用边界元法计算高速车辆内部气流噪声

车内噪声严重影响了车辆乘坐的舒适性，同时由于气流噪声随车速的六次方增长，故随着高速公路的不断新建以及车速的不断提高，研究和降低气流噪声巳成为控制高速车辆车内噪声的关键之一，笔者在风洞实验的基础上，首先分析了气流噪声向车内传播的基本途径；然后利用边界元理论（BEM），建立了车内声场的边界积分方程，并利用三角线性元对该边界积分方程进行了离散，最后通过MATLAB编程求解，对由车外脉动压力诱发产生的车内气流噪声的大小进行了理论计算，与风洞实验结果相比，吻合较好。     

弯曲通道内气流流动阻力的计算和验证

分析了弯曲通道内气流流动状态，确定了气相流场的控制方程和边界条件，建立了通道内计算流动阻力的有限差分的数学模型和计算机程序，通过理论计算和实验分析了流道的几何参数对阻力的影响，计算结果与实验数据相符合。     

风力机桨叶的振动研究

分析了水平轴风力机转子桨叶所受的外力和外力矩,给出了桨叶的动力学模型,并推导出桨叶俯仰振动、扭转振动和摆动振动方程及相应的一阶振动固有频率。探讨了有关参数对三个方向振动固有频率的影响。对风力机桨叶的设计计算提供了动力学依据。     

基于CFD的对转桨扇发动机性能确定技术研究

以某对转桨扇发动机三维模型为对象,采用CFD方法对桨扇滑流开展数值模拟。利用分区拼接网格技术对桨扇旋转区域和外流场域进行网格划分及拼接;在此基础上采用雷诺平均N-S方程,雷诺应力项采用RNG 湍流模型,基于滑移网格方法,开展了针对不同来流Ma、桨叶角及桨叶转速的流场的数值计算。结果表明：桨叶角对于拉力影响较大,在桨叶角30°变化到35°,桨扇的拉力变化范围可达37.8%,功率变化可达28.4%。桨叶拉力随着转速的增大而增大,在转速达到1600rpm后,前后排桨叶的拉力系数最大相差33%,当转速继续增大,气流通过前后排桨叶偏转角度大,气流失速严重,桨叶拉力增幅减小。本文通过对该型桨扇发动机流场的计算,定量获取了桨扇的拉力、功率特性,为后续桨扇发动机的推力计算提供参考。     

风力发电机耦合转子/机舱/塔架的气弹响应

发展了一种理论方法的计算程序 ,研究耦合转子 /机舱 /塔架系统气弹响应问题。利用以 Hamilton原理为基础的有限元法 ,应用 5节点 18自由度和 2节点 12自由度的梁单元模型分别离散桨叶和塔架。机舱简化为刚体 ,具有刚体一般运动。风模型为 2维拟定常风。采用子空间迭代法求解桨叶、机舱和塔架动力学方程。其中 ,桨叶非线性动力学方程具有周期时变系数 ,求解采用拟线性法。计算结果表明 :工作转速下风机能够安全、稳定运转。转子转速远远高于工作转速时 ,系统发生共振失稳     

高温空气气动热力学性能的工程计算方法

本文从贝德高温空气近似状态方程出发,结合气体动力学和热力学等基本方程,直接推出电弧加热器和电弧风洞适用的一维流动和正激波诸关系式,并以无量纲形式作出图表.这些关系式的主要特点是:各物理量之间的相互关系非常清楚,便于定量计算;各物理量密切联系几何参数,因而应用简便;可与常温完全气体关系式进行比较,给出真其实气体效应;只要适当选取a值,就能给出较精确的计算结果.     

气吹电弧的气流动态特性

本文阐述了灭弧室中燃弧情况下的气流状态。从分析电弧能量的各个部分的分布及发散方式入手,探讨了上游气缸气体滞止参数的改变和喉道内气流受到电弧能量制动等效应,并根据气体动力学及热力学方程推演出了适合这些动态现象的解析表达式。理论分析计算与试验结果较为一致。结果表明,电弧阻滞效应可通过上游压力和流量的改变来体现。利用阻滞效应可使上游压力随燃弧电流的增加而加大,同时造成实际流量与电弧能量瞬时值的密切关系。基于以上特点,能够期望达到使压气式系统在其工作范围内对最佳气吹能力与时间具有一定的自调节作用,从而获得较理想的熄弧效果。     

轴流桨特性准数与搅拌釜内能耗分配的理论计算

从搅拌桨的力与力矩平衡这两个基本方程出发，推导出轴流桨功率准数、流量准数与搅拌釜内能耗分配的理论计算式，并计算了桨叶的叶片安放角、盘面比、叶片形状、翼型、叶片的相对厚度、轮毂比对桨叶性能的影响。     

高温气流中铁矿粉热分解和还原行为数学模型

为研究伴随高温气流下落过程中铁矿粉的热分解和还原行为的规律,在气粉两相流运动方程基础上,联立热分解、还原反应的动力学方程,以及气流、粉粒和炉壁之间的传热方程,建立了该过程的一维数学模型,应用计算机求解数学模型,求得各种条件下的出口反应率均与实测值符合很好,证明了本模型的适用性,进一步应用该模型研究了气体流量、组成、炉温及粉矿、粒度等实验条件对粉矿的停留时间、升降温曲线及反应行为的影响,从理论上解释了不同实验条件下的实验结果。     

整车气动声学风洞数值模拟

通过实际测量建立气动声学风洞计算域模型,考虑了试验段与外界的联通、脉动压力和瞬态气流交换,以便更好地重现风洞试验段流场的流动特性和非定常特性。将数值模拟结果与风洞实测结果在速度分布、静压梯度、风洞压力平衡口流场、缓冲口流场等具有代表性的流动和压力等特征物理量进行对比分析,结果表明：风洞计算域的数值模拟结果能够较好的贴合风洞的实际流动特征。使用实车模型分别在风洞计算与传统长方体计算域进行数值模拟计算,并与风洞试验结果进行对比分析,结果显示：应用风洞计算域的数值模拟结果更接近风洞试验结果。     

复杂公路隧道火灾风网稳态求解模型及应用

为计算火灾情况下复杂公路隧道中风流的温度与流量,分析了以质量流量为未知数、含交通风压的隧道风网稳态分风模型。基于隧道围岩与烟流的稳态换热得到隧道风温的计算式,并用平均风温计算各段隧道的热风压。给出了用网络解算与稳态换热迭代求解热风压的流程。针对此模型,编制了相应计算软件,并对50MW火灾下某平导半横向式通风隧道进行了计算,对隧道有效求援时间以及控风措施进行了分析。结果表明:隧道热风压与隧道分配到的风量存在相互依赖关系,采用迭代求解提高了风量与热风压的计算精度;依据此模型开发的软件可以方便地对任意复杂隧道、在任意位置发生火灾时的通风系统进行计算,有助于隧道设计与运营管理中对火灾应急预案的制定。     

风电机组叶片流固耦合的数值模拟方法

 以某5 MW 风电机组叶片模型为对象,研究一种适用于风电机组叶片流固耦合数值模拟的风轮旋转模拟方法。以风切变形式模拟风轮旋转及来流风速的综合效应,对叶片各截面翼型的扭角进行修正,建立风电机组叶片的风轮旋转模拟模型,利用有限元法模拟风电机组叶片的风洞流场实验,仿真模拟旋转效应下风电机组叶片的周围气压、绕流分布、表面压力及结构位移,并进行数据交叉迭代求解,得到风电机组叶片的流固耦合结果。与额定风速均匀来流条件下的初始模型计算结果和文献实验结果进行对比分析,验证了风轮旋转模拟方法的可行性。     

机翼风洞试验模型CFD静气动弹性修正研究

在低速增压风洞和跨声速风洞中,变雷诺数试验常用增压来实现。速压变化带来弹性变形的不同,造成伪雷诺数效应,其影响与雷诺数效应在同一量级。数值模拟了F4机翼在某低速增压风洞中的变雷诺数和变迎角试验。研究了其静气弹效应随迎角和风洞试验速压的变化规律。论证了对于风洞试验静气弹变形造成的伪雷诺数效应采用CFD方法修正的可行性。结果表明:对F4这种金属材料的中等展比后掠机翼,沿展向挠度和剖面扭转角等变形参量与迎角呈正相关。但迎角越大,增长幅度越小。随风洞试验速压也是正相关增长,但是等幅线性的。结合CFD技术进行风洞静气弹修正的方法是可行的。未来在如NASA研制的"太阳神"飞机等大展弦比、大柔性飞机的设计和风洞试验修正中将得到广泛应用。     

双幕墙风压缩尺效应及其产生机理的数值分析

将可实现k-ε湍流模型与非平衡壁面函数搭配使用,对带L型和一字型双层幕墙的矩形建筑的原型、1:10及1:100的缩尺模型进行计算流体动力学(CFD)建模分析,研究缩尺刚性模型风洞试验中由于双层幕墙廊道间距缩尺导致模型与原型的压力系数差异.通过对双层幕墙通风廊道内的气流流动和沿程阻力的分析,阐述了产生缩尺效应的内在原因.对L型双层幕墙,当处于幕墙廊道内气流流动较强的风向角时,廊道内沿程阻力对廊道内平均内压的影响较大,缩尺效应通过沿程阻力对内压产生影响,而且随着模型缩尺比的减小而增大;当处于廊道内气流流动较弱的风向角时,沿程阻力对内压影响不大,相应的缩尺效应也不明显.对一字型双层幕墙,在所有风向角下,其廊道内气流流动均较弱,因此缩尺效应对一字型双层幕墙平均内压的影响很小.     

双叉式叶尖结构对风力机流场特性影响的数值模拟

以波音737MAX机翼的双叉式叶尖结构为风力机叶尖改型设计思路,设计出双叉式叶尖结构风力机,利用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)进行数值计算.结果 表明:双叉式叶尖结构风力机叶片压力差、叶尖线速度小于未改型风力机叶片,但上叉与下叉压力差总和大于未改型风力机叶片,增大了双叉式叶尖结构风力机总输出功率,主要影响因素为叶尖开叉角度.通过风洞实验验证了数值模拟的合理性,实验和数值模拟表明双叉式叶尖结构风力机尾迹轴向速度损失小于未改型风力机.     

翼型阻力计算方法的数值模拟研究

翼型阻力是评定翼型气动特性的重要气动参数之一,翼型测压实验时主要用动量法测量阻力,也就是根据尾迹区某截面的动量损失来计算翼型阻力。本文首先用数值模拟方法获得翼型流场全部信息,然后分别用翼面压力、粘性力积分和尾迹动量损失积分两种方法获得阻力,并对它们的结果进行比较分析,以确定在使用尾迹积分法计算阻力系数时的最佳积分截面和尾迹排架的最佳安装位置。     

双向互为逃生通道的地铁区间隧道通风排烟方式实验研究

为验证发生事故隧道纵向通风、非事故隧道正压送风的气流防烟模式的有效性,通过以类矩形地铁区间隧道为原型,建立了1：3的实体试验平台,对两种纵向通风模式的防烟效果、非事故隧道沿程温度及联络通道口温度变化对比分析。结果表明：事故隧道纵向通风、非事故隧道正压送风这种有效的气流防烟方法既可在无空间设置防火门的地铁区间隧道得以应用,也可以作为常规地铁区间隧道防火门损坏后降低火灾危害的应急手段。可见在有效的正压送风模式下,事故隧道纵向通风临界风速为1.6m/s,1#A联络通道口临界风速为1.7m/s,1#B联络通道口临界风速为1.8m/s,该参数可以为地铁区间隧道风机提供选型依据。     

分叉巷道中水气两相流动的数值模拟

对分叉巷道中水气两相流动进行三维数值研究，是为了了解两相流动的特性，以达到对预防和抑制自然灾害的目的。采用VOF(Volume Of Fluid)和非结构网格有限体积的方法，获得了分叉巷道中气液两相体积分数、压力等云图。计算结果表明：采用该方法模拟分叉巷道内空气——水两相流动是可行的。涌水在分叉巷道中流动，由于分叉口截面突扩，主巷水位略下降，但在下游出口恢复至与入口水位基本相同。叉巷内水量较少，左侧有水流和破碎液滴，但右侧基本没有。在分叉口O1点附近，压力较低。O2点附近，压力较高。     

网壳风压分布特性试验研究

通过对广东省大学生运动会游泳馆网壳的风洞试验 ,分析研究了网壳结构的风压分布特性 ,并对看台曲面屋盖和游泳池波浪形盖板两种不同结构形式的网壳的风荷载特性进行了比较 ,当气流在弯度较大的屋盖上流动 ,加速较充分 ,屋面呈现较大负压 ,具有较大的升力系数 .不同形式网壳的风压分布的特点为结构工程师进行网壳结构的抗风设计提供了参考和启发 .     

隧道活塞风速计算方法及其影响因素分析

针对隧道内活塞风会对安全门和广告灯箱等引起破坏的问题,开展了地铁单线无风井和有风井两种形式的隧道空气动力学特性分析,建立了隧道各断面之间的一维伯努利方程和流体连续性方程,研究了不同形式隧道下活塞风速的理论计算模型. 并使用SES软件建立其仿真模型对计算模型的结果进行验证, 重点研究了对活塞风速影响的主要因素.结果表明:隧道内活塞风速与列车速度、列车长度和列车外表面光洁度等成正比例关系,而活塞风井高度、断面面积和风井位置等参数对活塞风速影响不大.所提出的计算模型可用于实际工程中活塞风速的简便计算.