:1)不同相对位置的覆冰导线相间闪络概率评估结果差异明显,并且相较稳态风场情况,紊流随机风场作用下的各相导线相间闪络概率密度曲线峰值位置左移,峰值存在明显的降低;2)随着紊流度的增加,各相覆冰导线在紊流随机风场中舞动时更易发生相间闪络;3)该跨覆冰导线的相间闪络概率随平均风速的增加呈现先升后降的变化趋势,不同初始风攻角工况的各相导线相间闪络概率差异明显。

对旋式轴流泵全流道三维定常紊流场的数值模拟

为研究对旋式轴流泵的内部流场特性及前后叶轮之间的流场干涉情况,应用标准k-ε紊流模型和SIMPLEC算法进行了定常三维紊流流场的数值模拟,得到了叶片吸力面与压力面、过渡干涉面、全流道下4个轴向位置的径向剖分面和3个径向位置轴向剖分的周向截面的压力分布及等值线图。应用数值模拟的结果能够获得前置叶轮、后置叶轮及整个泵各自的外特性,还可以帮助直观地认识对旋式轴流泵内部流动的耦合与干涉机理,指导水力模型设计。

用于飞行仿真的空间大气紊流场生成与应用研究(英文)

研究了三维空间大气紊流场生成及其在大型飞机实时飞行仿真中的应用。分析了针对大型飞机飞行仿真的扰动风场的建模需求。通过在频域空间直接进行蒙特卡罗法随机抽样,经三维傅里叶逆变换获得空间大气紊流场。采用Von Karman模型,更加准确地描述大气紊流场特征。运用傅立叶变换的复共轭对称特性,保证最终生成实的紊流场。通过无因次化方法解决了变尺度和变强度的紊流场生成问题。针对生成的空间紊流场设计了紊流梯度的计算方法。针对飞机连续穿越紊流场的问题,提出基于空间对称扩展的紊流场扩展方法。经时域相关性检验证明,基于该方法生成的紊流场与传统时域方法相比,具有较好的空间互相关特性。最后针对Boeing747飞机,给出了一个在空间紊流场中的飞行仿真实例。与传统质点化模型的仿真结果相比,基于空间紊流场和四点模型的算法更能表现出飞机穿越紊流场飞行的随机特性。

紊流风场中桥梁气动导数的识别

基于作者提出的识别桥梁断面气动导数的新方法———总体最小二乘时域法 ,初步研究了紊流风场中气动导数的识别 .总体最小二乘时域法试验装置简单 ,克服了改进的Ibrahim时域法人为选择时延参数的不足 ,具有很高的精度和收敛性 .由平板理论解和江阴长江公路大桥的全桥气动弹性模型实验结果证实了该方法的正确性 .在模拟的紊流风场中 ,应用这一方法对平板和江阴长江大桥的节段模型进行了试验 ,识别了其气动导数 .试验结果初步表明 ,对具有良好流线型的桥梁断面 。

二维紊流场对飞艇水平面内运动影响研究

大气紊流是影响高空飞艇水平面内巡航的重要原因,传统Dryden模型采用谱分解定理,只能生成一维大气紊流模型,对于高空飞艇复杂的飞行运动来说,生成二维紊流风场模型是必要的。基于紊流场的空间相关特性,采用离散自递归方法构建风场模型,然后结合风速矢量三角形关系式,建立扰动下的飞艇动力学模型,再对该模型进行水平竖直解耦。仿真结果表明,大气紊流作用在飞艇上的力会使飞艇较大程度地偏离其运动航迹,呈不稳定的随机波动状态。因此,构建高空飞艇动力学模型时,要充分考虑大气紊流的影响。

IEC阵风与紊流共同作用下的流场特性分析

采用大涡模拟(LES)的方法求解不可压缩流体连续方程和N-S方程,对格栅紊流场的均匀性,以及IEC阵风与紊流共同作用下的流场特性进行了数值模拟分析。通过分析格栅紊流流场特性参数,得出本文格栅流场在格栅下游4 m处的均匀性达到要求。IEC阵风与格栅紊流场结合较好,可用于后续桥梁断面特性的研究。

紊流风场中桥梁气动导数的识别

提出一种在紊流风场中识别桥梁断面气动导数的新方法 .根据随机减量的原理 ,从风洞中桥梁节段模型的随机响应中提取自由振动信号 ,再利用时域法对桥梁断面的气动导数进行了总体时域识别 .数值仿真结果表明 。