位于剪切层的移测架流固耦合分析

基于数值计算与风洞试验相结合,研究了移测架的流动特性,验证了采用数值方法的准确性.通过分析剪切层内的移测架的受力,得知:移测架受到的总气动阻力和总气动升力随着它与喷口距离的增加而增加,其增加速度在距离为5m时达到最大.利用流固耦合计算方法,了解到移测架受到的最大气动升力远大于平均气动升力,约在3倍左右.升阻力不再具有单一频率特性,而是在2~60Hz内分布着较大的振幅.如此宽范围的频率容易引起移测架共振,从而使移测架发生强烈抖动,导致测点定位的不准确,影响到汽车风洞试验数据的准确度.     

雨刮器非线性黏滑振动及其对刮刷效果的影响

建立基于黏滑振动理论的雨刮器2自由度非线性动力学模型,通过数值计算的方法,利用分岔图和相轨迹证实刮刷过程中普遍存在的黏滑振动现象,并分析不同刮刷速度下的非线性黏滑振动特性;采用时间历程和等高线图分析黏滑振动的时空分布,通过占空比及对刮痕数量的定量统计,对刮刷效果进行评价分析.研究发现:不同刮刷速度下黏滑现象的发生及其振动特性具有复杂的非线性特征;当名义刮刷线速度大于0.725m·s-1时,无黏滑振动现象;提高刮刷速度能有效抑制黏滑振动的发生,减轻刮痕分布的不均匀性对刮刷效果的影响.     

轿车尾随集装箱车外流场计算仿真分析

利用计算流体力学(CFD)软件对一辆小轿车尾随一辆集装箱车的过程进行了数值模拟,得到了在尾随过程中小轿车的气动阻力系数和气动升力系数相对变化曲线图.通过仿真结果可以得出尾随的过程中,轿车的气动阻力系数随两车间距离的减小先降低,当两车间距达到2倍的轿车车长时,气动阻力系数达到最小,随着间距的进一步减小气动阻力系数增大;而轿车的气动升力系数在车距小于2倍轿车车长时随车距的减小而增大,当两车间距为轿车车长时气动升力系数达到单独一辆车行驶时的2倍.通过计算可以得出在气动阻力系数最小时轿车省油13.7%的结论.     

横风作用下铁路货车篷布气动力数值模拟计算

基于三维、不可压、定常N a v i e r-S t o k e s方程和k-ε双方程湍流模型,采用零厚度壁面模拟货车篷布,建立横风作用下篷布内外空间三维流场计算模型,对铁路货车D型篷布所受气动升力进行数值模拟计算;分析货车在大风地区运行时,横风风速、货物装载高度、货物装载形状以及货物沉降对其气动力的影响,得到篷布在不同工况下所受气动载荷。研究结果表明:当列车速度一定时,篷布所受到的气动升力系数近似与横风风速成正比;篷布所受气动升力随着货车装载高度的增加而显著增加,超车帮为0.7 5 m时篷布受到的升力系数比超车帮为0.4 5 m时大2 8%;超车帮装载(圆弧顶)时,篷布受到的气动升力系数比不超车帮装载(三角型顶)时大2 8.3%;当篷布和货物之间间隙处于0.0 2~0.1 2 m之间时,随间隙增大,篷布所受气动升力增大,间隙为0.1 2 m时的篷布气动升力系数比间隙为0.0 2 m时大1 4.5%;数值计算与试验结果相对误差7.1%,证明了数值计算方法的正确性。     

钝体结构倒U形梁气动特性试验和数值研究

为了探索有效的钝体结构气动特性三维数值分析方法,对钝体结构倒U形梁的气动特性进行了风洞试验和数值模拟研究.通过风洞试验得到与结构气动特性相关的气动力系数和颤振导数.利用二维或三维模型分别对结构的气动特性进行了数值模拟研究,并计算了相关的气动参数.计算过程中基于分块迭代耦合方法考虑流体-固体耦合效应,利用自编程序结合CFX软件实现不同物理场间的数据交换和传递,采用快速有效的网格移动控制算法处理移动边界问题.风洞试验测量和数值计算中均考虑了湍流效应,其中数值计算应用了k-ω剪切应力输运模型和分离涡模型.通过风洞试验测量与数值模拟研究可以发现,钝体结构倒U形梁的气动稳定性较差.对气动参数的计算结果表明,本文的三维数值计算方法可以有效地获取钝体结构的气动参数,在风工程领域具有重要应用价值.     

旋转车轮对整车气动性能的影响评价

为研究整车轮边流场结构特征,以不同尾部造型形式的简单车体和复杂车体为研究对象,分别对静止和旋转车轮工况进行了数值研究.计算采用定常雷诺时均纳维斯托克斯方程.针对数值计算结果,通过对静止及旋转车轮周围流场的流动情况、表面压力系数、气动阻力系数和升力系数等数据的详细分析,得到了车轮旋转会对轮边流场和整车流场产生极大的影响,整车气动阻力和气动升力下降,气动性能得到改善.     

基于压力分布的高速列车气动力计算方法

基于径向基函数的气动压力插值方法和摩擦力计算模型,提出了一种可用于高速列车线路试验的气动力快速计算方法。该方法只需测得车体表面若干测点的压力,然后基于这些测点的压力值,使用径向基函数插值方法得到车体表面压力分布;并采用数值积分方法与平板边界层摩擦力计算模型能够快速得到气动压差力和气动摩擦力。列车附属部件几何外形复杂,难以通过插值方法获取表面压力分布;为此,基于八辆编组真实外形,给出了各附属部件对列车气动力贡献度,从而使本文提出的方法能够应用于线路试验和动模型试验。为验证计算方法的有效性,针对高速列车三辆编组简化外形头尾车流线型部分,采用数值计算方法对比分析了气动阻力和气动升力计算结果与计算结果;针对三辆编组风洞试验外形分析了气动阻力试验值和计算值。结果表明:提出的计算方法能够满足工程精度要求。     

稳态侧风作用下类客车形体气动特性分析

以提高客车高速行驶时侧风安全性为目的,利用计算流体动力学方法建立类客车形体稳态侧风工况下的数值计算模型,研究其在不同横摆角下的空气动力学特性.计算结果表明:气动升力系数和气动侧力系数随着横摆角的增加而增加,气动阻力系数对横摆角变化不敏感,呈现先增加后减小的趋势.增加顶盖与侧围过渡圆角,增加侧围与后围过渡圆角,减小顶盖倾角都能不同程度地降低气动力系数,对改善客车高速行驶时侧风稳定性有较好的效果.模型的风洞试验数据验证了数值计算方法的准确性,计算结果为客车造型设计提供了理论依据.     

小尺寸缩比模型车风洞试验及数值验证

采用已证明有效性的CFD方法,对小尺寸缩比模型车的风洞试验方案进行设计和验证。将风洞试验数据与数值仿真结果进行相互校核,同时验证了风洞试验和数值仿真的可靠性,并限定了此试验方案的适用范围。基于试验和仿真的结果,比较了四款模型车的气动阻力大小,在揭示其内在机理的基础上,明确了不同造型风格对气动阻力的影响。     

基于流固双向耦合的轿车气动与流致振动特性

传统流体力学数值仿真不考虑车身弹性结构与外流场之间的相互作用，致使得到 的结果与真实情况不符. 以某实车模型为研究对象，对其进行考虑流固耦合效应的CFD仿真， 并在气动阻力、气动升力、流场结构等方面与传统流体数值仿真结果对比，结果表明：流固耦 合效应对气动升力影响较大，随车速增加两种仿真方法差异率可达到 38%，直接关系到车辆 稳定性及安全性 . 利用流固耦合 CFD数值仿真探究整车风激振特性，证明了实车振动幅值主 要影响因素为风激振频率及作用力大小. 进一步通过对车辆弹性结构的刚度优化改善汽车风 激振现象，从而提高乘员的舒适度.     

轿车车身外部流场的数值模拟及分析

探求了应用计算流体力学（ＣＦＤ）研究汽车车身外部流场的可行性。计算机数值解提供了诸如气动压力场、速度场等车身压力、速度分布,以便于获得气动阻力、气动升力和气动侧向力及由此可得的相关力矩等信息,可进一步用于指导汽车的设计开发,数值模拟结果与实验比较表明,ＣＦＤ对进一步开发汽车外形结构有较强的指导作用。     

外挂组合体对无人直升机气动特性影响分析

为研究某型无人直升机机身两侧的外挂组合体对其气动特性的影响, 采用求解Navier-Stokes方程的方法, 对直升机机身的气动特性进行数值计算, 并与风洞试验结果进行对比, 验证CFD (computational fluid dynamics)计算方法的准确性和可靠性。计算加装外挂组合体前后的无人直升机气动特性, 包括不同侧滑角和不同挂载状态, 并进行对比分析。结果表明, 外挂组合体对无人直升机的阻力影响较大, 对升力和俯仰力矩等影响较小。加装外挂组合体后, 无人直升机气动特性受侧滑角变化的影响更大, 外挂组合体中的导弹数量变化对无人直升机的阻力影响较大。研究结果可为加装外挂组合体的气动布局和减阻设计提供参考。     

高层建筑气动弹性模型风洞试验研究

以高层建筑为研究背景,制作了气动弹性模型,通过风洞试验测得结构的时程响应结果,采用频谱分析求得结构的动力特性,采用自然激励技术法(NExT)和ARMA模型时序法以及改变模态阶数的方法获得结构的气动阻尼比,研究了结构气动阻尼比随风速的变化规律.在强风下,对顺风向的加速度响应时程结合滤波方法,消除横风向能量转移的影响,同时发现了涡激共振现象.考虑气动阻尼影响的情况下,刚体模型测压和测力得到的峰值加速度响应结果,与气动弹性模型风洞试验结果十分接近,验证气动弹性模型风洞试验结果的正确性.对于刚体模型,不考虑气动阻尼时,峰值加速度比气动弹性模型试验结果大很多,差值最大达到41%,但在某种工况下,气动阻尼的影响使结构的响应值增大,验证了考虑气动耦合作用在高层抗风研究中的必要性.     

近地鱼形钝体气动阻力特性研究

采用数值模拟与风洞试验两种方法,研究以粒突箱鲀为仿生原型的近地鱼形钝体气动阻力特性.结果表明,近地鱼形钝体确为气动低阻形体,其尾部大收缩角的形态特征及尾迹区相对简单的流场结构共同决定了该形体的气动低阻特性;从气动阻力系数、表面压力系数及尾迹区流场结构三方面对比分析,SST湍流模型的预测值与试验值较为接近.     

外形参数对矩形截面弹体气动和隐身特性的影响

用流体动力学(CFD)数值模拟方法和图形算法(GRECO),对机载布撒器绕流场进行了数值模拟和雷达散射截面(RCS)的计算,得到气动特性数值计算结果与风洞试验结果,RCS计算结果与外场测量结果均十分吻合.在此基础上研究了矩形截面宽高比和圆角半径比对弹体气动特性和隐身特性的影响.计算结果表明,建立外形参数与气动和隐身特性关系数据库、发展基于数据库的气动特性和隐身特性的工程计算方法,是进行布撒器等非常规外形和特种部件气动设计和RCS设计的有效途径.     

外形参数对矩形截面弹体气动和隐身特性影响

用流体动力学(CFD)数值模拟方法和图形算法(GRECO),对机载布撒器绕流场进行了数值模拟和雷达散射截面(RCS)的计算,得到气动特性数值计算结果与风洞试验结果,RCS计算结果与外场测量结果均十分吻合.在此基础上研究了矩形截面宽高比和圆角半径比对弹体气动特性和隐身特性的影响.计算结果表明,建立外形参数与气动和隐身特性关系数据库、发展基于数据库的气动特性和隐身特性的工程计算方法,是进行布撒器等非常规外形和特种部件气动设计和RCS设计的有效途径.     

结冰输电线舞动的气动特性分析

为了探讨结冰输电导线发生舞动时的气动条件,从输电导线的动力学方程导出特征方程,并应用复变函数理论对特征方程进行了分析。结果表明:当气动升力曲线初始斜率为负且绝对值足够大、气动升力曲线初始斜率为正且足够大、气动阻力曲线初始斜率为正且足够大、气动力矩曲线初始斜率为正且足够大时,均可产生负阻尼或负刚度,从而使输电导线发生舞动。     

平头弹超音速尾流对飘带伞气动特性的影响

提出了一种用于超音速抛撒平头子弹药的飘带伞结构的新型超音速伞,研究弹体超音速尾流对伞气动特性的影响.在风洞试验结果验证的基础上,通过建立多套分块结构化网格模型,采用有限体积法和SST湍流模型对单独弹和伞弹分别进行超音速数值模拟,用数值纹影法显示弹体尾流场并进行了分析,得到了平头弹超音速尾流对飘带伞气动特性影响的变化规律.结果表明,弹体尾流对伞气动特性的影响随马赫数的增加而变大,随弹伞间距与弹径比和伞弹径比的增加而变小,随飘带宽度与弹径比的增加先基本保持不变后变大.     

超高层连体建筑风荷载干扰效应大涡模拟研究

超高层三塔连体建筑的主楼受到裙房及子楼的干扰作用显著,以某超高层三塔连体建筑为对象,基于LES(大涡模拟)方法对其进行了24个方向角下的数值风洞试验,并将主楼的体型系数与物理风洞试验结果进行了对比验证,再基于大涡模拟结果分别从平均和脉动风压特性、涡量分布以及干扰机理等方面探讨了超高层多塔连体建筑风荷载和干扰效应.结果表明:大涡模拟和风洞试验结果吻合较好;单体工况下主塔表面随机涡旋较密集、风压脉动较大、且尾流分离区域较小,当子塔处于主塔上游位置时对主塔结构抗风设计存在有利的"遮挡效应",此时来流湍流对主塔风场分布起主导作用;当子塔处于主塔下游位置时会对主塔存在不利的风压放大作用,特征湍流作用更明显.     

表面粗糙度对塑料车身外流场的影响

以某全塑汽车车身为模型,应用流体力学数值模拟方法研究表面粗糙度对车身空气动力性能的影响。分别对相同外形不同粗糙度的各模型进行分析,比较各模型气动阻力、气动升力、速度场和压力场之间的差异,并分析造成差异的原因。结果表明,适当增加塑料车身表面粗糙度对气动阻力影响不明显,但是可以降低气动升力。此结论也将对金属车身的设计优化起到积极作用,对金属车身表面进行喷砂等处理,适当增大表面粗糙度会使其气动升力减小。