高雷诺数下方柱绕流特性的数值模拟

为研究高雷诺数为22 000下方柱周围流场形态及气动力特性,基于开源计算流体动力学（computational fluid dynamic,CFD）软件OpenFoam平台,采用基于动态亚格子模型的大涡模拟（large eddy simulation,LES）方法,对均匀来流作用下的方柱绕流进行了三维数值模拟.首先,通过对基于时间积分的平均积分分量的比较,验证了本数值计算的准确性;其次,深入分析了方柱周围及其尾流区的流场结构,给出了流场结构的平均和湍流特征,并在此基础上,研究了其气动力特性;最后,分析了两种长径比下表面压力的展向空间相关性.研究结果表明:雷诺数为22 000下方柱尾流区回转长度为1.37倍方柱宽度,Strouhal数为0.121,脉动升力系数为1.40;展向长度取8倍方柱宽度可更准确地获得周围湍流特性.      

串列双方柱绕流的数值模拟

采用有限体积法,利用RNG k-ε模型对雷诺数Re=22 000情况下二维串列双方柱绕流进行湍流数值模拟。着重研究了不同的方柱间距比时上下游方柱所受到的阻力、升力与涡街特性,以及各方柱后尾流的变化情况。计算结果表明:上游方柱受力明显大于下游方柱,但两方柱脉动频率几乎相等,而升力有较大差别;下游方柱所受阻力沿水流方向随着间距的增加而增大;受上游方柱尾流作用,下游方柱升力增加,脉动较单柱情形时明显变大;分析了不同间距下流场的演变情况。     

具有地面效应的高速列车湍流绕流数值模拟研究

利用数值模拟方法，研究了考虑地面效应和不考虑地面效应的高速列车湍流绕流之间差别，并利用风洞试验进行了验证。应用改进的曲线网格系统和计算程序Ｔｒａｉｎ，对高速列车绕流流场进行了较为精确的数值模拟。从计算结果分析看出，考虑地面效应的阻力系数比未考虑地面效应的阻力系数增加１５％，使计算精度从７５％增加到８５％。     

2D非稳态方柱绕流的数值模拟与分析

用有限体积法对与来流夹角为45°以及夹角为0°的方柱绕流进行了数值模拟分析.从对方柱的绕流的数值模拟结果可以得出倾角为45°的方柱对尾涡的影响较之倾角为0°的方柱要大得多.由此可知,特征长度越大对柱体尾部涡影响越大.同时还对方柱的受力进行了计算和分析,并与现有实验数据、文献资料进行了比较,两者互相吻合.     

高速列车湍流绕流三维数值模拟研究

本文在般曲线坐标系下，采用Ｋ－ε双方程模型及壁面控制函数，借助于代数变换建立起以协变速度分量为独立变量的三维复杂钝体湍流绕流数值计算方法，建立了一套适合于近地大长细比复杂几何体的三维网格生成与控制方法，同时采用交错网格，成功地解决了压力－速度耦合关系。首次对高速列车三维湍流绕流场压力分布、速度分布以及气动阻力进行研究。本文的研究工作对进一步解决近地大长细比复杂几何体湍流绕流数值模拟是一个良好的开端     

钝体绕流的随机涡方法

在离散涡方法中应用随机微分方程理论来求解二维钝体绕流问题，通过对静止圆柱不同雷诺数下的绕流计算，得到冯卡门涡街和回流区对称轴线上径向速度分布以及升力系数和阻力系数，都与已知结论非常一致。     

计算区域尺寸对列车绕流数值模拟的影响

对于列车绕流数值模拟而言,其计算区域越大,边界条件对计算结果的影响越小,但过大的计算区域会导致计算工作量和计算时间的增加,因此,计算区域尺寸的选取是列车绕流数值模拟的关键之一。通过建立12种不同尺寸的计算区域模型,结合数值模拟方法,研究其对列车压力分布特征及气动性能的影响。研究结果表明:数值计算仿真得到的气动力系数与风洞试验得到的气动力系数的误差4%;当计算区域上游高度≥8倍特征高度时,头车鼻尖驻点压力系数基本稳定在1.0左右。通过对比不同大小计算区域的计算结果可知,流线型高速列车绕流数值仿真的推荐采用最小计算区域尺寸为:高度方向为12倍特征高度,宽度方向为24倍特征高度,长度方向上游为12倍特征高度,下游方向为24倍特征高度。     

基于人工可压缩方法的后台阶绕流数值模拟

针对二维后台阶绕流采用人工可压缩方法进行数值模拟，方程的离散采用有限体积法．为了消除离散求解时可能产生的数值振荡，在离散方程的右端人为增加四阶人工耗散．在Re=45，60，90等低雷诺数下的数值试验结果表明，人工可压缩方法和有限体积离散方法联合进行数值模拟的可行性；在低Re的情况下，伪可压缩系数α取小的值会对方程求解的稳定性更有利．在其它参数取值相同的情况下，还分别针对加入和不加人人工耗散两种情况进行模拟，结果表明人工耗散的加入使迭代余量的绝对值明显减小，也就是从一定程度上消减了数值解的振荡．文中同时在数值试验的基础上提出了人工压缩系数的参考取值范围．通过采用上述方法对后台阶绕流进行模拟，模拟结果和商用软件PHOENICS3．2在相同条件下模拟结果基本吻合，表明了该方法的可行性．     

绕圆柱湍流流场及其发展的计算

为研究绕圆柱湍流流场及其发展变化,应用RNGκ-ε模型和有限体积法求解非定常雷诺平均纳维尔-斯托克斯(URANS)方程,以二阶隐式时间离散和二阶迎风空间离散格式对控制方程进行离散,采用SIMPLEC算法耦合求解平均速度场和压力场.在Re=103～107范围内对流场进行了数值模拟计算,得到了速度场、涡量场及其湍流脉动参数在下游的发展变化规律.计算与分析结果表明:在高雷诺数条件下,回流区减小,尾流区变窄,尾流在主流方向的影响区域变小,涡量向下游的衰减更慢,湍流动能和湍流耗散率在下游的影响区域也减小.     

尾部隔板影响圆柱绕流场的二维层流数值模拟

为了探讨尾部隔板对圆柱绕流场的影响,采用有限体积法、非结构化网格和层流模型求解二维不可压缩N-S方程.在雷诺数为200的条件下,对背流面沿流动方向的对称线上,带薄板的圆柱绕流场进行了数值模拟,得到了流场速度云图、斯特劳哈尔数及平均阻力系数随隔板长度的变化情况.研究结果表明:在圆柱尾部加入的隔板能有效改善旋涡的脱落情况,削弱尾迹区的能量耗散,同时降低绕流的斯特劳哈尔数.在板长与圆柱直径比为L/D≥7的情况下,加入的隔板使圆柱尾部的旋涡被拉伸为扁平结构并限定在隔板两侧,在扁平对涡的外侧形成类似流线型的流场结构;尾部的隔板也使绕流的阻力系数呈现下降的趋势,当L/D=7时,平均阻力系数下降了约40%.      

掺气分流墩三维流场数值模拟

采用RNGk-ε三维紊流模型和VOF方法,1:1几何建模,对柘林水电站左岸泄洪洞下游掺气分流墩的三维流场进行了数值模拟.在与原型观测试验对比验证的基础上,对该流场的流态、水面、流速分布和压强分布进行了分析.结果表明:流态模拟正确,水面、流速与原型观测结果均能较好吻合;联合作用下的流场,在三维涡体的形成、增强掺气效果和空化空蚀的防止等方面均明显优于无掺气分流墩的流场;三维涡体主要由两股入水主流与池内前部淹没水跃的水体相互摩擦形成;被抛向高空的水翅在下落入水时卷入大量空气,具有较深穿透力,使得波动坎及坎下区域充分掺气,从而破坏空化,防止空蚀.     

近地非流线体紊流绕流的数值分析

本文提出了一种近地非流线体紊流绕流的数值分析方法。采用曲线坐标 和交错网格,以协变速度分量作为动量方程的独立变量,紊流项采用代 数应力模型,用乘方格式离散化,对动量方程离散化格式进行了特珠的 代数处理,近壁边界条件用函数法处理。用这种方法对高速列车简化二 维模型进行了计算,得到了较满意的结果。      

车身外流场数值模拟

对某轿车车身的外流场进行了数值模拟,并分析了后风窗斜度对车身空气动力性能的影响.采用Hypermesh得到高质量的流场计算网格,运用Fluent求解计算,得到流场的CFD分析数据.利用HyperMorph实现车身网格的变形,在此基础上分析后风窗斜度对车身空气动力性能的影响.结果表明,小斜背的阻力系数较小;不是所有斜背汽...     

SCR催化转化器内流场数值模拟与结构改进

利用计算流体动力学(CFD)软件,对结构改进前后的SCR催化转化器内流场进行了三维稳态流动数值模拟,对比分析了改进前后两种不同结构的催化转化器内流动特性。模拟结果显示:结构因素对催化转化器的内流动特性有很大影响,通过结构改进,减小了压力损失,使其内部速度分布和温度分布更加均匀。     

固液分离过滤器流场的数值模拟与分析

采用计算流体动力学（简称CFD）方法对过滤器的过滤单元——滤柱内的流场进行了模拟和分析,并改变边界条件和模型的结构,分析了其对流场的影响．结果表明,减小入口水流速度有利于颗粒在滤柱表面的均匀沉积;将出水口设置到罐体最上部,可以基本消除滤柱内的死水区,同时也增大了有效过滤面积,提高了过滤效率．     

火箭发动机推力室粘性流场数值模拟及实验

用时间相关法的显式格式,结合k-ε方程湍流模型求解氢氧火箭发动机燃烧室中的粘性化学反应流动,化学反应采用9种组分,5个主要反应的有限速率的化学反应模型,得到了流动参数与组分的质量分数在燃烧室中的分布情况.其结果同理论分析的结果相一致,对火箭发动机燃烧室的压力和推力室的推力在启动段、关机段进行了计算机数值仿真,并与该火箭发动机热试车参数进行了比较,仿真的结果与火箭发动机热试车试验结果非常一致,验证了仿真模型的正确性和运用数值模拟方法取代部分实际热试车试验的可行性及可信性.     

队列行驶三辆汽车外流场的数值模拟

以智能车辆的MIRA简化模型作为研究对象,在自动控制的前提下,采用移动地面边界条件,对单车和队列行驶状态下的汽车外流场进行了数值模拟研究.分别获得了单车和各种行驶工况下的三辆汽车对称面的压力分布,队列行驶三辆汽车的压力分布与单车的压力分布相似,但是后两车前部的正压区明显减弱.对于等间距和不等间距2种行驶情况,改变车辆之间的距离来模拟多种状态.气动阻力的对比分析说明:队列行驶的三辆汽车,后两车的气动阻力都低于前车的气动阻力,而且平均气动阻力与单车相比均有了一定程度的降低.通过间距的改变分别进行数值模拟,获得了间距对前后行驶三辆汽车气动阻力影响的规律,为以后队列行驶的深入研究奠定了基础.