弧形翼-身组合体绕流流场数值模拟及实验研究

为了研究标准技术协作计划(TTCP)弧形翼-身组合体的空气动力学特性,对其在超声速下的三维绕流流场进行了数值模拟.应用雷诺应力湍流模型和平流迎风劈裂法离散格式,对弧形翼-身组合体在Ma∈[2.0,5.5]范围内的超声速绕流流场结构进行了分析.计算分析了弧形翼-身组合体的各气动力系数随马赫数、攻角的变化规律.阐述了弧形翼在零攻角状态下产生自诱导滚转力矩的机理.利用超声速风洞进行了标准TTCP弧形翼-身组合体在Ma=3.0条件下的吹风实验.实验结果与数值模拟结果的计算误差小于10％,验证了所采用数值模拟方法的可信度.     

DLR-F6翼身组合体跨音速流场

针对跨音速运输机经典算例DLR-F6翼身组合体模型,采用CFD方法对其气动特性进行了粘性流动数值模拟,流动模型为雷诺平均NS(RANS)方程。首先采用“超立方体”概念生成绕DLR-F6翼身组合体的高质量多块结构拼接网格,研究网格拓扑结构对气动特性的影响,在此基础上通过网格细分和粗分考查了网格密度对计算结果的影响,最后进行了湍流模型的影响研究。通过与实验数据对比分析,得出了适宜DLR-F6翼身组合体跨音速粘性流动的计算网格,并总结出了能较好模拟其跨音速流场特性的湍流模型。结果表明：网格拓扑结构的合理设计会对计算结果产生一定的影响;网格密度对机翼表面压力分布没有明显影响,但对阻力系数影响显著;湍流模型对机翼表面压力系数分布的影响主要体现在激波位置上,对翼根处的分离也有一定的影响;SST 模型计算的气动力系数比SA模型接近实验值。     

DLR-F6翼身组合体跨声速阻力计算

采用美国航空航天学会阻力测试小组提供的多块对接网格,结合Spalart-Allmaras、Wilcox’sk-ω和Menter’s k-ω SST三种湍流模型,通过求解雷诺平均Navier-Stokes方程、数值模拟DLR-F6翼身组合体的流场来研究阻力计算精度,考查网格和湍流模型对翼身组合体构型气动特性的影响.结果表明:三种湍流模型得到的机翼表面压力系数分布与实验数据吻合良好,气动力随攻角的变化趋势与实验结果一致;Spalart-Allmaras模型得到了网格收敛结果,所得阻力优于其他软件的结果;网格密度对阻力有影响,对机翼表面压力系数分布无明显影响;湍流模型对机翼表面压力系数分布的影响主要体现在激波位置上,对升力影响较小,对阻力(尤其是摩擦阻力)影响显著,对翼根处的流动分离有一定影响;在跨声速流动中,Menter’s k-ω SST模型的结果最接近实验数据.     

多段翼型绕流数值分析对比及结冰影响研究

飞机结冰是影响飞机飞行安全的重要因素之一,研究结冰对多段翼型的气动特性影响具有重要意义.应用多块结构化网格生成方法,采用两种不同的方法求解雷诺平均N-S方程分别对多段翼型绕流流场进行数值对比分析,然后选用一种较合适的方法进一步针对三种不同的冰型:钝头体、双角体和尖头体冰型,分析不同形状的冰型对多段翼型绕流流场及气动特性的影响.     

DLR—F6翼身组合体跨音速流场CFD应用计算研究

针对跨音速运输机经典算例DLR—F6翼身组合体模型,采用CFD方法对其气动特性进行了黏性流动数值模拟,流动模型为雷诺平均N-S(RANS)方程。首先采用"超立方体"概念生成绕DLR—F6翼身组合体的高质量多块结构拼接网格,研究网格拓扑结构对气动特性的影响。在此基础上通过网格细分和粗分考查了网格密度对计算结果的影响,最后进行了湍流模型的影响研究。通过与实验数据对比分析,得出了适宜DLR—F6翼身组合体跨音速黏性流动的计算网格,并总结出了能较好模拟其跨音速流场特性的湍流模型。结果表明:网格拓扑结构的合理设计会对计算结果产生一定的影响。网格密度对机翼表面压力分布没有明显影响,但对阻力系数影响显著。湍流模型对机翼表面压力系数分布的影响主要体现在激波位置上,对翼根处的分离也有一定的影响。SST模型计算的气动力系数比SA模型接近实验值。     

低雷诺数下翼型粘性绕流主动流动控制的数值模拟

通过数值求解Navier-Stokes方程模拟零质量射流对低雷诺数翼型绕流的控制作用.空间离散采用中心有限体积格式,时间推进为双时间推进方法.计算结果表明,采用零质量射流进行主动流动控制能有效抑制大攻角下大尺度的流动分离,改善翼型的气动特性 ,起到显著的增升减阻作用.     

民用飞机翼身对接典型超差强度分析

根据民用飞机翼身结构和对接形式,阐述国内民用飞机翼身对接超差产生必然性.根据典型超差情况,总结出超差的典型处置方式并对相应处置方式进行强度评估.     

翼身组合体定常亚音速升力特性的数值研究

用有限基本解方法研制成翼身组合体升力和力矩的计算程序。以当量回转体代替机身,机翼可以有后掠、厚度及弯度。厚度问题用线源模拟,先予解决。然后求解升力问题,这时考虑了厚度的影响。此法简单且有一定的精度。本文还计算了一些实例,并与实验作了比较。对机身影响、机翼的后掠和根梢比等作了简要的讨论。     

高层建筑标准模型绕流数值模拟

选用Standard k-ε、RNG k-ε和Realizable k-ε3种高雷诺数湍流模型,对高层建筑标准模型(commonwealth advisory aeronautical research council, CAARC)在不同网格划分方案、不同风场环境及不同风向条件下的流场特征进行了模拟,并用风洞试验数据验证模拟效果,得到以下结论：建筑物边界层网格模型的细密程度会对模拟结果产生明显影响,当选用最细密的网格模型进行模拟时,RNG k-ε模型与风洞试验数据的均方根误差要比选用最稀疏的网格模型时小50%～70%,其余两种模型则大约相差40%～50%。在B类、D类两类风场环境下,RNG k-ε模型所得平均风压系数的变化区域及变化趋势基本一致,无明显差别,而其余两种模型在不同风场环境下的变化趋势及变化范围均有较大不同,差别主要表现在建筑物的侧风面和背风面上。0°风向下,RNG k-ε模型在建筑物侧风面和背风面处的平均误差要比其余两种模型小10%左右;90°风向下,RNG k-ε模型在侧风面处的平均误差比其余两种模型小大约5%。总体来说,在多种模拟条件下,RNG k-ε模型所得结果的...     

翼-身组合体的网格生成与N-S方程数值模拟

以DPW4的CRM模型为例,给出了一种复杂外形飞行器网格生成的分块对接网格拓扑方案以及实现过程,在无限插值法生成的初始网格基础上,用椭圆微分方程生成空间网格。基于该网格求解N-S方程,获得了较为合理的全机气动力系数与压力分布。     

一种基于CFD的飞行模拟方法

分析了飞行力学模拟与CFD模拟之间的影响关系。详细考虑了机动飞行过程中飞行参数变化与气动力变化之间的相互影响,开发出基于高精度CFD计算的飞行力学模拟方法。改进了传统飞行力学计算方法,保证了气动数据和飞行数据的计算精度。采用此方法,通过一次数值模拟即可得到飞行过程中气动力及飞行轨迹、飞行速度等的变化过程,可用于对飞行器设计方案进行精细模拟。     

利用计算流体力学方法研究改善肉类干燥窑热流场的一种计算分析方法

针对流场改善类问题如何进行数值模拟计算分析,以一肉类干燥窑热流场分析问题为例,利用计算流体力学(CFD)方法并考虑干燥窑不同设置方案,通过求解不同的设置方案条件下干燥窑流场的Navier-Stokes方程来分析原设计方案和改善方案中流场的分布和特点.数值计算的结果表明:所用的数值计算方法是可行的,基本符合实际情况;所得计算结果分析图像对了解干燥窑中流场的分布情况和如何改善干燥窑流场分布具有积极的参考意义.所提出的方法为采用数值计算方法分析改善干燥窑流场问题提供了一种可行的手段.这一数值计算方法较之传统的实验和经验方法提高了分析效率、降低了成本,是一种值得重视和发展的数值计算方法.     

病房通风CFD模拟及其方案优化

分析了双人间病房的通风情况。病房里的床帘和隔墙将病房分成若干个相对独立空间,这样的设计既可以令病人感到舒适,又便于医生治疗,但这样并不利于病房的通风。这个通风系统包括放置在门厅天花板上的,可以将空气送入房间的吸气口以及放在浴室的排气扇。假设空气是等温的稳态流动,数值模拟就是求解房间里空气的质量、动量及其在房间内平均年龄(停留时间)的方程组。通过分析病房里空气的平均年龄分布和速度场,可以了解病房里的通风情况。对原始建筑设计模型进行模拟计算,发现病房的通风方面存在着严重的不足。并针对存在的问题,在便于医疗基础上,对病房的通风设计方案进行了改进。最后给出了既可以令病人觉得舒适,成本又低的病房通风设计最佳方案。     

基于CFD的油罐群风环境数值模拟

采用 RNG k-ε湍流模型,建立油罐群风环境模型.利用CFD软件FLUENT6.3对油罐群风环境进行模拟.研究结果表明:1)油罐群的流场呈对称分布,在迎风面,距离油罐群越近,风速逐渐减小;而在油罐群的两侧,风速增加;在油罐群的正后方形成了负压区,风速减小.2)油罐表面周围温度变化较大,但油罐群对周围大气热环境影响较小.     

简单扩张式消声器的CFD仿真

用CFD软件FLUENT对两种不同结构形式的简单扩张腔消声器的速度场、压力场进行三维稳态流动数值模拟,研究相应压力损失随入口流速的变化趋势.研究结果表明:内插管对消声器的流场和压力损失有较大的影响,带内插管的消声器阻力损失比未带内插管的要小,原因是内插管对气流产生导流的效果.     

风冷冷凝器管外传热与流动的数值模拟

对不同夹角、不同管排的V型风冷冷凝器以及不同结构型式的冷凝器的管外三维流动与换热特性进行了数值研究,模拟采用商用软件PHOENICS3.6进行。由于风冷冷凝器的主要热阻在空气侧,空气侧的换热性能决定了整个冷凝器的性能,所以本文比较了各种夹角、各种管排、各种结构下冷凝器空气侧的迎面风速、平均换热系数、换热量和阻力特性,其结论对于目前空调使用的风冷冷凝器的优化设计具有一定的指导作用。     

乳化液槽内流场和温度场的数值模拟及优化

采用CFD2000对天力带钢厂的乳化液槽内流场和温度场进行了数值模拟,并对该槽的内部结构进行了优化设计.模拟结果表明:槽内左边存在死区,导致乳化液的浓度波动较大,槽的底部乳化液流速较大,沉淀物质容易被抽出;槽内乳化液温差较大,导致乳化液温度波动较大;在乳化液槽底部新添加-高0.7 m的挡墙,并且把上部挡墙向左端延长0.8 m,减少沉淀物质被抽出;新加一套55 kW的电加热器,挡墙右端的乳化液温差不超过0.5℃.模拟结果可以分析槽内流场死区和乳化液温度分布,对于优化槽的内部结构,促进铁粉沉降和浮油上浮,提高乳化液的使用效果具有重要意义.     

强制循环闭式太阳能供热系统数值模拟

太阳能技术已经逐渐地应用到供热系统之中,太阳能供热系统的工作机理之一就是水循环系统的流动吸热和散热过程,如何提高该过程产生的热效率是推广太阳能供热系统应用的关键.建立了强制循环闭式太阳能供热系统的三维数值模型,然后用CFD软件对其进行分析.研究结果表明:1) 在模拟强制循环闭式太阳能供热系统中,雷诺数和光照时间对系统影响较大;2) 在雷诺数为1 500、1 000、500时,经过实际1.5 h的模拟后系统内的最高温度分别为310 k、312 k、317 k;3) 强制循环系统中水温分层分布,且系统的得热量随雷诺数的减小而增大.     

一种间歇式轧钢加热炉温度场的研究

钢坯由加热炉加热至轧制所需温度,加热过程中炉内的温度分布对最终钢材质量起决定性作用.以间歇式天然气轧钢加热炉为例,采用CFD(计算流体力学)方法分析加热炉内以及被加热钢坯内瞬态的三维温度场分布,用Fluent软件模拟了多种操作条件下的炉内温度分布,为提高加热炉工作效率提供了理论依据.模拟过程中考虑了更换钢坯时炉门开启引入的热损失.模拟结果可用来优化操作参数和提高出钢质量.     

CFD在建筑自然通风换气测评中的应用

利用CFD技术,采用k-ε双方程模型,以压力入口为边界条件,对天津地区一幢绿色建筑在自然通风作用下的过渡季节通风换气次数进行了数值模拟。研究结果表明,通过对建筑体型、外开口、内庭院、拔风井和回廊的巧妙设计,在建筑内、外区都可以达到满意的自然通风换气次数。