RNG κ-ε与SST κ-ω模型在汽车外流场计算中的比较

RANS法中的RNGκ-ε与SSTκ-ω湍流模型是汽车外部复杂流场数值模拟中两种常用的涡粘模型。通过计算不同尾部倾角的Ahmed钝体模型，得到RNGκ-ε与SSTκ-ω湍流模型在不同尾部倾角下的数值模拟结果。结果表明，SSTκ-ω湍流模型在计算时间、湍流模拟上都优于RNGκ-ε湍流模型，更适合汽车外部复杂流场的计算。     

Numerical Simulation of External Flow Field Around Low Drag Car and Its Error Analysis

通过模拟结果与试验数据的对比,考察网格和湍流模型对计算精度的影响.结果表明,对不同的湍流模型,须将y+值、边界层网格总厚度和宽高比控制在相应的范围内以获得更高的计算精度;在一定范围内计算误差会随着湍流区域网格的细化而减小;低雷诺数总括壁面函数和SST k-ω湍流模型相结合能获得比采用Standard K-ε模型更精确的计算结果.     

流线型钢箱梁涡激振动机理与气动控制措施

以某主跨390 m的独塔流线型钢箱梁斜拉桥为工程依托，采用风洞试验与计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）相结合的方法对流线型钢箱梁涡激振动机理与气动控制措施进行研究。首先，采用几何缩尺比为1∶30的主梁节段模型进行主梁涡振性能与气动控制措施优化研究；其次，采用CFD方法对主梁涡振响应进行流固耦合计算，将Newmark-β算法嵌入ANSYS Fluent用户自定义函数（User Defined Functions，UDFs）实现主梁结构振动响应求解，同时结合动网格技术实现主梁断面流固耦合分析；并根据判断条件来检索箱梁壁面上的网格单元，以获得主梁断面振动过程中的表面压力，然后结合主梁结构振动响应、表面压力以及流场特征等对主梁涡激振动机理进行分析。结果表明：该桥主梁原设计方案存在涡激共振现象，将梁底检修车轨道内移120 cm可有效抑制主梁涡振响应；主梁涡激振动响应的数值模拟结果与风洞试验结果吻合较好；检修车轨道内移120 cm后主要改变了箱梁下表面平均压力系数分布特性，且箱梁表面各测点脉动压力卓越频率不一致，有效减小了主梁涡激振动响应；流线型箱梁靠近迎风侧的“被动区域”对结构涡振响应贡献较小，背风侧“驱动区域”发生周期性旋涡脱落是影响流线型箱梁涡振的主要因素。     

SST湍流模型在汽车绕流仿真中的应用

采用基于k-w模型的SST(剪切应力输运)湍流模型，综合了k-w和k-ε湍流模型在边界层内外计算的优点，在数值试验和实际应用中表现出其准确及时预测分离的特性。计算结果与汽车模型在小型风洞中的试验结果比较吻合。尤其是关于湍流现象的模拟更是与现实物理情况一致。     

内燃机进气过程缸内湍流流场的大涡模拟

为精确描述内燃机进气过程中的缸内流场动态特性,基于非结构化动网格和有限体积法,应用大涡模拟方法对1台模型发动机进气过程进行三维瞬态数值模拟研究。计算采用动态Smagorinsky亚网格尺度模型,得到缸内速度和湍流黏度分布及其随时间的变化。大涡模拟的计算结果与试验值吻合良好,与RNAS模型相比能更精确地揭示流场的瞬变结构和流动的随机特性。     

某模型车侧窗表面非定常压力场的数值模拟与风洞试验研究

采用风洞试验方法和数值模拟的方法研究模型车的表面压力分布,稳态数值模拟阶段采用两种近壁面网格方案配合选用两种湍流模型:1)直接求解近壁区域的k-ω SST湍流模型;2)壁面函数求解近壁区域与k-ε Realizable湍流模型结合方法。根据与风洞试验的结果对比,比较上述两种方案的计算流体力学(CFD)模拟精度,并且在瞬态模拟阶段验证子域赋值法计算精度,为后续获取该模型外部后视镜气动噪声提供基础。     

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。     

湛江调顺跨海特大桥桥塔牌匾抗风性能研究

湛江调顺跨海特大桥主桥为(147.5+296+147.5) m钢箱组合梁斜拉桥,门形桥塔高136.916 m,塔顶设高约13 m装饰性牌匾,牌匾左、右侧各设置9道竖向装饰立柱。立柱为气动外形较钝的柔性结构,为确保桥塔牌匾在运营期的抗风安全性,首先采用有限元法分析牌匾的动力特性,然后进行缩尺比1∶10的牌匾气动弹性模型风洞试验,分析"H"形和矩形断面立柱在不同风偏角下的涡激振动和驰振性能。结果表明:"H"形断面立柱振动频率低,在常遇风速下发生了明显的涡激振动,立柱底部应力幅大,会影响牌匾抗疲劳性能;2种断面立柱均未发生驰振,与"H"形断面立柱相比,矩形断面立柱振动频率明显提高,在试验风速内虽然发生了涡激振动,但应力幅小,满足抗疲劳要求;优化后的矩形断面宽度由中部0.24 m渐变到端部0.35 m,一阶侧弯涡激振动起振风速提高至37.51 m/s,抗风安全性大幅提高,桥塔牌匾竖向装饰立柱采用优化后的矩形断面。     

均匀流场串列双矩形断面涡激振动气动干扰试验

针对串列双矩形断面涡激振动气动干扰问题,在均匀流场下,分别对不同间距比D/B、不同阻尼比条件下上、下游矩形断面涡激振动气动干扰效应进行了风洞试验研究,并将上、下游矩形断面涡激振动锁定区间、涡激共振振幅与单矩形断面进行了对比。结果表明:串列双矩形断面竖向涡激振动锁定区间、上游矩形断面扭转涡激振动锁定区间不因上、下游矩形断面间距比及阻尼比的影响而改变,下游矩形断面扭转涡激振动锁定区间随上、下游矩形断面间距比的变化而略有变化;上、下游矩形断面净间距和阻尼比对上、下游矩形断面竖向涡激及扭转涡激共振振幅有影响;对于上游矩形断面竖向和扭转涡激振动,D/B=0.5时干扰效应达到最大,D/B≥4时气动干扰效应可以忽略;而对于下游矩形断面的竖向和扭转涡激振动,D/B=0.5时干扰效应达到最大,D/B≥7时仍存在气动干扰效应,且表现为抑制作用。     

大尺度闭口扁平钢箱梁涡激力半经验模型比较

涡激力半经验模型基于试验结果,描述涡激振动响应特征,属于现象学范畴。目前工程应用较多的主要有经验线性模型、Scanlan非线性模型和Larsen广义模型。常规尺度(1∶60左右)节段模型较小,受雷诺数效应及模型细节处理不够精确等因素影响,试验结果与实际结构往往会存在一定差异。大尺度主梁节段模型(通常为1∶15～1∶20)试验雷诺数更接近实桥,更精确地模拟主梁细节,可测得更精细准确的涡振振幅和涡振区。通过一大跨度悬索桥扁平箱梁1∶20大尺度节段模型涡振试验,基于经验线性模型、Scanlan非线性模型和Larsen广义模型识别涡激力。分析三种半经验模型在描述涡激力和涡振响应方面的特点,为类似工程应用提供参考依据。最后根据沿跨向涡激振动研究进展,提出了三维涡激振动研究问题。     

桥梁闭口箱梁三分力数值识别中的湍流模型比选

对以苏通桥断面为例的桥梁闭口箱梁模型进行了三分力系数CFD数值识别。分别采用不同湍流模型及近壁条件进行数值模拟,并将数值模拟结果与风洞试验值进行比较。同时使用层流模型采用加密网格进行数值模拟,对不同湍流模型模拟结果进行压力等值线的比较,通过识别得到的三分力系数和压力等值线,确定出闭口箱梁绕流数值计算最合理的湍流模型。     

中央格栅抑制分离式双箱梁涡振的机理研究

为研究分离式双箱梁涡振的原因以及中央格栅对其涡振的抑振影响,以拟建中的伶仃洋航道桥主桥(主跨1 660m的分离式双箱梁悬索桥)为背景,基于计算流体动力学,运用延迟分离涡湍流模型,采用结构化网格体系,对均匀流下有、无格栅2种加劲梁断面周围的流场进行数值模拟研究,并分析了2种断面周围的流场结构以及断面上的气动力特性。结果表明:流体经过上游断面时,会在分离式双箱梁的中央开槽处形成大尺度、交替脱落的旋涡,然后与下游断面发生碰撞,并产生幅值较大的升力,从而导致涡振发生;当设置中央格栅后,分离式双箱梁开槽处的大尺度旋涡被打碎,强度减弱,尺度减小,产生的断面升力幅值也明显减小,从而有效抑制了涡振的发生。     

基于A柱-后视镜车内气动噪声数值模拟与预测

针对后视镜引起的前侧窗与车内气动噪声问题,采用计算流体力学(CFD)方法对某商用车进行车外后视镜区域数值模拟和车内噪声预测的研究。稳态分析采用RANS模型中SST(Menter)k-ω模型,瞬态分析采用基于SST(Menter)k-ω的分离涡模拟(DES);通过分析后视镜侧窗区域的稳态静压力与瞬态动压力、速度和涡量云图,揭示了因A柱后视镜而产生车窗表面的湍流压力脉动的机理;同时求解瞬态流场获得两侧车窗表面湍流压力脉动载荷。采用声学FEM方法将车窗表面湍流压力脉动作为边界条件来计算气动噪声的传播,基于车内声学空间不同频率的声压级云图分布规律,说明了车内气动噪声主要集中在中低频段和声压级最大的分布区域;驾驶员左耳旁声压级曲线展示了20-2500 Hz频段内声压级变化规律。最后进行实车道路滑行测试,证实了气动噪声在车速80-110 km/h时较为明显的结论;采用CFD结合声学有限元的方法可较为准确地预测车内100-2500 Hz气动噪声的声压级,为优化后视镜、降低驾驶室内气动噪声提供仿真和试验的技术方案。     

液力变矩器流固耦合研究

液力变矩器上作过程巾流体与结构的耦合作用不仪影响其性能,还会产生液流激振力,导致结构的振动疲劳共至破坏.基于MFX-ANSYS/CFX耦合平台,研究了流固耦合问题的求解方法及其关键技术.采用有限体积离散方法、SIMPLE速度一压力耦合算法、切应力输运(SST)湍流模型以及非结构化网格,对液力变矩器的流固耦合作用进行了数值模拟,分析了其耦合特性,对液力变矩器涡轮叶片结构的优化没计进行了验证.     

不对称钢箱梁涡激振动性能及制振措施研究

锦江人行天桥全长698 m,主桥部分上部结构为桅杆式斜拉桥,下部结构采用V形钢桥墩,主梁断面为左右不对称钢箱梁。为研究不对称钢箱梁断面的涡激振动特性,同时消除可能存在的涡激振动对主桥运营安全的影响,对主梁断面开展了1∶20节段模型风洞测振试验,针对主梁受气动干扰敏感和可调节气动外形的区域进行涡激振动气动措施研究。试验结果表明：不对称钢箱梁在前后两侧来流工况下,主梁均出现了涡激振动现象,但各工况下的涡振现象和风速锁定区间不同;对比了去除主梁栏杆和对栏杆间隔封闭的气动措施,采用对栏杆隔三封一能够抑制主梁的涡激振动。本研究所提出的制振措施可为类似工程研究提供参考。     

斜拉桥斜拉索二维涡激振动的数值模拟研究

采用基于RANS方法的SST湍流模型对斜拉桥斜拉索二维（2D）模型涡致振动进行了数值模拟。2D模型建立和网格划分通过专业前处理软件ICEM—CFD来实现。保持2D模型的频率不变,通过改变风速的方法来研究2D模型涡致振动的特性。研究了2D模型涡致振动的幅值,阻力系数以及锁定区域随约减阻尼变化的规律。研究结果表明斜拉索2D模型发生涡致振动时其幅值随着约减阻尼减小而增大,直至稳定到一个常数,同时通过比较发现数值模拟得到的2D模型幅值与试验结果比较接近;锁定区域随约减风速减小而增大;同样2D模型的平均阻力系数在锁定区域随着约减风速减小而增大。     

汽车外部复杂流场计算的湍流模型比较

采用Spalart-Allmaras模型、标准k-ε模型、RNG k-ε模型、R k-ε模型和雷诺应力模型对汽车外部复杂旋涡绕流进行了数值模拟。结果表明，RNG k-ε模型考虑了湍流中涡流因素影响和低雷诺数效应，可有效模拟汽车尾部和底部复杂旋涡流动结构，计算精度较高，且计算量小，是五种模型中较适于汽车外部复杂流场数值仿真计算的湍流模型。     

基于仿生的A柱-后视镜区域气动降噪研究

在某SUV车型的A柱-后视镜区域建立了6种仿生模型,稳态计算采用SST k-ω湍流模型,瞬态计算采用大涡模拟(LES),探讨了流场和声场的气动特性。仿真与风洞实验结果对比表明,仿真的监测点压力系数与实验数据基本吻合,1/3倍频程声压级曲线也比较一致。仿真结果表明,6种仿生模型都起到了降低噪声的作用,尤其在人耳敏感的中高频域降噪效果更为明显。其中,仿生模型1(A柱凸起结构)与原模型相比,降低了涡流强度,对流线具有梳理作用。总声压级的分析表明,仿生凸起模型局部降噪效果明显,仿生凹坑模型降噪效果均匀。     

汽车空调风道气动噪声仿真方法研究EI北大核心CSCD

为寻求汽车空调风道气动噪声一种高效高精度的仿真方法,基于德国整车企业联合发布的标准风道模型,对比研究了声类比法、直接模拟法和联合仿真分析法的优劣,并重点分析了声源面对声类比法精度的影响。首先,采用RNG湍流模型与SST k-ωDES模型分别对其稳态流场与瞬态流场进行求解,然后采用声类比法、直接模拟法和联合仿真法分别求解远场辐射噪声问题,仿真与试验结果表明:RNG湍流模型捕捉的风道内时均流场特征与PIV测量结果基本吻合; SST k-ωDES模型求解的风道内壁面脉动压力频谱仿真值与试验值基本一致;而在常用的几种仿真方法中,以出风口处环绕射流的可穿透面为声源面的声类比法求解精度最优。     

汽车空调风道气动噪声仿真方法研究

为寻求汽车空调风道气动噪声一种高效高精度的仿真方法,基于德国整车企业联合发布的标准风道模型,对比研究了声类比法、直接模拟法和联合仿真分析法的优劣,并重点分析了声源面对声类比法精度的影响。首先,采用RNG湍流模型与SST k-ωDES模型分别对其稳态流场与瞬态流场进行求解,然后采用声类比法、直接模拟法和联合仿真法分别求解远场辐射噪声问题,仿真与试验结果表明:RNG湍流模型捕捉的风道内时均流场特征与PIV测量结果基本吻合; SST k-ωDES模型求解的风道内壁面脉动压力频谱仿真值与试验值基本一致;而在常用的几种仿真方法中,以出风口处环绕射流的可穿透面为声源面的声类比法求解精度最优。