计算网格对列车空气动力学不确定性的影响

为评价计算网格对明线列车空气动力学数值仿真计算结果的影响,基于计算流体力学,研究了计算网格对列车气动特性的不确定性. 首先根据3种不同尺寸的计算网格及其计算结果,提出了计算网格对列车气动力和表面压力不确定性的计算方法;其次以ICE2列车为研究对象,划分了3种不同尺寸的计算网格,数值仿真得到了列车气动力和典型截面的压力;最后研究了该列车头车气动力和典型截面压力的不确定性. 研究结果表明:数值仿真得到的气动侧力系数与试验数据的误差仅为0.31%;车身迎风侧表面压力的不确定性接近于0;车身表面压力不确定性较大的位置主要位于车体底部,其最大不确定度达到1.42;头车侧力系数的不确定度为0.002 6,而头车升力系数的不确定度为0.509 3.      

建筑结构非定常绕流风场的数值模拟方法

给出了一种适用于计算建筑结构非定常绕流风场的大涡数值模拟算法．该算法基于有限差分法,采用曲线坐标结构网格,能精确描述形状复杂的物面边界,为下一步准确模拟含有因结构受风变形所致运动边界的绕流场奠定了基础．该算法采用投影法解耦纳维一斯托克斯方程中的压力和速度,对非定常流场的时间步进采用二阶Adams—Bashforth方法．采用同位网格以减少计算所需内存,为了平抑同位网格下中心差分格式导致的固有压力波动现象,计算对流速度时采用Rhie—Chow动量插值方法,利用编制的曲线坐标系下大涡模拟数值计算程序,对德州理工大学（TTU）建筑足尺模型绕流风场进行了模拟,所得结果与现场实测和风洞试验结果进行了比较,结果表明,本文算法是建筑结构非定常绕流风场数值模拟的有效方法．     

潜艇螺旋桨直接辐射噪声的数值计算

采用计算流体力学与声学边界元方法相结合求解了潜艇尾部大侧斜螺旋桨的直接辐射噪声.与一般螺旋桨噪声计算不同的是,螺旋桨非定常计算时引入了潜艇尾部桨盘面的速度分布作为非均匀来流,能够提供更加真实的螺旋桨脉动压力源场.提取桨叶表面的声偶极源项后,采用边界元方法,求解FW-H方程,得到了螺旋桨空间测点的声压谱和总声级.桨盘面速度分布由全附体潜艇粘性流场数值计算得到,其可信性由艇体表面的压力系数与试验值的比较给予了验证.螺旋桨数值模型的可信性由敞水特性预报值与试验值的比较进行了验证.     

船波边界积分法中的自由表面奇点上置

利用由Ｆｏｕｒｉｅｒ分析得到以公式及相应的数值计算，对船波问题的边界积分方法中自由表面奇点上置的影响进行了讨论，认为奇点上置位置的适当选取将有助于改善数值计算中的色散误差并降低其对于网格变化的敏感程度。     

给定压力分布的螺旋桨面元法设计

为了改善螺旋桨的空泡性能，提供了一种基于面元法的螺旋桨设计方法。该方法通过给定压力分布进行设计。压力分布可以由设计人员指定，也可以由升力面设计方法获得。或者通过修改母型螺旋桨的压力分布而得到。桨叶形状的表达用B样条方法实现，这样可以通过较少的控制角点来表达桨叶形状。将面元法计算得到的压力分布与给定的压力分布之差的平方和作为优化目标函数，通过最小化目标函数可以得到桨叶形状。     

螺旋桨无空泡噪声的研究

文中建立了一套时域范围内螺旋桨无空泡噪声的预报方法：将基于速度势的非定常面元法计算的螺旋桨表面压力分布作为无空泡噪声计算的输入量,采用声学FW-H方程的Farassat公式获得声压的时间历程,再通过离散傅里叶变换得出噪声的频谱图.通过对计算结果的比较和分析,得出螺旋桨在无空泡状态下,厚度噪声要比载荷噪声小得多,可忽略不计.载荷噪声和厚度噪声具有明显的指向性,载荷噪声声压级在桨轴方向最大,在桨盘面方向最小.     

导管对螺旋桨水动力性能的影响

以面元法为数值计算方法,采用双曲面元以消除面元间的缝隙.分别计算螺旋桨和导管,二者之间的影响通过迭代方法加以考虑.螺旋桨对导管的诱导速度在导管表面周向平均,导管对螺旋桨的诱导速度在螺旋桨盘面处周向平均,从而使导管周围和螺旋桨周围的非定常流动简化为定常流动.应用该方法编制了程序,计算了导管桨的水动力性能,进一步研究了导管的大小、形状、位置等因素对螺旋桨的水动力性能、表面压力分布、叶片环量分布等的影响.     

基于HyperMesh的活塞网格划分策略研究

网格划分作为有限元数值模拟分析的一个重要环节,它直接影响着后续数值计算求解时间及分析结果的精确性。活塞作为多特征的复杂结构体,其网格划分具有很大的难度。借助于HyperMesh软件强大的CAE建模、网格划分及可视化功能,针对同一活塞几何模型的网格划分和质量检查,对比不同网格条件下模态分析过程和结果的差异,进而阐明了得到高质量活塞网格的处理对策和技巧,为同类型结构的网格划分和最优化分析提供参考。     

三维流动数值模拟中网格划分方法的研究

从注重实用性，计算效率与精度的角度出发，探讨了具有复杂外形的流动区域中网格划分方法的问题，对发动机进气道内的气体流动进行了数值模拟，验证了所提出的网格划分方法以及计算软件的可靠性与精度。     

非线性兴波阻力计算

叙述了计算船舶非线性兴波阻力的一种方法，采用面元法满足完全非线性边条的势流场。特点是采用三角形单元，源面自自由面上置和自湿水面下潜，每次迭代均适应新的波面重新作网格划分，所采用的迭代方式未发生不收敛问题，只需少数迭代次数即达到收敛。对Ｔｏｄｄ６０系列Ｃｂ＝０．６￣０．７５及不同Ｌ／Ｂ，Ｂ／Ｔ作了计算，所得计算结果与试验值符合，令人满意。     

高速铁路隧道压力波数值分析

本文根据一维、可压缩、不等熵非定常流体流动理论并利用特征线法发展了高速列车驶人隧道引起隧道内空气压力瞬变的数值模拟方法，并根据该方法初步探讨了喇叭口型隧道减缓压力波的效果。计算结果表明，该方法可作为我国高速铁路隧道设计参数选择的研究工具。隧道设置喇叭状洞口作为减缓压力波的措施是可行的。     

吸喷结合式水翼水动力及空泡性能的数值分析

以NACA0012为研究对象,采用2种湍流模型对翼型绕流进行模拟,通过与实验值对比,确定了合理的湍流模型.分别计算分析了船用水翼添加前缘抽吸作用、后缘喷水作用、吸喷结合作用后,升力系数、阻力系数和升阻比的变化情况,结果表明,船用水翼在微吸水、喷水或吸喷结合作用下均提升了翼型的升阻比,起到了增效的作用.开展了翼型在无吸喷、单吸口、单喷口及吸喷结合形式下的定常与非定常空泡流动的数值模拟,计算结果表明,前缘吸水可以抑制空泡的发展,尾部喷水却会使翼型空泡分布扩大化,吸喷结合形式较为适中;针对翼型的3种改进均使空泡周期增长,可抑制单位时间内空泡云的脱落,减少对水翼表面的剥蚀.     

高速列车通过隧道群压力波计算方法初探

根据一维可压缩非定常不等熵流动模型和广义黎曼变量特征线法,建立了高速列车通过隧道间隔距离小于列车长度的隧道群过程中引起压力波动的计算方法和计算程序,并初步进行了参数研究,为今后对该类问题的研究提供了参考依据.     

CRH3高速列车隧道压力波特性浅析

高速列车通过隧道会引起较大的车内外压力波动,带来乘客舒适性问题和车体较大的气动疲劳载荷.与常规速度的列车比较,隧道压力波是高速列车车体设计和通风系统设计中所必须要考虑的问题.基于已研制的一维可压缩非定常不等熵流动和广义黎曼变量特征线数值计算程序,给出了CRH3高速列车单车通过隧道和两列车隧道交会过程中隧道内压力波和车外压力波的形成过程,分析了同一编组上不同车厢车内外压力和压差的变化规律,以及8节车辆和16节车辆两种编组长度对车内外压力和压差的影响特征,得出了会车压力波变化比单车压力波变化更加剧烈,建议今后以隧道内会车工况为研究内容,研究车内外压力和压差的变化,确定最恶劣的会车工况和车内外压力和压差,为列车设计提供依据.     

基于活塞风理论的高速铁路隧道衬砌压力计算改进方法

依据一维非定常流理论,对以往的活塞风理论进行了改进与优化,首先对不同状态下隧道内的空气密度进行了修正,充分考虑了活塞风的非定常性,改进了以往理论中空气密度的选取方法,使其更符合实际工况.其次引入了压力波传递机制,将其应用于活塞风的状态方程中,更准确地反映出隧道内压力的传递规律.     

Study of steady and unsteady wet steam condensing flows in a turbine stage

Objective To develop the numerical method for the steady and unsteady wet steam condensing flow in turbine stage. Methods An Eulerian/Eulerian numerical model is used to describe the spontaneous condensation flow in the steam turbine. For the steady condensing flow computations, the mixing plane model was used. For the unsteady condensing flow computations, the sliding mesh method was used to simulate the rotor-stator interactions. Results The numerical results showed the obvious differences between non-condensing and condensing flows. The results also showed the unsteadiness effect due to rotor-stator interactions had a deep influence on the formation and growth process of water droplets. Conclusion The numerical methods presented in this paper are valid for the condensing flow in the turbine stage.     

Modified numerical model for simulating fluid-filled structure response to underwater explosion with cavitation

In this paper, a numerical method is established to analyze the response of fluid-filled structure to underwater explosion with cavitation and the validation of the method is illustrated. In the present implementation, the second-order doubly asymptotic approximation （DAA2） other than curved wave approximation （CWA） is used to simulate non-reflecting boundary. Based on the method, the difference between DAA2 non-reflecting boundary and CWA non-reflecting boundary is investigated; then, the influence of internal fluid volume and the influence of cavitation on dynamic response of spherical shell are analyzed. Compared with CWA non-reflecting boundary, DAA~ non-reflecting boundary treats added mass effects better. When the internal fluid is full, the displacement and velocity of spherical shell decrease, but, when the internal fluid is half, the displacement and velocity of spherical shell increase. The effect of cavitation is more obvious at the trailing point than at the leading point of spherical shell.     

高水头船闸阀门开启过程水力特性仿真研究

采用动网格技术和VOF方法对高水头船闸阀门开启过程进行非恒定流三维紊流数值模拟,研究阀门段水流急变分离的流态、流速、压力等水力特性参数的时空演化规律,以及出现空蚀与流激振动的危险区域和时刻。研究表明,阀门工作最不利开度是0.4,阀门后狭缝、阀门下底缘及跌坎角处是流噪声源,也是空蚀风险区;开度0.5时突扩体顶板上游侧区域有负压,有空蚀风险;空蚀最危险区域在突扩体升坎反弧末端,最不利工况下,开度0.8时负压高达120.75 kPa。建议进一步对突扩体型进行优化,运行中采用阀门快开方式减小负压持续时间,采取工程措施加强空蚀区的防护。     

Lift distribution based design of two-dimensional sections

A lift distribution based section design method has been proposed. Through Newton-Raphson iterations, the section geometry is efficiently designed to meet the requirements for total lift and lift distribution. The effect of fluid viscosity on total lift is taken into account by coupling Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) simulation with the potential-flow based design procedure. The present method avoids the difficulty of assigning velocity or pressure distributions on section surfaces. As the loading and thickness distributions are expressed in parametric forms, it is easy to ensure that the designed geometry is continuous and smooth. The effects of lift and thickness distributions on cavitation bucket are numerically investigated. A shift of lift loading towards the aft part of section tends to decrease the margin of back cavitation, while the width of cavitation bucket can be kept almost unchanged. To have a wider cavitation bucket, one can increase the leading edge radius, move properly the location of maximum thickness towards the leading edge, or decrease the curvature at the location of maximum thickness.