下击暴流强风冲击作用下定日镜风压时变特征

为研究下击暴流强风冲击作用下定日镜表面风压变化特征,基于计算流体动力学的方法对下击暴流瞬态风场中不同工作姿态的定日镜表面风压进行数值模拟.结果 表明,受到下击暴流形成扩散过程引起的近地面风场变化影响,在下击暴流的冲击作用下定日镜迎风面和背风面风压都表现为先增大后减小的时变特征,背风面比迎风面提前达到压力峰值,且迎风面和背风面瞬时峰值压力均明显大于稳态风场中的相应峰值压力.同一时刻下,定日镜迎风面正压峰值中心随着俯仰角的增大逐渐向上移至镜面中心,风压系数峰值可达1.4,背风面负压峰值中心随俯仰角增大逐渐向两侧水平偏移,风压系数峰值由1.8减小到1.0.在小俯仰角工作姿态下定日镜背风面会遭受更大的负压作用,说明现行的定日镜抗风设计中采用的小俯仰角避险姿态并不完全适用于下击暴流强风作用的状况.     

下击暴流作用下高层建筑物表面风压分布特性

以CAARC（英联邦航空咨询理事会）高层建筑物标准模型为研究对象,基于计算流体动力学方法研究了下击暴流作用下高层建筑物的表面风压分布特性,并将结果同大气边界层近地风作用下的风压分布特性进行了比较分析.结果表明：下击暴流作用下建筑物模型迎风面风压力最大值位于建筑物的中下部约1/3高度处,不同于近地风作用下的最大值位于建筑物中上部靠近顶部附近;在背风面,下击暴流作用下负压力分布呈下小上大、中间小两侧大的特征,不同于近地风作用下的负压力分布较为均匀、上下端和两侧较大、中间小的分布特性.     

山脉地形下击暴流风场数值模拟

山区是下击暴流多发区域,为了研究下击暴流作用下连续山脉地形的风场特性,采用大涡模拟(LES)分析了山脉高度、间距等地貌因素对特征位置风场的影响.结果表明:山脉高度大于50 m时,山脚及山顶位置径向极值风速的大小随山脉高度增加而逐渐减小;山顶的加速效应主要受山高影响,其加速因子在近地面较大,而山脚的加速效应在上部空间较大;双山脉时,后山脉对前山脉湍流度的变化影响不明显,后山脉的湍流度呈现出随山脉间距扩大而先增大后减小、随前山脉高度增加而逐渐增大的变化规律.     

常规风和下击暴流作用下定日镜风压特性比较

利用计算流体动力学方法对常规风和下击暴流作用下定日镜的表面风压进行数值模拟和对比分析.研究结果表明:在常规风和下击暴流作用下,定日镜在各工作仰角下的迎风面均以正压为主,在镜面上边缘存在极小范围的负压区域,背风面负压整体呈现上部小、下部大对称分布的特点.随着工作仰角的增大,在常规风和下击暴流作用下,定日镜迎风面压力峰值中心均由底部逐渐上移,峰值压力逐渐增大,当处于大工作仰角时,迎风面高压区在常规风风场中位于上部,而下击暴流风场中位于中部且高压区分布范围比常规风更大.定日镜背风面负压峰值随工作仰角增大在常规风风场中逐渐减小,而在下击暴流风场中背风面压力基本不变,当处于小工作仰角时,在常规风风场中定日镜背风面谷值压力位于上部,分布梯度明显,在下击暴流风场中背风面压力分布较均匀.     

下击暴流下立方体建筑物表面风压数值模拟

为研究不同湍流模型和壁面处理方法的组合对立方体建筑物在下击暴流风场中的风压系数模拟结果的影响,基于冲击射流模型建立下击暴流计算域,通过物理试验结果对模拟结果进行验证与对比分析.采用两种不同的网格划分方案,满足ANSYS-Fluent中对于不同壁面处理方法的壁面Y+值的要求.研究结果表明:在选用增强壁面处理情况下,剪切应力运输(SST)k-ω湍流模型在迎风面和背风面与试验结果符合较好,但是屋盖的模拟结果与试验结果相差较大;当选用标准壁面函数时,雷诺应力模型(RSM)展现出了与试验结果较符合的建筑物中线风压系数曲线.当模拟立方体建筑物在下击暴流风场中的表面风压时,相比其他湍流模型和壁面处理方法的组合,RSM湍流模型和标准壁面函数可以得到更好的数值模拟结果.     

下击暴流作用下低矮建筑风荷载特性试验

以低矮建筑为研究对象,进行了下击暴流作用下的刚性模型风洞试验.利用冲击射流装置模拟下击暴流,分析了典型径向位置处建筑表面平均和脉动风压系数分布特征,研究了建筑风压系数、体型系数及气动力特征随径向距离(r)的变化规律.结果表明:低矮建筑在下击暴流作用下,迎风面受到正向风压的作用,屋面、背风面及侧面受到负压作用;当建筑的径向距离大于喷口直径(Djet),即r>1.0Djet时,建筑中心线处风压值的大小都随着r的增大而减小;当0.5Djet相似文献   

基于边界层风洞的下击暴流稳态风场特性数值模拟

针对下击暴流稳态风场模拟问题,基于计算流体动力学方法(Computational Fluid Dynamics,CFD),首先分别采用二维、三维冲击射流模型对下击暴流风场进行数值模拟,对下击暴流风场特性进行研究.在此基础上,根据下击暴流对桥梁结构作用主要受水平风速影响的特点,采用二维数值模拟方法对边界层风洞中设置倾斜平板模拟下击暴流水平风速风场进行了研究.最后,设计并加工了边界层风洞下击暴流水平风速模拟试验装置,在边界层风洞中进行了下击暴流水平风速风场模拟试验,并将数值模拟结果与试验结果和已有文献结果进行了比较.结果表明:下击暴流风场的二维冲击射流模型模拟结果与三维冲击射流模型模拟结果吻合较好,即二维冲击射流模型是一种有效的下击暴流风场简化模拟方法;在边界层风洞中设置倾斜平板所模拟的下击暴流水平风速风场数值模拟结果和风洞试验结果具有较好的一致性,并与冲击射流模型数值模拟结果和现场实测结果均吻合较好,即在边界层风洞中设置倾斜平板可模拟下击暴流水平风速稳态风场特性.     

海面上下击暴流风场特性模拟及分析

为研究下击暴流作用于海洋上层水域的风场特性与风浪分布,基于CFD(computational fluid dynamics)技术,建立了二维几何模型,使用雷诺应力模型、多相流模型对二维下击暴流作用于海洋上层水域的过程进行数值模拟,开展了其速度变化时程、波高变化时程、特征时刻径向风速剖面、时均风速剖面与液相流速剖面的变化特性的分析.模拟结果表明：相对于平面陆地,下击暴流作用于海洋上层水域的前期径向气流方向有所抬升,风场稳定后径向气流中部仍表现为小幅抬升,至冲击中心水平方向远处逐渐平稳;冲击中心附近的海洋上层表面随下击暴流持续作用表面产生下凹,随时间增加下凹加剧,产生的冲击波向两侧传递,随时间发展在径向气流作用下产生长短不一的波;早期径向风速值将超过初始下沉气流风速值,最大达到下沉气流速度值的1.2倍,易联合风浪作用使海上舰船发生倾覆,海上舰船应利用其特征防范与抵御下击暴流;径向时均风速最大值所在高度较下击暴流作用于陆地时要高.     

平面壁面射流风场作用下建筑物表面风压数值模拟

采用平面壁面射流模拟下击暴流的出流段风场,通过协同流模拟下击暴流水平移动,基于计算流体动力学方法,采用雷诺应力模型(RSM)的Stress-Omega模型模拟了稳态下击暴流的平均风剖面,并在风场中建立高层建筑物模型,研究下击暴流风场中高层建筑物表面风压分布特性.结果表明,采用平面壁面射流模型得到的水平速度竖向风剖面与下击暴流理论风剖面以及试验结果吻合较好,壁面射流模型风场中建筑风压分布特征与冲击射流风洞试验一致;迎风面风压系数随着顺流向距离的增加而不断减小,随着射流入流湍流强度的增大而减小.当下击暴流风剖面半高值大于1.45倍建筑物高度时,壁面射流风场中建筑风压分布与大气边界层风场中类似.协同流对结构中下部风压分布影响较大,而风向角对最大风压的影响不大.     

下击暴流作用下低矮双坡建筑表面风压特性研究

为研究下击暴流对低矮双坡建筑的影响,基于计算流体动力学方法模拟了下击暴流作用下低矮双坡建筑表面风压,分析了两种典型屋面坡角和湍流模型对下击暴流作用下低矮双坡建筑物的表面风压特性的影响.结果表明：下击暴流作用下,小坡角(16°)时迎风面上边缘的负压梯度较大,两侧屋面受到负压作用,大坡角(35°)时屋脊处的负压较大且更加集中,迎风面侧和背风侧屋面分别呈现正压分布和负压分布;在采用标准壁面函数处理近壁面粘性区域时,不同湍流模型的低矮双坡建筑风压分布的差别主要体现在迎风面、屋脊处以及两侧屋盖面上下边缘,剪切应力运输湍流模型更适合于模拟下击暴流作用下大坡角低矮双坡建筑物屋脊处风压以及处理小坡角低矮双坡建筑物沿来流方向屋面上下两边缘棱角处的强分离流动问题.     

矿井活塞风效应数值模拟

为研究活塞风对矿井通风系统的影响,运用Fluent移动参考网格建立数值分析模型,分析电机车牵引矿车在矿井井巷中运动时的矿井活塞风效应。结果表明:列车行驶前方为增压减速区,区内压力随距离的增大而减小,风速随距离的增大而增大。列车行驶后方先后存在减压增速区和增压减速区,两区内风速均随距离的增大而减小,减压增速区内压力随距离的增大而增大,增压减速区内压力随距离的增大先后存在一个增压和减压区。列车行驶前方和后方,风速和压力平面影响面积均随距离的增大而增大。列车中前部矿车活塞风风速较大。矿车内尾部、底部活塞风效应较强。     

平屋顶槽式聚光器风压分布及形成机理

通过Ansys Workbench平台,建立了屋顶槽式聚光器数值模拟计算模型,对平屋顶上槽式聚光器的风压分布进行了大涡模拟。并将模拟得到的结果与风洞试验进行对比,验证了大涡模拟结果的准确性。研究了顺风向和斜风向角下槽式聚光器镜面的风压分布规律,以及屋顶槽式聚光器风荷载的形成机理,同时对不同仰角和不同女儿墙高度进行对比分析。结果表明,顺风向工况下聚光器镜面风压主要受屋顶柱状涡所控制,斜风向工况下镜面的风压主要由受聚光器周围的局部旋涡所造成;聚光器镜面的风压系数随仰角的增大而减小;屋顶女儿墙高度的增加会一定程度上减小槽式聚光器镜面的风压系数,顺风向下受女儿墙高度变化比斜风向情况下更明显。所得结论可以为平屋顶槽式聚光器的结构抗风研究提供理论依据。     

搅拌器内湍流场的CFD模拟研究

采用CFD技术研究了DT和PTU型桨叶搅拌器内的湍流场,结果表明：对于PTU和DT桨叶,理论预测速度场分布规律与LDA测试结果吻合较好,理论预测漩涡的空间位置坐标与实测值完全一致预测速度值与实测值在桨叶叶尖附近相对误差比较大,在离旋转中心轴线2R／3处竖直线上,对于DT桨叶搅拌器,CFD预测的速度值和LDA测试值吻合比较好,最大相对误差在11％左右而对于PTU桨叶,在同样的空间位置上,CFD预测值与测试结果的变化趋势相吻合,速度峰值附近的误差较大,相对误差高达30%左右。     

连通容器泄爆过程的CFD模拟

利用Fluent软件对连通容器泄爆过程中的气体爆炸流场进行数值模拟,获得气体爆炸过程的温度场和压力场,模拟结果能较清晰地反映泄爆过程。研究表明:连通容器泄爆时起爆容器的火焰高度均高于传爆容器,容器内温度随着泄爆时间的延长逐渐上升,泄爆口开启后又迅速下降;在泄爆初期,起爆容器的压力均低于传爆容器的压力,小球内压力衰减速度大于大球内压力衰减速度。     

基于CFD模拟的格构塔平均风荷载分析

对风荷载作用下角钢格构塔各工况进行CFD模拟,研究挡风系数、风向角、长宽比及锥度等因素对阻力系数的影响,并与各国规范及试验进行对比。研究结果表明:风荷载0°风向阻力系数为挡风系数的2次多项式,其他风向角的阻力系数与0°风向的阻力系数的比值为风向角的2次多项式,最大值约为30°风向;各国规范的阻力系数及试验值相差较大,《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定值处于最下限,日本规范的规定值处于最上限,最大相对误差为46.2%,按均匀风速修正后的CFD阻力系数与日本规范值很接近;当挡风系数较小时,遮挡效应影响较小,随着挡风系数的增大,遮挡效应的影响也增大;随着锥度的增大,阻力系数也增大,但是,一般塔的锥度都较小,其影响也比较小。     

基于CFD技术的轿车外流场数值模拟及优化

利用CATIA软件建立爱丽舍轿车车身的三维模型,在ANSYSWorkbench软件中建立其有限元模型。导入fluent软件中,采用Realizable志_￡湍流模型,对轿车车身外流场进行数值模拟,得出其风阻系数和升力系数,并根据数值模拟的结果对该款车的外部流场的空气动力学特性进行分析。在此基础上对该车车身外形进行优化设计,减小了风阻系数和升力系数,同时也减弱了轿车尾部的涡流运动,获得较好的空气动力学特性。     

涌潮CFD数值模拟若干问题探讨

为了探究现有不同方法生成涌潮的区别,研究涌潮模拟过程中网格划分及湍流模型选择等求解策略问题,应用CFD数值模拟方法对流量生潮法和边界生潮法生成的涌潮水动力特性进行对比,同时分析了网格尺度、湍流模型选择对涌潮模拟精度的影响。研究结果表明：在边界单宽流量一致的条件下,流量生潮法和边界生潮法可模拟得到水位变化、流速分布及传播速度均比较接近的涌潮水流;当网格尺寸不大于0.100倍涌潮高度时,网格尺度对计算结果的影响基本较小;相比标准k-ε湍流模型,RNG k-ε模型更适合于涌潮的模拟。     

基于CFD的纯油润滑滑动轴承数值模拟

应用FLUENT软件中的空穴模型对纯油润滑状态下的滑动轴承进行了数值模拟,给出了轴承的温升值,并与文献实验值对比,吻合良好;进一步计算了不同转速、长径比下,承载力大小与偏心率的关系;给出了不同偏心率下油膜压力分布,并讨论了气相体积分布规律。