基于CFD的仿生非光滑表面柴油机螺旋进气道对进气过程质量流率的影响分析

通过在柴油机螺旋进气道表面增加仿生非光滑单元体,运用catia软件和gambit软件进行模型建立及网格划分,应用fluent软件和动网格技术对柴油机工作时的瞬态进气过程进行CFD分析;对比分析得出仿生非光滑表面显著提高了进气过程中进气道内气体的流速和质量流率。     

分体式空调室外机空气流场特性

针对分体空调室外机内的空气流场特性,采用有限容积法,对三维不可压缩NavierStokes方程,在旋转坐标系中进行了非定常求解;在随叶片旋转的区域与固定区域的交接面处,采用滑移网格技术来求解动静非定常作用.利用激光微粒图像测速(PIV)手段,验证了计算流体动力学(CFD)数值模拟结果,为进行气动声学分析奠定了基础.     

发动机泄气制动数值模拟及其性能优化研究

为优化发动机泄气制动性能,用UG软件建立了三维模型,应用动态网格技术对模型进行了网格划分并对气门和活塞的运动规律进行设置和定义.用Fluent软件对泄气制动工作过程进行三维瞬态数值模拟,分析了泄气制动过程活塞压力变化情况,并根据活塞瞬时受力得到各状态下发动机平均制动功率,得出排气背压、排气门开度、发动机转速对制动性能的影响.通过优化工作参数,提高了泄气制动性能,最后进行实验验证,结果表明最大误差为5.2%,最小误差仅为4.1%,表明模拟结果有较高精度和准确性.     

基于转速控制的柴油机动态特性建模与仿真

为了仿真柴油机动态特性,建立了基于转速控制的柴油机模型.基于台架稳态试验数据计算得到柴油机扭矩MAP图,并通过动态修正方法获得柴油机动态扭矩;划分了柴油机运行状态,采用基于油量的控制方法,分别设计了全负荷、部分负荷和限速工况下的控制策略;在Matlab/Simulink环境下建立了柴油机仿真模型,集成传动相关总成建立整车动力学模型,并进行了两种工况仿真,仿真与试验结果表明：模型设计合理,有效模拟了柴油机稳态及瞬态工况;所提出的建模方法解决了在有限试验数据下的发动机动态特性建模问题,研究结果可为快速建立柴油机动态性能预测模型提供参考.     

动力系统流场计算动态网格生成模型研究

运用网格分块生成与整体集成方法,提出了复杂动力机械系统内流场三维流动计算网格自动生成模型,并以K100摩托车发动机扫描气系统为对象,实现了换气过程瞬态数值模拟动态网格的自动生成,数值计算结果,该方法可用于复杂机械系统内流场三维瞬态流动的数值计算。     

发动机瞬态数值模拟中气口网格生成技术研究

采用SNAPPER技术,研究了二冲程发动机瞬态数值模拟中气口处网格的自动生成,并以K100二冲程摩托车发动机扫排气系统为对象进行了应用研究,模拟计算表明,该方法对处理带气口一类发动机的瞬态流动计算是一项可行而实用的技术。     

三维湍流流动计算在混流式转轮水力设计中的应用

根据实际工程的需要,对需在某具体水力参数下工作的水轮机转轮通过CFD的手段进行了转轮水力模型的设计与开发.设计过程中,基于RANS方程,采用标准k-ε湍流模型和有限体积法,对转轮内部的流动状态在某具体水力参数(含特征工况点)下,进行了全三维粘性流动的数值模拟;依据各工况下的模拟结果和分析其流态与流场分布情况的基础上,对初始设计出的模型转轮的翼型和叶片几何形状、尺寸做了进一步修正、改进;经性能预估验证,得到了水力性能良好的新的混流式转轮水力模型.文中采用结构和非结构化网格相结合的划分方法,不仅可行,而且还提高了网格质量和计算精度;用叶片正背面压力差表示叶片上压力分布的变化规律,可以更清晰地反映出叶片的作功情况.     

基于有限体积法求解FGM动态响应及固有特性

采用有限体积法研究功能梯度材料(FGM)的动态响应及固有特性.基于交错非结构有限体积方法离散弹性动力学方程,通过显格式推进求解离散方程.加速度、速度及位移定义在网格节点上,物性参数定义在网格单元中心.采用双线性四边形单元和常应变三角形单元处理混合网格问题.数值模拟FGM试件的动态响应及固有频率,结果表明所提方法可以有效地模拟功能梯度材料动态响应及固有频率.     

限宽水域中船舶平面运动机构试验及水动力导数数值模拟

为探究有限宽度水域中大型船舶的水动力特性,基于计算流体力学(CFD)技术对限宽水域中的平面运动机构(PMM)试验进行数值模拟.在对有限水域宽度的PMM试验的动态模拟上,开发了混合动网格技术,数值计算结果与循环水槽PMM试验结果对比证明采用该方法有效.继而模拟不同宽度水域中的PMM试验,分析船舶水动力随运动速度变化的关系.结果表明,限宽水域中水动力随运动速度变化的非线性特征更为显著,船舶操纵加速度导数增大,位置导数减小,旋转导数的绝对值有所增加,二阶非线性导数值变化较大.     

非结构化四面体单元用于搅拌设备流场的计算

采用非结构化四面体单元,利用滑移网格技术模拟了搅拌设备内的非定常流场。通过搅拌桨叶端时均速度、功率准数与实验值的对比,量化考察了不同因素对计算精度的影响,指出了建模过程中网格划分和参数设置应遵循的原则,为非结构化四面体单元进一步用于搅拌设备CFD分析提供了可靠的理论依据,从而为基于CFD技术的具有复杂型面的新型搅拌桨的开发打下基础。     

Algorithms for improving accuracy of spray simulation

Fuel spray is the pivotal process of direct injection engine combustion.The accuracy of spray simula- tion determines the reliability of combustion calculation.However,the traditional techniques of spray simulation in KIVA and commercial CFD codes are very susceptible to grid resolution.As a conse- quence,predicted engine performance and emission can depend on the computational mesh.The two main causes of this problem are the droplet collision algorithm and coupling between gas and liquid phases.In order to improve the accuracy of spray simulation,the original KIVA code is modified using the cross mesh droplet collision(CMC)algorithm and gas phase velocity interpolation algorithm.In the constant volume apparatus and D.I.diesel engine,the improvements of the modified KIVA code in spray simulation accuracy are checked from spray structure,predicted average drop size and spray tip penetration,respectively.The results show a dramatic decrease in grid dependency.With these changes,the distorted phenomenon of spray structure is vanished.The uncertainty in predicted aver- age drop size is reduced from 30 to 5μm in constant volume apparatus calculation,and the uncertainty is further reduced to 2μm in an engine simulation.The predicted spray tip penetrations in engine simulation also have better consistency in medium and fine meshes.     

回转状态下导管螺旋桨水动力特性实用数值模拟方法

以数值模拟手段研究作为水下机器人主要姿态与轨迹控制机构的导管螺旋桨在回转状态下的水动力特性。首先根据所要计算的导管螺旋桨的几何要素构造导管和螺旋桨的三维几何模型,在此基础上采用动网格技术以计算流体力学方法借助计算流体力学软件Fluent,采用有限体积法在导管和螺旋桨所在的流域内求解其N-S方程以此对在作回转运动的水下机器人流场作用下导管螺旋桨以一定转速和一定来流方向下所产生的推力特性进行数值模拟分析,观察在水下机器人主体流场干扰下螺旋桨推进器的水动力现象。为验证所采用的预测导管螺旋桨水动力特性数值方法的有效性,在Ka 4-70/19A标准导管螺旋桨已有实验数据的基础上,将数值模拟结果与试验结果进行比较,对比结果表明本文所采用的数值方法是可靠的。     

液力缓速器瞬态两相流动大涡模拟及性能预测

为了全面掌握液力缓速器各个流动单元内速度场和压力场的分布特性,提取了全流道几何模型作为计算区域,利用CFD平台的大涡模拟法和多流动区域耦合计算的滑动网格法对液力缓速器内部气液两相流动进行了三维瞬态数值模拟,将混合模型与欧拉模型交替运用在其多相流模型中,获得了不同充液率下液力缓速器内流场结构的变化及两相体积分数分布情况,分析了流场内二次流、脱流及涡旋的产生机理,并计算了缓速器的外特性.结果表明:数值计算结果与试验结果吻合很好,误差在8％以内;流场计算十分准确,运用的大涡模拟方法可以有效地模拟液力缓速器流场内的真实液流结构,其结果可以用来指导液力缓速器的设计及其结构优化.     

内燃机多连杆机构的多体动力学分析

对提出的一种多连杆机构内燃机,采用Pro/E 3D软件进行实体建模,运用机械系统动态仿真程序ADAMS和有限元分析软件ANSYS相结合,分别采用柔性体和刚性体两种不同方法对主要杆件进行了多体动力学仿真与对比分析.结果表明,较之刚性体的分析方法,柔性体方法能够获得更准确的仿真分析结果,可以更精确地了解杆件在实际运动过程中的动力学参数和动态行为,从而获得更接近于实际的有限元分析受力边界条件,提高系统仿真精度.     

滑动轴承动力特性的数值计算方法

将计算流体动力学与简谐激励法应用于滑动轴承动力特性系数的求解,通过采用全新的变流域动网格技术提出一种基于瞬态流场计算的滑动轴承动特性的计算方法。利用所提出的方法计算典型滑动轴承的刚度、阻尼系数,并与已有的经典计算结果进行比较。结果表明:两种方法的计算结果基本吻合,提出的新方法不仅考虑了计算初值的影响,而且计入了实际存在的油膜破裂现象,满足精度要求,有效可行。     

基于CFD与最小二乘法的翼伞动力学建模

襟翼偏转气动计算是翼伞建模的关键问题,为提高翼伞动力学模型精度,本文引入襟翼偏转气动模型,提出CFD数值模拟与最小二乘辨识相结合的方法:数值模拟借助动网格动态捕捉翼伞外形与姿态变化,获取襟翼偏转气动数据;最小二乘法进行模型参数辨识,修正翼伞气动计算.研究表明襟翼偏转气动模型较好反映翼伞气动规律,对应动力学模型与空投试验数据接近,验证本文建模方法的有效性,为翼伞精确建模提供新思路.      

薄壁铝型材挤压有限体积分步模拟

建立了铝型材挤压成形有限体积法分步模拟系统．研究了有限体积分步求解方法关键技术,实现了各分步有限体积模拟系统的数据传递和信息继承．在每一分步计算中,占用相对较少的计算机资源,可划分更为细致的有限体积网络．利用该方法成功地模拟了薄壁类铝型材挤压成形过程,并对成形中应力、应变及温度场分布的演化进行了分析．研究结果表明,有限体积分步法是模拟薄壁类铝型材挤压成形过程的有效方法．     

一种考虑静气动弹性影响的机翼型架外形设计方法

在机翼静气动弹性分析的基础上,结合Takanashi余量修正方法对三维机翼进行气动外形反设计,以确定机翼的型架外形。其中静气动弹性分析采用耦合计算流体力学和计算结构动力学(CFD/CSD)方法进行数值模拟。气动力采用N-S方程的有限体积求解技术,结构响应则采用有限元数值求解技术。以某客机方案机翼作为算例,设计结果表明本文所建立的机翼型架外形设计方法是可行的,具有一定的工程应用价值。