亚临界区圆柱绕流相干结构壁面模化混合RANS/LES模型

本文发展了一种具有壁面模化大涡模拟能力的雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)和大涡模拟(LES)方法的混合模型(简称WM-HRL模型),致力于对亚临界区雷诺数钝体绕流相干结构这类复杂流动现象进行高置信度的CFD解析模拟研究.该方法通过一个仅与当地网格空间分布尺寸有关的湍动能解析度指标参数rk即可实现从RANS到LES的无缝快速转换,并且RANS/LES混合转换区的边界位置及其各个分区(包括RANS区、LES区及RANS/LES混合转换区)对湍动能的解析能力均可通过两个指标参数nrk1-Q和nrk2-Q准则进行预先设定.通过对雷诺数Re=3900下圆柱绕流场的系列数值模拟研究,获得了能够高置信度解析并捕捉其绕流场中三维时空瞬态发展相干结构特性的湍动能解析度指标参数nrk1-Q和nrk2-Q准则的组合条件.研究表明,该WM-HRL模型不仅能够准确获取圆柱绕流场中剪切层小尺度K-H不稳定性结构的精细谱结构,而且在同一套网格系统下通过变化湍动能解析度指标参数nrk2-Q和nrk1-Q准则的组合条件,还可以精细解析圆柱绕流场中两类不同回流区的长度结构特征,及其对应的圆柱尾部近壁面处V和U形两个平均流向速度剖面的分支结构特性.

基于LES湍流模型的角形喷嘴数值模拟

针对RANS方法存在空化流场预测不准确的问题,通过采用大涡模拟(LES)对角形喷嘴进行数值模拟来获得其瞬时速度场以及空化云分布。通过对其流场进一步分析,揭示了空化水射流在发展过程中漩涡结构与空化之间的关系以及不同压力下的射流分布特征,为工程实践应用及空化射流机理提供了理论参考。

亨斯迈推出新型SHOKLES聚氨酯组合料保护电动汽车电池

亨斯迈的汽车专家在该公司的电池解决方案中采用了一系列新的轻质耐用聚氨酯泡沫技术,这些技术可以帮助电动汽车(EV)电池中的电芯的封装和固定,有助于在发生碰撞或发热时保护电动汽车电池的结构完整性,还可以用作电池模块或电池组中的可模塑密封剂产品。凭借强大的机械性能,新型SHOKLES组合料可以提供非常好的压缩和拉伸性能以及高断裂伸长率,材料的弹性可以在-35~80℃的不同工作温度下保持稳定。

基于Lighthill声类比的流激噪声三维计算及验证

随着舰艇管路系统中阀门、泵及弯管等部件流激噪声问题的日益突出,水动力流激噪声数值计算方法逐渐受到关注。针对阀门的流动诱导噪声问题,文章结合大涡模拟和Lighthill声类比理论,建立了流激噪声混合计算方法并对类阀空腔模型进行了数值模拟和验证。首先,流场采用大涡模拟计算了低马赫数下三维类阀空腔模型的非定常流动。然后,将流场计算结果导入ACTRAN,通过ACTRAN中基于有限元/无限元的Lighthill声类比理论对流噪声进行求解。最终将流激噪声计算结果与声学试验进行了对比分析。对比结果表明,该流激噪声混合计算方法可行且计算结果可靠,可应用于水动力噪声的研究。

基于Lighthill声类比理论的喷水推进泵不稳定流动诱导噪声的数值研究

喷水推进泵内部不稳定漩涡流态对舰船推进系统的稳定性和噪声具有重要的影响,为了研究多工况下的流动特性及流致噪声机理,采用了计算流体力学(CFD)与计算声学(CA)耦合数值模拟的方法,针对喷水推进泵的不同的运行工况进行了精细化非定常数值模拟,并与实验结果进行了验证。基于非定常数值模拟结果,将叶轮表面旋转偶极子与导叶表面固定偶极子的CGNS数据作为声源,采用BEM法开展了一系列的内声场及外声场声振耦合计算。研究结果表明:喷水推进泵压力脉动的幅值从叶轮进口处到导叶出口处逐渐减小;在额定工况下,喷水推进泵内部的压力脉动系数的最大值都出现在一阶叶频附近,叶片通过率是幅值的主要影响因素;随着流量工况减小,一些监测点在低频范围内的压力脉动超过一阶叶频处的值,成为主频;随着流量减小,喷水推进泵内部压力脉动幅值明显增大,内声场的声功率级随之上升,外声场声振耦合的声压级也随之增大,且呈现出明显的偶极子特性,本文的研究结果为舰船喷水推进泵的低振低噪设计和运行提供了理论基础。

气动声学Lighthill方程的Kirchhoff积分解分析

Lighthill的声类比(acoustic analogy)是目前气动声定量预测中应用最为广泛的一种方法。使用非齐次波动方程的Kirchhoff积分公式对Ligthhill方程进行求解。Kirchhoff公式中的延迟时间表示不同位置点声源对场点声压叠加时的相位作用,推导时强调延迟时间函数的导数运算。基于Kirchhoff积分公式对于有物体存在于流场中的情况,详细推导了Curle解,并对Curle公式中的各声源项进行了分析。文章有助于气动声学初学者正确地认识声类比理论,加深对Curle公式的理解。

大涡模拟-Lighthill等效声源法的空腔水动噪声预测

为了考察空腔产生的水动噪声,对气动声学理论与研究方法进行了分析,确立了大涡模拟-等效声源混合法.利用大涡模拟计算空腔非定常流动的流场结构,基于有限元/无限元法利用变分形式的Lighthill声类比方程进行声场的求解.利用该混合法考察了雷诺数为1.2×105的空腔算例频域内噪声的辐射特性,基频值的预测结果与文献基本一致,低频纯音的远场辐射具备指向性,沿上游方向辐射能量较高,高频宽带噪音的传播不具指向性.

基于Lighthill波动方程的轴对称射流气动声场的数值模拟

基于加载扰动速度的Lighthill波动方程，采用稳定的差分格式和良好的无反射边界，对不同喷口马赫数的轴对称射流气动声场进行了数值模拟，并分析了声场特性．模拟结果表明：射流噪声在喷注的扰动下具有很强的方向性，在离开对称轴20°～30°附近存在最大声压，且噪声方向性和强度随着传播距离的增大而逐渐减弱．

基于Lighthill声类比理论的离心泵流动诱导噪声的数值模拟

基于Lighthill声类比理论,采用计算流体力学(CFD)和计算声学(CA)相结合的方法对离心泵内部声场进行了求解。首先采用SST SAS湍流模型对离心泵内部流场进行了三维非定常计算,并导出声源信息,然后在流场计算的基础上进行声学求解,比较研究声学边界元法和声学有限元法在应用时的优劣。结果表明:蜗壳隔舌附近压力脉动强度最大、声压级最高,叶片通过频率及其倍频是各监测点上压力脉动的主频,叶轮与隔舌间的动静干涉作用是离心泵流动诱导噪声的主要原因;随着流量的增加,总声压级逐步减小,在效率最高工况点上达到最小,随后上升,偏离效率最高工况点越多,宽频分量越明显;声学有限元法对离散噪声的预估比较有优势,能综合考虑湍流噪声的各种声源,对内流场宽频噪声问题的研究更占优势。

基于大涡模拟和Lighthill声类比的孔腔流动发声特性研究

孔腔流动发声是气动声学研究领域重要的课题,基于大涡模拟和Lighthill声类比方法,探讨了气体在孔腔流动的流激噪声的发声特性。模拟结果表明,孔腔边界层出口剪切涡、边棱处涡街和腔体内反馈涡的运动诱导了孔腔发声,具有明显的偶极子特性,在高频段腔体内激发了声学驻波模态。通过模拟与实验对比分析了不同流量下噪声量级以及频谱分布规律,研究结果表明:24 kHz以下的声频谱会表现出波峰小范围迁移;24 kHz以上频率对应的声压级随流量增大而增大;腔体长度和特征频率近似满足Strouher公式,即声频特征频率随腔体长度的增大而减小。上述研究结果为下一步设计在线监测安全阀泄漏的报警超声波发声器提供了理论依据。

基于Lighthill声类比法的外啮合齿轮泵流致噪声特性研究

为深入了解外啮合齿轮泵运行中流致噪声规律,基于CFD和Lighthill声类比理论建立其流致噪声数值仿真模型,以研究不同转速工况下外啮合齿轮泵流致噪声特性,并搭建实验测试系统,用水听器对泵的出口2倍管径处流体噪声进行测量,以获得其时域和频域信息。结果表明:流致噪声由离散噪声和宽频带噪声构成,且基频及其倍频为流致噪声的主要频率;泵体辐射噪声的强度随齿轮转速的增加而非线性单调增长,且在1000~2000 r/min转速区间辐射噪声急剧增长(增量约20 dB);流致噪声的主频是由压力脉动的主频以及壳体的固有频率共同决定的。

基于Lighthill理论的吸油烟机噪声分析改善

基于Lighthill的声类比理论,对油烟机噪声进行分析,确定油烟机的主要噪声源,针对噪声的重要影响因素进行改型优化,采用κ-ω湍流模型对流场进行数值模拟分析,验证改型前后流量性能,得出有效降低噪声的方案,为以后的研究提供有价值的方向。

基于RANS/LES混合方法的箱梁气动导纳函数研究

为了研究RANS/LES(Reynolds-averaged navier-stokes/large eddy simulation)混合方法在桥梁非定常气动力的应用以及大积分尺度湍流中桥梁断面的气动导纳函数,首先选取3种典型的RANS/LES混合方法,即SBES(stress-blended eddy simulation)方法、SAS(scale-adaptive simulation)方法、WMLES(wall-modeled LES)方法,分别对3种方法的特点和适用性进行简要的概述,然后在均匀流中将其用于箱梁断面和分离式双箱梁断面气动力的计算,最后在提出的改进湍流合成方法基础上,实现了与实际桥位处积分尺度类似的大积分尺度湍流模拟,在此流场中识别了箱梁断面的气动导纳函数。数值计算结果表明,SBES方法适用于弱流动不稳定和强流动不稳定流场气动力的模拟,SAS方法仅适用于显著流动分离的断面,而WMLES方法对两种断面整体表现都较差。对于流线型箱梁断面,大积分尺度湍流场中识别的升力气动导纳在低频处大于Sears函数和小尺度湍流场中的结果,并显著大于节段模型风洞试验结果。在高频处大积分尺度湍流场的结果与小尺度湍流场以及风洞试验结果吻合较好。研究结果表明,将传统小尺度格栅湍流场风洞试验识别的气动导纳用于桥梁抖振分析时,会导致低频处的抖振力显著偏小。

基于RANS/LES模型的某飞机前襟封严板动载荷计算研究

某飞机前襟下偏后,气流会穿过前襟和翼盒之间的缝隙,从下翼面流向上翼面从而形成射流,造成封严板的支撑件疲劳破坏。RANS模型在湍流的核心区会得到较大湍流粘性,并将过多的动量变化计入雷诺应力项,得到的载荷波动量过小;而RANS/LES模型,在附面层内求解RANS方程,在分离区进行LES处理,得到的湍流粘性低,适合于动载荷的预测。本文以某飞机的前襟封严板的动载荷计算为例,对上述两种方法进行了对比并得出了结论。

超声速湍流流场的RANS/LES混合计算方法研究

采用对接/拼接网格技术,建立了基于分区混合和基于湍流尺度混合的双重RANS/LES混合计算模型,并对环翼低速绕流、翼型跨声速绕流和球锥带凹窗外形二维超声速绕流进行了初步的数值模拟。环翼和翼型绕流计算表明,该混合模型可给出较合理的湍流宏观平均量;球锥带凹窗外形二维超声速绕流计算表明,该混合模型可得到超声速瞬态湍流脉动流场,凹窗处存在复杂的旋涡结构和波系结构,呈现较大尺度的脉动。但该模型还需要进一步的考核验证。

基于LES方法圆柱绕流三维数值模拟

该文采用计算流体软件CFX5中Large-eddy simulation(LES)模型计算了均匀流场中三维圆柱绕流的水动力特性。使用有限体积法对三维N-S方程进行求解。数值模拟着重研究了高雷诺数时展向各截面的压力、阻力、升力及涡管特性。数值计算结果表明:展向各截面柱体受力关于中截面对称且小于二维情况,柱体周围流场呈现明显的三维特性。

基于LES和BPBE的舰船气泡尾流数值分析方法

提出一种基于大涡模拟(LES)和气泡群平衡方程(BPBE)的舰船气泡尾流特征参数研究的数值分析法:首先建立舰船尾流场LES控制方程,结合实船初边始条件,对流向的速度进行数值模拟;然后再将LES计算得到的速度代入BPBE方程进行尾流中气泡数密度分布(BND)的求解。计算结果表明:BND沿尾流流向的分布基本符合指数分布,在500 m以内的区域衰减速度很快,500 m以外的区域衰减速度缓慢;在离船尾越近的地方,小气泡的相对BND越大;在3 000 m距离处BND最大的气泡尺寸约为70μm。该方法计算效率较高、占用空间较少,可望为舰船气泡尾流特征的研究提供新的有效手段。

采用RANS/LES混合方法研究分离流动

采用结合湍流模式和大涡模拟(LES)的混合方法数值模拟Aerospatial A-profile翼型以及细长椭球体大迎角分离流动。该类混合方法比较适于模拟分离流动:近壁区附体流动采用湍流模式,而远离物面分离区域内的大尺度运动则用LES方法。通过计算和实验结果的对比,混合方法切实可行并具有很大的发展潜力。

基于LES方法的壁面旋转旋流分离器内流特性的研究

针对旋流器在井下油水分离的应用过程中,壁面随螺杆泵旋转这一问题,本文基于大涡模拟(LES)方法对壁面旋转旋流分离器内部流场进行数值模拟,并通过LDV测试结果验证了模型的可靠性,得到了壁面旋转旋流分离器内部流场的分布规律。结果表明,正转时,外涡流区的切向速度逐渐增加,内涡流区切向速度增加不明显,轴向速度的变化梯度增大,反转时,影响趋势则正好相反。且旋转效应对不同轴向位置截面的影响并不相同,轴向速度有较明显的差异。

不同RANS/LES混合模型的汽车气动噪声分析

采用Fluent UDF构造Realizable k-ε/LES、SST k-ε/LES和Spalart-Allmaras/LES 3种RANS/LES混合模型,并对汽车的气动噪声进行数值模拟。在近壁面采用RANS湍流模型求解,而远离物面的分离区域内的大尺度运动则用LES求解,将3种混合模型的计算结果与全LES湍流模型和风洞试验结果进行了比较。结果表明,3种混合模型对气动噪声的计算精度高于LES湍流模型;Realizable k-ε/LES和SST k-ε/LES混合模型数值模拟结果与试验值的相对误差均小于5%,而其中Realizable k-ε/LES混合模型更为准确和高效,消耗的计算资源更少。