高速列车气动噪声贡献量分析

建立了3节编组的CRH380B高速列车气动噪声计算模型, 包括6个转向架、2个风挡、3个空调机组和1个DSA380型受电弓等细微结构, 采用基于Lighthill声学理论的宽频带噪声源模型对高速列车气动噪声源进行识别, 基于高阶有限差分法的大涡模拟对高速列车近场非定常流动进行分析, 并采用Ffowcs Williams-Hawkings声学比拟理论对高速列车气动噪声进行预测。计算结果表明: 远场噪声计算结果与风洞试验结果的最大差值为1.45dBA, 因此, 高速列车气动噪声计算模型是准确的; 对气动噪声贡献量由大到小依次为转向架系统(6个转向架)、车端连接处(2个风挡)、受电弓与空调机组, 数值分别为83.58、79.31、74.08、59.71dBA; 以受电弓开口方式运行的整车气动噪声贡献量小于闭口方式, 最大声压级和平均声压级分别小于0.40、0.31dBA; 头车一位端转向架对转向架系统气动噪声贡献量最大, 为79.73dBA; 对受电弓气动噪声贡献量由大到小依次为: 碳滑板、平衡臂、弓头支架、底架、绝缘子、下臂杆、铰接结构、上臂杆、拉杆与平衡杆, 数值分别为97.95、93.02、86.63、82.07、79.46、76.85、72.43、66.63、62.02、54.22dBA; 在速度为350km·h^-1时, 受电弓气动噪声存在主频为305、608、913 Hz, 且此3阶单频噪声频率是由弓头部位涡流脱落所导致的气动噪声贡献。     

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．     

柴油机高压及微孔径下燃油雾化特性的数值研究(Ⅱ)——湍流模型对燃烧的影响

为了有效模拟燃油燃烧过程,向计算流体力学平台KIVA-3V中加入了大涡模拟程序,同时耦合了化学反应动力学软件Chemkin,建立了喷雾燃烧过程的大涡模拟燃烧平台。研究了在高压和微孔径条件下两种湍流模型对燃油雾化燃烧过程的影响,同时对1台Caterpillar 3401重型柴油发动机缸内燃油喷雾燃烧过程进行了数值研究。结果显示,大涡模拟得到的燃油的燃烧过程与试验结果较为接近,燃烧温度分布及缸内压力变化趋势都要好于雷诺平均模型。     

三维孔腔流激噪声的大涡模拟与声学类比预报与验证研究

孔腔流动从属于与自持振荡密切相关的一类基本流动。在工业领域中,孔腔流动会引起结构振动与疲劳、噪声的产生与阻力的急剧增加,因而备受关注。文章通过大涡模拟结合FW-H声学类比方法,对于五种不同尺寸的方形孔腔在水中的流动发声进行了数值预报。首先,简要介绍了国际上采用大涡模拟结合声学类比在孔腔流激噪声数值预报方面所做的一些研究;其次,详细描述了所使用的大涡模拟方法、动态Smagorinsky亚格子模型以及FW-H声学类比方法。最后,详细分析了计算结果,包括孔腔中的流谱、孔腔与载体上的涡量分布以及五个孔腔的辐射噪声频谱。将噪声的计算结果与试验结果进行了对比,验证了文中所建立的数值预报方法的可靠性。     

潜艇模型尾流场脉动速度及压力的子波自相关分析

采用热线风速仪和压力传感器同时测量潜艇尾流边界层的脉动压力和脉动速度信号,运用连续子波变换的自相关和互相关分析,研究边界层相干结构的变化规律。结果显示,相干结构在时空中呈多尺度分布,在对数区主要集中在大尺度,在缓冲区扩散到小尺度。在大尺度向小尺度的过渡过程中,相关性下降很快,小尺度涡相关性更弱。广泛存在的相关性很弱的小尺度涡成为数量巨大、含能很少的背景湍流。子波变换的自相关分析可以定性,也可以定量显示涡的时空特性,是研究湍流多尺度相干结构的有效方法。     

汽车发动机电磁涡流预热的探索

介绍利用电磁涡流预热发动机的设计方案,即通过被加热缸体体内产生涡流,从而产生热量,加热缸体。与其它加热方式相比,电磁涡流是对缸体直接进行加热,是一种高效的加热方式。     

带阻尼条的永磁无刷直流电机转子温度场分析

随着永磁电机的单机容量和功率密度不断增大,使得电机运行时产生的单位体积损耗显著增加.引起电机各部分温度升高,这直接影响电机的寿命和运行的可靠性.大型永磁电机的实际运行是一个非常复杂的物理过程,为了准确地描述这一物理过程,从包括电磁场和温度场在内的多场耦合的角度进行分析是必要的.本文采用有限元法围绕永磁电机转子三维温度场进行了系统地研究.     

用大涡模拟方法研究湍流边界层流动噪声

利用大涡模拟方法,对刚性光滑平板上充分发展的低马赫数湍流边界层流动进行了数值模拟.在此基础上将时一空变化的湍流流场信息作为近场声源,运用Lishthill的声学类比理论计算了边界层辐射噪声.文中讨论了偶极子、四极子对噪声的贡献,通过对比它们的功率谱密度,认为壁面剪切应力(偶极子)是湍流边界层辐射噪声的主要来源.     

开孔分布对空腔流动特性的分析

开孔分布是影响空腔流动的一个重要因素.为了对开孔空腔流动有更深的认识,采用大涡模拟(LES)的方法,以Suboff艇体母线建立二维模型,研究4种开孔分布对空腔流动阻力,频谱特性及内外流交换的影响.对计算结果的分析表明,由于艇体表面的压力分布不同,孔附近产生纵向压力差,促使空腔内外流动交换,增加主艇体首尾压差阻力,进而使得总阻力增大.计算结果表明艇体阻力增加与内外流交换的密切相关,开孔位于中部时总阻力增量最小,内外流增量最小,开孔均匀分布时引起内外流流动交换剧烈,阻力增量最大,而且开孔引起总阻力波动幅值增加,频率分布特性发生相应的改变,开孔使得大幅波动频带变宽,可以预测噪声强度增加,频带变宽.     

Large eddy simulations for quasi-2D turbulence in shallow flows: A comparison between different subgrid scale models

In this study, the performance of the horizontal large eddy simulation module, developed at the University of Leuven (HLES-KULeuven module) is assessed. A comparison between different subgrid scale models has been carried out. The study is concerned with the non-rotating and unstratified flows. The results of the simulation for an oscillatory backward facing (BFS) flow are presented in case of an expanding flume based on a one-length scale approach and a two-length scale approach. Three subgrid scale (SGS) models have been tested: Smagorinsky SGS model (Smagorinsky, J., (1963). General circulation experiments with the primitive equations, I. the basic experiments. Monthly Weather Review, 91(3), 99–164), Uittenbogaard SGS model (Uittenbogaard, R.E., and van Vossen, B., (2004). Subgrid-scale model for quasi-2D turbulence in shallow water. Shallow Flows. Jirka and Uijttewaal (Eds.), Taylor & Francis Group, London, ISBN 90 5809 700 5) and a proposed two-length scale approach. The first two models are considered to be a one-length scale models. A simulation without a subgrid scale model for the horizontal mixing has also been conducted. In all simulations, a quadratic friction model parameterizes the dissipation produced by the 3D-subdepth scale turbulence. The two-length scale concept uses a newly mixing length formulation for the quasi-2D turbulence and doesn't depend on the filter width in contrast to the one-length scale approach, in which the mixing length is function of the filter width. The outputs of the HLES-KULeuven module have been compared with the experimental data taken from Stelling, G.S., and Wang, L.X., (1984). Experiments and computations on separating flow in an expanding flume. Dept. Civil Engineering, Delft University of Technology, Report 2–84.). The two-length scale approach has been validated with experimental data from SERC Flood Channel Facility at HR Wallingford. In general, there is a qualitative agreement with the experimental data. It has also been found that the two-length scale approach produces more elongated and less isotropic vortex than the one-length scale models.