谷物清选CFD-DEM耦合模拟研究

清选是收获机械中至关重要的过程,直接影响收获效率,通过对谷物清选的研究可以指导收获机械的设计,降低生产成本。为此,分析了国内外在谷物清选CFD-DEM耦合模拟技术的研究现状,发现现有的研究多局限在单一的CFD模拟和DEM模拟,这种方法不能够全面体现清选室中气流场、振动筛和物料的相互作用。CFD-DEM耦合模拟技术将气流场和振动筛分作为一个系统来研究,是未来谷物清选模拟研究的发展方向。

PID控制器与CFD的耦合模拟技术研究及应用

飞行控制系统(FCS)与计算流体力学(CFD)的耦合求解是一个崭新的研究领域。传统的飞行控制系统的工程仿真方法依靠气动力模型或气动力数据库得到不同飞行姿态的气动力;而当前方法通过耦合求解Navier-Stokes方程和刚体动力学方程(RBD)以获取飞行器运动过程实时流场和非定常气动力。由于充分反映了气动力的非定常、非线性效应,因而从根本上保证了飞行控制系统仿真的精度。以方形截面导弹俯仰姿态控制为例,首先给出了系统的传递函数,并基于系统在单位阶跃舵偏操纵下的开环响应特性,提出了传递函数的修正方法,进而设计了该外形俯仰姿态控制的PID控制器。数值模拟了不同控制参数时,P控制器、PD控制器和PID控制器的控制效果。针对不同的控制指令,根据建立的控制律,数值模拟了飞行器在PID控制器作用下的实时响应过程,最终成功实现了对飞行器的俯仰姿态控制。研究发现,当飞行器作慢速机动时,工程仿真与CFD数值计算的结果吻合很好,两种方法可以互相验证;但快速机动时,两种方法给出的结果差异明显,基于CFD的耦合模拟方法由于模拟了飞行器运动和舵面偏转导致的非定常流动过程,其结果比基于静态气动力的工程方法的可靠性更高。在大攻角和快速机动等非定常效应较强时,采用CFD方法评估和验证飞行控制系统是很有必要的。

地外天体起飞羽流导流气动力效应仿真

探测器自地外天体采样返回过程中,发动机羽流作用于起飞平台后返流至起飞器表面,产生气动力效应及干扰力矩。针对圆锥形羽流导流结构,利用计算流体力学/直接模拟蒙特卡罗(CFD/DSMC)耦合方法,对起飞器距离起飞平台200~700 mm,偏转角度0°~5°范围内的羽流导流气动力效应进行了仿真计算。计算结果表明,随着上升距离增加和偏转角度增大,起飞器受到的力矩出现了反向增加现象,严重影响起飞稳定。研究发现,上述现象产生的主要原因为偏转角度增加时,起飞器距离起飞平台较远一侧的羽流与起飞平台作用点由圆锥导流结构逐渐偏移至平面位置,导致羽流作用于起飞平台后的流动方向由贴近起飞平台向侧面流动急剧转变为反弹至起飞器底面方向流动,从而使远离起飞平台的一侧所受力矩高于靠近起飞平台一侧,产生反向力矩。

居住区底层架空设计对风环境影响研究

底层架空设计不但能有效改善室外风环境,还可创建避免太阳直射的室外活动空间,在热带和亚热带地区被广泛采用,系统研究架空设计的风环境影响对基于环境优化的居住区设计具有一定参考价值。本研究以广州市为例,采用结合非稳态放射计算的CFD耦合模拟方法,对不同架空率下居住组团的风速平均值和累积度数展开对比研究。研究结果显示,在非架空区域,随着底层架空率的增加,低风速累积分布比例逐渐缩减,当底层架空率超过60%时,平均风速增长率出现拐点,增速加快;在架空区,随着架空率的提升风环境有明显改善,当架空率达到80%时,平均风速增长率出现拐点,增速放缓。值得注意的是,架空率较低时,其改善架空区风环境的能力有限,当架空率为40%时,架空区风速均低于0.3m/s。