轿车会车时气动特性的数值模拟

以标准的SAE1∶4模型为研究对象,应用数值模拟方法对轿车的瞬态会车过程汽车空气动力特性进行研究.使用湍流模型中对于瞬态项的离散化方法,结合计算流体力学中用于瞬态模拟计算的滑移网格技术,对瞬态会车过程中流场变化进行了数值模拟研究.在国家法规允许的1倍车宽横向间距的情况下,捕捉会车过程中单车的阻力系数、升力系数、侧向力系数的瞬态变化,针对流场剖面上的静压场、模型表面的压力场等进行分析,总结了会车过程汽车瞬态气动特性.     

轿车大客车会车时的气动特性

应用计算流体力学数值模拟方法,采用滑动交界面和动网格技术,对开阔路面下轿车大客车会车过程的瞬态流动进行气动特性研究.车辆模型采用MIRA典型阶背式轿车全尺寸模型和进行过风洞试验的国产JT6120型大客车简化模型.通过对会车过程流场的分析和对模拟结果的统计处理,获知了轿车大客车会车前后气动力系数变化趋势以及产生该变化的原因,得到了轿车大客车会车过程中定量的气动力变化规律.结果表明:轿车大客车会车过程气动力系数有很大变化,其中轿车的更大一些;两车气动力系数随时间的变化趋势有差异;会车状态的空气动力学作用对汽车操纵稳定性有重要影响.     

会车瞬态气动特性分析与研究

以某轿车实车为研究对象,应用滑移交界面和动网格技术对该轿车会车过程中的瞬态外流场进行了数值模拟,得到了会车过程中该轿车的阻力系数和侧力系数的瞬态变化趋势,结合流场剖面上的压力场和速度场,分析了这种变化趋势的原因,总结了会车过程中汽车瞬态气动特性.研究结果表明:在会车过程中两车周围的流场相互影响,车身受到的气动力在极短的时间内发生剧烈变化.当轿车与轿车会车时,轿车的气动阻力系数呈负正弦,侧力经历两个波峰和一个波谷.二者的变化不同步.当轿车与卡车会车时,轿车的阻力系数、侧力系数的变化趋势更复杂、更剧烈.     

汽车雨刮器的瞬态气动特性

通过编译用户自定义函数（UDF）,利用动网格技术,通过数值计算得到雨刮器的瞬态气动特性,并进行风洞试验验证。通过分析前风窗及雨刮器表面的压力及流场分布,探讨作用在主、副雨刮器上气动升力及气动阻力的变化规律及其对雨刮器稳定性的影响,并引入6个离散位置的稳态计算以进行对比分析。研究结果表明:雨刮器在刮刷过程中受到的气动升力及气动阻力存在最大值,且遵循一定的变化规律,下行时受到的气动升力及气动阻力比上行的大,上行时受到的气动升力及气动阻力大于稳态值,作用在主雨刮器的气动升力及气动阻力比副雨刮器的大;采用的数值模拟方法充分捕捉到雨刮器刮刷过程中的动态效应,所得部分结果与风洞试验结果相吻合,可用于雨刮器的设计与气动特性评价。     

速度和间距对弯道会车瞬态气动特性的影响

应用计算流体力学方法,采用重叠网格策略,对2个简化DrivAer模型的弯道会车进行了数值模拟,研究了绝对速度、相对速度和横向间距改变情况下,两车气动六分力的变化规律.结果表明:车辆在极短的会车过程中,侧向力、侧倾力矩和横摆力矩都发生了方向的变化,迅速达到各自的正负极值,并且随着车辆行驶速度的增加,这种变化趋势更加明显;相对速度改变时,车辆周围流场的相互干扰随着速度的增加而不断增强;在间距改变条件下,气动力峰值随着会车间距的减小而增加,这些都会对车辆的操纵稳定性带来一定的影响.     

线路环境对路堤上列车气动性能的影响

基于三维定常N-S方程和从风-车-路-场耦合条件下车辆周围的流场结构,分析路堤不同结构形式对列车气动性能的影响。研究结果表明：当路堤迎风面、背风面斜率一致时,随着坡度的减小,横向力与倾覆力矩呈增大的趋势;当cot α从1.5变为2.0时横向力和倾覆力矩变化非常明显,分别增加25.4%和72.3%,其后气动力变化不明显;当迎风面一定时,随着背风面由斜向上逐步向下倾斜直至成为平地,横向力和倾覆力矩以及升力呈显著增大的趋势;与cot β=2.0时相比,cot β＝∞即背风面为平地时车辆的横向力和倾覆力矩分别增加63.9%和55.2%。     

高速列车隧道内会车时气动舒适性研究

基于N-S方程及k-ε两方程紊流模型,采用有限元法对2列高速列车在隧道内交会时引起的车内压力变化及各参数对乘坐舒适性的影响进行了仿真分析.研究结果表明:2列高速列车在隧道内会车时的瞬变压力值与列车会车的地点、列车长度、列车速度及列车的密封指数均有关系,同车长、车速、密封指数的情况下,会车在隧道中部时瞬变压力变化值最大;同隧长、车速、密封指数的情况下,会车于相同地点时,较长车长的瞬变压力最大变化值要高于较短车长的;当列车的密封指数大于15s时,各种计算工况均能满足列车内瞬变压力容许值1.25kPa/3s的评价标准.     

车载气动实验系统对机翼气动特性影响数值模拟

为了研究了机翼安装位置对翼型气动特性的影响,建立了一个基于N-S方程的机翼气动特性数值模拟方法,机翼模型剖面为NACA0012,展弦比4。首先通过计算结果与标准模型实验结果对比,验证了三维网格和计算方法的可靠性与适用性,进一步针对车载系统的关键设计参数开展了数值分析。结果表明：车顶流场相较于风洞流场,流场中的速度矢量不完全平行于前进方向,使得不同翼型安装位置处的气动力差别较大;鉴于近车顶效应对模型气动特性有较大影响,对车载试验测量结果带来不可忽视的误差,有必要采用控制实验位置的预处理手段对其进行消除或减弱。     

离心泵汽蚀过渡过程瞬态特性分析

为了对离心泵汽蚀过渡过程的瞬态水力特性进行分析,采用全汽蚀模型且不考虑水中溶解性气体对汽蚀的影响,再通过计算流体力学软件CFX对离心泵叶轮流道内汽蚀过渡过程进行了数值模拟计算,并与试验结果进行了对比.结果表明:数值模拟结果与试验结果的变化趋势基本一致,汽蚀过渡过程中叶片背面气体体积分数随汽蚀余量的降低而逐渐增大,当叶片工作面的气体体积分数大于0时,汽泡相开始堵塞叶轮流道,进而影响叶轮内部能量的交换和传递;汽蚀引起的旋涡使得叶轮流道内的速度出现无规律波动,从而造成靠近旋涡区和叶片工作面通道内的速度和载荷增大;扬程在随汽蚀余量的降低而缓慢降至一定程度后再次急剧下降,不同工况下扬程波动的幅度有所不同,小流量时扬程波动幅度最大.     

90°弯道T型丁坝水力特性和数值模拟研究

利用雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程和k-ω涡粘紊流模型,研究在无丁坝、直线型丁坝、T型丁坝三种工况下90°弯道水流中的水力特性.研究结果表明:与直线型丁坝相比,T型丁坝下游形成的回流区长度约缩短15%,宽度约缩窄25%;对水面壅高、横纵比降的影响程度较小,且将横向环流移向河道中心,更加合理的减轻环流对岸边的水毁破坏;河床切应力突增率低于直线型丁坝,强度顺河道向下游衰退更快.综合比较,T型丁坝是一种优于直线型丁坝的坝型.     

V形尾翼无人机喷流对纵向气动影响数值模拟

研究了类似全球鹰的V形尾翼无人机与发动机喷流之间的干扰.采用有限体积法,求解全三维N-S方程,对进气道和喷口的内流场与全机外流场进行一体化数值模拟,给出了有、无喷流情况下在不同高度、马赫数、迎角以及相应发动机工作状态下的纵向气动特性,分析了喷流的干扰效应对飞机外流场造成的影响,从计算结果看,发动机喷流对飞机纵向气动力特性和力矩特性都有一定量的影响.这些可以作为V型尾翼无人机和发动机气动布局设计的参考.     

国产磁浮列车气动外形的优化

为了降低列车交会空气压力波、减小空气阻力、使列车具有正的气动升力,根据给定的列车横断面,设计3种磁浮列车流线型头部外形。利用可压缩粘性流体的N S方程和kε双方程湍流模型,采用有限体积法对包括TR08磁浮列车在内的4种高速磁浮列车周围流场进行数值模拟,得出磁浮列车在不同运行速度下的气动阻力系数、升力系数及列车以430 km/h运行时的交会压力波幅值。此外,为优化气动外形方案,对3种方案进行综合比较分析。研究结果表明:随着流线型头部长度的增加,列车空气动力性能提高;在车头流线型长度相同的情况下,随着最大纵剖面轮廓线曲率的变小,交会压力波降低,水平投影轮廓线变宽,列车阻力增加;最优方案为列车交会压力波和空气阻力均较小、流线型头部为扁梭形的方案三。     

4种车型横向气动性能分析与比较

根据二维定常不可压缩Navier-Stokes方程和k-ε双方程紊流模型,采用有限体积法对客车、敞车、棚车和罐车4种不同外形铁路车辆在路堤高度、横风风速相同条件下的横向气动性能进行分析与比较。研究结果表明:对于车顶外形为圆弧形的车型,空气流过圆弧形车顶时流速增加,压力下降,故其升力较大;对于车顶外形为钝形的车型,车体迎风面正压区域较大,而背风侧产生较大的漩涡区,在此区域内压力较小,故其侧向力较大;在横风作用下,客车、敞车、棚车和罐车4种车型中,罐车的侧滚力矩最小,稳定性最强,敞车和客车次之,棚车的侧滚力矩最大,其稳定性最弱;在进行强横风地段挡风墙优化设计时,可将棚车作为设防车型,以保证所有列车在强横风地段运行安全。     

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。     

导弹构形横向喷流干扰流场数值模拟

利用对称TVD格式和重叠网格技术数值模拟了翼面位置不同的两种导弹构形的横向喷流干扰流场,研究了喷口附近的流场结构、涡系结构、波系结构及流动分离等流场特性及翼面位置对干扰效应及气动性能的影响,并将计算得到的干扰力放大因子和干扰力矩系数的结果与实验结果进行比较,吻合良好.     

多片尾翼布局弹箭气动特性数值计算

用数值模拟方法研究多片尾翼布局弹箭的气动特性．以三维Navier—Stokes方程为控制方程,用CFD方法对4片、6片与8片平直形尾翼和卷弧形尾翼弹箭的流场进行数值模拟研究,得到的气动特性结果与风洞实验结果基本吻合,为多片尾翼布局弹箭的气动设计及尾翼片数的合理选择提供了依据。     

航行器在空中飞行与水下潜航时的动力学特性

空气和水两种介质物理性质的巨大差异会对跨介质航行器的动力学环境产生复杂影响． 文中以雷诺数为参考,采用 CFX 软件设计案例进行仿真,研究航行器在跨越不同流体介质时的动力学特性． 仿真结果表明:跨越过程中流场存在一个雷诺数拐点,雷诺数小于拐点时,若水和空气的雷诺数相同,航行器的水、空流体动力学参数随攻角变化的趋势一致且数值相近;若水和空气的雷诺数相似,则存在一个匹配的飞行与潜航速度区间,仍能满足水、空介质间相似的动力学特性． 文中研究结论可为航行器的航行控制提供设计依据．     

基于重叠网格技术柔性旗帜与流体耦合运动数值模拟

为研究分析自然界与风能采集领域中柔性旗帜与空气流固耦合运动特性,基于空气动力学原理和二维柔性板轴向不可拉伸假设推导旗帜颤振非线性理论模型,研究了旗帜与空气之间的耦合运动,分析长度、质量比和风速对其运动特性影响。利用双向流固耦合方法及重叠网格技术对旗帜随风摆动过程进行数值模拟,得出流场中旗帜运动行为及周围流场特性。结果表明:临界颤振风速随旗长增加而减小,摆动位移随风速增加先增大后减小;质量比越大,颤振频率越小,斯特劳哈尔数受其影响较小;旗帜尺寸一定时,风速较小,摆动位移、频率较小,风速超过临界颤振风速发生大幅度颤振现象;旗帜周围漩涡会经历产生、脱落和消失过程,周围压力及速度会随漩涡运动过程发生变化。可见采用基于重叠网格技术的数值模拟方法可有效解决柔性旗帜大变形问题,实现理论与数值仿真验证分析。     

弧长网格生成法及其应用

介绍了一种新的代数网格生成法———弧长法。该方法具有几何概念清晰、方法简单、计算迅速的特点 ,生成的网格贴体性好 ,收敛快 ,对复杂流场容易进行子块拼接 ,可以任意调节网格疏密程度。在网格生成的基础上对一算例迫击炮弹进行了N -S方程数值模拟 ,其结果符合气动特性规律 ,说明网格生成合理