侧风对轿车气动特性影响的稳态和动态数值模拟对比研究

分别采用稳态方法和基于动网格技术的动态方法对侧风作用下的汽车外流场进行了3种情况的数值模拟,将3种模拟结果进行对比,同时将部分模拟结果与试验值进行了对比。结果表明合理选用数值模拟方案可获得较满意的计算结果;地面边界层对计算结果影响较大;稳态方法和动态方法的流场分布、阻力系数和升力系数以及较弱侧风条件下的侧向力系数有较好的一致性,强侧风条件下的侧向力系数则差别较大。     

正方形截面气动外型优化仿真计算

运用计算流体力学软件FLUENT,引入雷诺应力模型求解不可压粘性流体Navier-Stokes方程,对正方形及其不同切角截面进行仿真计算．研究了正方形,切角正方形,圆角正方形三种截面的阻力,升力,俯仰力矩,Strouhal数及尾流的流动状态．仿真计算结果表明几何形状的微小变化会引起气动力系数发生很大的变化,尤其是在物体形状的变化强烈的影响到压力分布的时候,其中圆角正方形截面的气动性能最好．仿真计算结果与风洞实验结果吻合良好．     

湍流边界层的两层模型积分法

湍流边界层的两层模型(TLM)微分法在过去的十几年里得到了迅速发展.然而,目前除了对简单的模型外,还未能得到完全可靠的速度剖面模型.本文针对平板湍流边界层讨论一种新的两层模型积分法,该方法的内层采用壁面率,而外层使用了剪应力呈抛物线分布的Clauser湍流粘性公式.计算结果与1/7幂次律单层模型进行了比较,吻合较好.如果考虑压力梯度的影响,还可以将该方法推广到轴对称和三维湍流边界层中去.     

高速列车气动性能低温风洞试验

采用低温风洞试验对比了中国高速列车HST、法国高速列车TGV和德国高速列车ICE3的气动性能; 基于EN 14067和TSI标准在铝质材料模型上测试了不同侧偏角下列车阻力、升力和倾覆力矩; 利用粒子图像测速技术测量了列车周围流场, 得到了高速列车与空气的相互作用机理和气动现象; 采用计算流体力学方法模拟了高速列车实际运行情况, 并与低温风洞试验流场测试结果进行了对比。研究结果表明: 0°~10°侧偏角下列车阻力系数绝对值从大到小依次为HST、ICE3、TGV, 侧偏角为0°时, 3种列车的阻力系数分别为0.223、0.166、0.140;0°~5°侧偏角下列车升力系数绝对值从大到小依次为TGV、ICE3、HST, 且数值均接近0, 其中ICE3、HST为正升力, 列车受压向轨面力, TGV为负升力, 列车受上浮力; 0°~5°侧偏角下列车倾覆力矩系数绝对值从大到小依次为TGV、HST、ICE3, 侧偏角为0°时, 3种列车倾覆力矩系数分别为0.021、0.019、0.011;HST高速列车由于头部双层造型设计, 在头部曲面过渡处出现流动分离, 增大了列车摩擦阻力和压差阻力, 导致列车阻力系数比TGV和ICE3偏大一些, 但阻力系数在高速列车头型设计技术要求限值0.25之内, 且升力和倾覆力矩性能较好, 列车具有良好的稳定性, 满足高速列车头型气动设计的工程需求。      

含微气泡二相湍流边界层减阻理论计算

利用边界层中注入微气泡降低固体壁面摩擦阻力的方法是一项有实用价值且有待进一步研究的减阻技术.本文以含有微气泡的湍流边界层为研究对象,以气液二相流理论为基础,建立了二相湍流边界层控制方程,在对控制方程进行详细讨论的基础上,利用差分网格法进行了求解,计算结果表明微气泡具有明显的减阻效果.最后对影响减阻效果的因素进行了分析,并指出了今后的研究方向.     

导流翼片的倾角和长度在降低大后壁车辆气动阻力中的作用

利用1／16缩比的公共汽车模型及不同倾角和长度的导流翼片，在一带有可移动地面和边界层吸收装置的开放型风洞中进行了在车辆后端面的4边上安装导流翼片时车辆后部尾流区的压强恢复及气动阻力降低的实验。对导流翼片的倾角和长度在降低大后壁车辆气动阻力中的作用及机理进行了研究。找到了能使车辆的气动阻力降低20％左右的导流翼片最佳长度及倾角。     

汽车风洞试验地板边界层控制技术

本文介绍了用局部开槽内部吸气法控制汽车风洞试验地板边界层的新技术，这种方法使地板边界层厚度大大降低，而风洞仍保持好的流场品质及流场较均匀的特点。     

汽车风洞试验中的雷诺数、阻塞和边界层效应问题综述

对汽车风洞试验中的雷诺数、阻塞和边界层效应进行了分析并得出若干结论:首先,采用缩比模型时,雷诺数将对气动力测量产生影响,雷诺数过低通常会使阻力系数测量值偏大约1%～2%,而更低的局部雷诺数甚至会改变局部气流特性;其次,有限的风洞尺寸必然产生阻塞效应,它影响气动力和试验参考风速的测量,但可以通过适当的经验方法和合理的标定程序进行修正;最后,风洞固定地板产生的边界层会干扰车辆底部和车轮附近的气流.如果没有任何边界层控制措施,气动阻力测量值会偏小,而升力测量值偏大;且底盘越低误差越大,因此须采取合理的控制方案以降低边界层对气动力测量的影响.     

Numerical Investigation on Two-dimensional Boundary Layer Flow with Transition

As a basic problem in many engineering applications, transition from laminar to turbulence still remains a difficult problem in computational fluid dynamics （CFD）. A numerical study of one transitional flow in two-dimensional is conducted by Reynolds averaged numerical simulation （RANS） in this paper. Turbulence model plays a significant role in the complex flows＇ simulation, and four advanced turbulence models are evaluated. Numerical solution of frictional resistance coefficient is compared with the measured one in the transitional zone, which indicates that Wilcox （2006） k-ω model with correction is the best candidate. Comparisons of numerical and analytical solutions for dimensionless velocity show that averaged streamwise dimensionless velocity profiles correct the shape rapidly in transitional region. Furthermore, turbulence quantities such as turbulence kinetic energy, eddy viscosity, and Reynolds stress are also studied, which are helpful to learn the transition＇s behavior.     

明渠恒定均匀流流速垂向分布研究

恒定流是明渠水流基本原理研究的重要课题,水流的动力特性决定了泥沙的沉积和悬浮,河床底部侵蚀和沉积的演变,是水动力机理研究的重点。为了进一步讨论明渠平均流速剖面和恒定流摩阻特性,文章结合理论分析和实验研究,基于粒子图像测速仪(PIV)水槽实验系统,探究不同工况下恒定流流速剖面、紊流度和底边界层厚度等参数的变化规律。结果表明:(1)沿轴向,紊流度与平均流速成正相关,随着总水深的增加,紊流度沿垂向变化变缓。平均流速和比降的增大,都会使紊流度曲线右移。随着比降的增大,平均流速所引起的紊流度的增大幅度越小。但是,平均流速对比降引起的紊流度的增大幅度影响不大。(2)总水深较小时,平均流速对底边界层厚度的影响较大,总水深较大时,总水深对底边界层厚度的影响更明显。