机翼翼端与固壁之间隙流动的数值模拟

本文通过求解不可压缩流体RANS方程,对机翼翼端与固壁间隙流动进行了数值模拟。计算采用Chiorin提出的人工可压缩性方法及Baldwin-Lomax零方程湍流模式。针对间隙流动的特殊性,引进了流场分块的思想以降低网络生成难度、提高网络质量。为了验证计算方法的精度,首先对三维叶栅与固壁之间隙流动进行了数值模拟,计算结果与试验比较吻合良好。在此基础上,对高雷诺数下机翼翼端与固壁间隙的流流动进行了数值模拟,着重是隙的变化对机翼总力的影响、翼端分离涡的形成和发展以及导边附近马蹄涡的出现和消失、间隙内二次流动的特征待方面进行了分析。     

通海阀内流场的三维数值模拟

通海阀是船舶内部管路系统与外界连接的重要装置,主要用于各管路海水注入和排出的控制和调节．其性能的好坏直接影响全船各系统甚至整个船舶的性能。在实际使用中发现,通海阀噪声振动加速度偏高,对船舶声学性能产生影响。因此,以通海阀为研究对象,采用Fluent软件对通海阀在不同的开口度和流量下的内流场进行数值计算,给出通海阀阀腔内的速度场和压力场图.根据该可视化结果分析影响通海阀性能和产生噪声的原因,为通海阀的内流道优化提供理论依据。     

全附体潜艇三维粘性流场数值计算方法研究

采用不同的湍流模型和网格形式对SUBOFF全附体模型进行三维粘性流场数值模拟,将计算所得的艉部伴流场同有关文献的试验结果进行比较,并以伴流分数对周向角的曲线形式展现出来,分析了湍流模型、艇体周向网格节点间距和y+值对全附体潜艇三维粘性流场数值计算结果的影响.     

载人潜器阻力性能的数值计算和模型试验及船型优化

采用多块结构化网格对某载人潜器模型周围计算区域进行网格离散,采用Realizable k-ε湍流模型对潜器周围绕流场进行数值模拟.在船模拖曳水池中进行载人潜器模型不同艏向角和垂直上升及下潜航行时的阻力试验.将阻力的数值计算结果与试验值进行对比,两者的偏差在可接受范围内.考虑载人潜器主体的舯纵剖面的二维外形,用多岛遗传算法对其粘性流场的阻力数值计算结果进行船型的一体化优化,得到二维阻力最小的优化外形.将舯纵剖面外形的优化结果应用到三维载人潜器主体,比较优化前后的主体阻力.数值计算结果表明,载人潜器主体外形优化前后阻力的优化收效在30%以上.     

海洋污损对叶切面性能影响的数值研究

通常情况下螺旋桨桨叶表面是抛光金属,没有涂装防污涂层,这使得桨叶表面易受污损的附着和侵蚀,然而污损对叶切面性能的影响却很少受到关注和研究。文章通过CFD方法对这种影响进行定量研究,并对产生影响的物理机制进行深入分析。采用SST k-ω湍流模型以NACA 4424翼型作为叶切面进行数值模拟,在海洋污损生物群落中选取藤壶作为桨叶污损对象,并在几何层面上直接进行建模。计算结果表明,污损会使得叶切面表面边界层分离更早,分离区域增大,这将显著降低叶剖面的升阻比C_L/C_D,进而导致螺旋桨推进效率大幅度减小。尽管如此,当污损高度超过一定值后,污损高度的增加对C_L/C_D的影响便会变得很小。数值计算与文献中试验结果吻合得较好。     

天然气发动机曲轴箱爆炸模拟及分析

为了验证船用天然气发动机曲轴箱的设计强度能否承受最恶劣爆炸工况下的超压,利用CFD计算软件对曲轴箱内燃料-空气混合气体爆炸后果进行了数值模拟。现有的CFD计算方法普遍采用等效气体云模型,其中最新的Q9模型能够综合考虑气体膨胀率和层流燃烧速率对爆炸后果的影响,应用广泛。然而在曲轴箱等高拥塞度受限空间内发生的气体爆炸,火焰传播猛烈且燃烧状态复杂,对于这种情况采用Q9模型来进行模拟会造成结果的不准确,为此基于荷兰应用科学院(TNO)多能法在现有模型的基础上推导了适合曲轴箱内爆炸模拟的等效气体云模型。通过与试验数据的验证对比发现,新模型在高拥塞度较小容积受限空间中的计算结果精度较高,误差在20%以内,且混合气体越接近理想状态(化学计量浓度),该模型的计算精度越高。以某典型船用天然气发动机曲轴箱为例,采用新的等效气体云模型计算了最恶劣爆炸工况下曲轴箱内的超压分布,并导入有限元软件进行了强度评估。评估结果表明：曲轴箱内最大应力的位置发生在结构强度较弱的油底壳处,应力峰值为361.257MPa,油底壳采用Q235材料,该应力已超过其许用应力,该部分结构无法承受最恶劣爆炸工况下的超压,因此如不安装防爆阀,需在设计时对曲轴箱油底壳结构进行适当加强。     

熵格子Boltzmann方法的重整化群代数湍流模型

重整化群理论所建立的湍流模型能够最大程度地减小模型经验性,因此文章尝试将重整化群代数湍流模型引入到熵格子Boltzmann方法中,建立新型的计算模型以对高雷诺数湍流进行模拟研究。同时为了进行比较研究,还建立了熵格子Boltzmann方法的标准大涡模拟模型。完成了对高雷诺数湍流绕流场的模拟计算。结果表明:所建立的熵格子Boltzmann方法重整化群代数湍流模型能够有效地模拟高雷诺数湍流流动问题;其对紧贴壁面处较小尺度湍涡的模拟结果趋近于大涡模拟的结果;重整化群代数湍流模型在对高雷诺数湍流的模拟中表现出耗散模型的特征。     

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。     

平面运动机构试验CFD仿真影响因素分析

为提高基于重叠网格法的平面运动机构试验的仿真精度,以SUBOFF标模为计算对象,对计算域大小、时间步长、运动频率和湍流模式等参数进行计算对比。结果表明:内部运动区域的大小对计算结果的影响可忽略;综合效率和精度,时间步长取1个周期300步较好;采用Realizable k-ε湍流模式与采用SST k-ω湍流模式得到的结果相差较小,前者与试验结果更为符合;当振幅取0.04 m或0.04 rad时,运动频率取0.1 Hz～0.5 Hz均可,对结果的影响相对较小;单个频率下的结果具有较大的随机误差,需根据多个频率进行线性仿真。采用研究所得方法进行仿真分析,并将仿真结果与试验结果相对比,发现加速度导数、位置导数和旋转导数的误差分别在35%、23%和33%以内,显现出模拟结果具有较高的精度,满足工程初步分析中的精度要求。     

山区特大跨径桥梁桥址处风特性实测研究

为研究山区桥址处的风场特性,基于西南山区某特大桥结构健康监测系统,对桥址处实测风场特性进行分析,并与规范推荐值比较。结果表明：1)大部分风速时程处于平稳状态,横向脉动风速的非平稳性高于纵向脉动风速;2)实测风速时程平均风速有跳变波动,平均风向保持平稳;3)各向湍流强度、阵风因子在低风速区段随平均风速的增大而减小,在高风速区段随平均风速的增大而趋稳;4)实测纵向阵风因子超过规范推荐值,纵向阵风因子与湍流强度具有较强的相关性,实测拟合曲线较Ishizaki推荐值偏小;5)实测功率谱值在低频区逐渐增大,在高频区逐渐减小,Von Karman经验谱能描述实测数据的脉动特性。该研究结果可为同类桥梁结构抗风设计提供依据。