全风向角下双方柱脉动气动性能试验研究

为阐明双方柱中上游方柱尾流对下游方柱脉动气动性能的影响,在雷诺数Re=8.0×104均匀来流条件下,完成了间距比P/B=1.25～5(其中P为柱心距,B为方柱边长)、全风向角α=0°～90°的双方柱测压风洞试验.分析了不同P/B条件时下游方柱脉动气动力、升力功率谱、Strouhal数和气动力展向相关性随α的变化规律.发现P/B<3时下游方柱的脉动气动力整体上小于单方柱,且α≥40°时几乎不随风向角变化.但在3≤P/B≤5且0°≤α≤30°时下游方柱脉动阻力远大于单方柱.下游方柱的脉动气动力、升力功率谱和气动力展向相关性随α的变化规律在P/B=3前后差异显著.P/B<3时,下游方柱旋涡脱落受到显著抑制;P/B>3时,下游方柱的脉动气动性能近似于单方柱.     

串列双方柱气动性能的流场机理研究

采用非定常雷诺平均法和SST k-ω湍流模型,在雷诺数Re=2.2×104时对五种间距串列双方柱的绕流场进行了数值模拟。结果表明：随着间距比的增大,串列方柱的气动性能会发生剧烈变化,其绕流场会经历三种不同流态：间距比为S/B=1.2时,下游方柱完全被上游方柱的分离剪切层包裹,流场呈现单一钝体流态;S/B=1.5和2时,在上游方柱上分离的剪切层会再附在下游方柱侧面,流场呈现剪切层再附流态,并在两个方柱之间形成强烈的回流区;S/B=3和4时,两个方柱的尾流中都会形成规则的涡街,流场呈现双涡脱流态,此时上游方柱的旋涡会与下游方柱发生复杂的相互作用,造成下游方柱受到很大的脉动风压作用。     

双排并列三方柱绕流数值模拟

采用有限体积法对雷诺数Re=2.2×104条件下双排并列三方柱绕流问题进行数值模拟,对横向桩距比L/D=1.5、2、2.5、3,纵向桩距比S/D=2、2.5、3共12种工况下绕流流场分别进行计算,得到了每种工况下各方柱绕流阻力系数值及其随桩间距的变化规律,同时分析了绕流流场的演变及方柱前后压差随桩间距的变化趋势,计算结果表明:多方柱绕流较单方柱已明显表现出群桩阻水效应,各方桩绕流参数变化幅度较大,流场演变相对复杂。     

不同头部外形高速列车气动性能风洞试验研究

通过对包括CRH2在内的4种不同纵向长细比比例尺为1∶8的高速列车模型进行风洞试验,分析雷诺数对车辆气动力系数的影响;比较4种高速列车模型的气动力特性;对不同流线型外形列车进行大侧偏角试验,研究高速列车在侧风作用下的安全性.研究结果表明:列车流线型头部越长,鼻形更加突出尖锐,头部流线型更加光滑,更有利于降低空气阻力;当模型列车流线型长度相差不大时,纵向长细比系数越大即车头外形越细长,对减阻越有利;4种动车组头车、中车和尾车的侧向力及升力系数均随侧滑角的增大而迅速增大;当侧滑角大于10°时,头部最大纵剖面轮廓线曲率较大的模型,横风作用下的侧向力系数比其他3种模型车的侧向力系数显著增大,升力系数较小.     

全风向角下小间距双方柱绕流的大涡模拟

采用大涡模拟方法研究了间距比（P/B）为1.5(P为柱心间距,B为方柱边长)、风向角α为0°～90°等条件下双方柱在均匀来流作用下的气动力、流态划分、表面风压和流场特性。研究发现：小间距双方柱流动干扰效应显著,下游柱平均气动力随风向角的变化规律与上游柱和单方柱差异较大,且可能受更大的升力绝对值。将小间距比双方柱绕流分为前角分离流态（α=0°～10°）、分离泡流态（α=20°～30°）、附着流流态（α=40°～60°）及间隙侧分离泡流态（α=70°～90°）四种模式。附着流流态和间隙侧分离泡流态的间隙区出现较强的负压。尾流负压区的强度随风向角先增强后减弱,在α=50°附近达到峰值。前角分离流态时双柱具有一个整体的尾流回流区,而在其他流态下上下游方柱均有独立的回流区。     

串列双方柱的风压特性及其流场机理

为了研究干扰条件下方柱的风压特性及其流场机理,以串列双方柱为研究对象,采用大涡模拟方法,在雷诺数Re=8×104、间距比P/B=1.1～5的条件下,研究了两个方柱的风压系数、气动力系数、风压非高斯特性、风压相关性随间距比的变化规律,重点探讨了双方柱流场特性及其与风压非高斯特性的内在联系.研究结果表明:随着间距比的增大,串列双方柱依次表现为3种流态,即单一钝体、剪切层再附和双涡脱流态,风压特性与流态密切相关.风压的非高斯特性和风压相关性随流态变化呈现为3种类型:在单一钝体流态下,柱间回流区附近的表面风压呈现明显的非高斯特性且风压相关性较强;在剪切层再附流态下,方柱尾流的涡脱强度低,风压相关性弱,但风压非高斯区域大;在双涡脱流态下,受上游方柱尾流旋涡的作用,方柱侧风面的风压相关性较强,下游方柱的侧风面和背风面出现大范围的风压非高斯区域.     

类方柱的气动性能和流场特性

以优化方柱气动外形为目的,采用大涡模拟方法,在雷诺数为22 000时,研究了采用不同角、边平面形态及其组合(包括尖角、圆角、直边、凸边和凹边等组合)的类方柱的气动性能和流场特性,重点分析了凸边圆角柱的气动性能随边部曲率半径的变化规律,并通过分析流场结构揭示了平面形态修正对类方柱气动性能影响的作用机理.研究发现,角、边形状修正可显著改变绕流场结构,最终影响类方柱的气动性能:尖角柱体圆角化、直边柱体凸边化能显著降低气动力、负压区强度和涡脱强度,并伴随斯托罗哈数上升;而直边柱体凹边化后气动性能变化趋势相反;不同角边形状的组合中,凸边和圆角的组合可导致分离剪切层更紧贴柱体壁面,上、下侧回流区范围变小,尾流回流区长度增大,涡脱强度减弱,气动力下降.对凸边圆角柱的进一步研究表明,柱体的气动性能对边部曲率半径非常敏感;并存在一最优曲率半径,此时凸边圆角柱的平均和脉动气动力最小,斯托罗哈数最大,尾流长度最长,涡脱强度最低.     

轴向气流下曲壁板气动压力的理论与实验研究

针对轴向气流作用下曲壁板上的静态气动力进行了理论及实验研究,采用势流的点源解和泰勒级数展开方法获得了曲壁板上的气动力公式.设计了两组带有不同初始曲率的铝合金曲壁板风洞模型.将曲壁板的初始构型函数带入气动力公式得到实验壁板模型的理论气动压力,并与已有的理论计算结果及实验结果进行了对比分析.结果表明:初始曲率越大,作用在曲壁板上的气动压力越大;曲壁板的两端会出现正压区,正压区的范围与初始曲率有关.本气动压力计算方法与实验结果吻合良好,表明了该计算方法的合理性及准确性.     

风雨耦合作用下高速列车气动性能的风洞试验研究

针对风雨耦合作用下高速列车的气动特性问题,在大气边界层风洞中搭建风雨耦合作用试验系统,以CRH2型列车为研究对象,开展高速列车在风雨环境下的静风荷载试验;分析列车在风雨耦合作用下的气动力系数,探明不同风偏角时降雨强度对列车头车和中车气动力系数的影响规律.研究结果表明:降雨对列车头车和中车气动力系数的影响不容忽视,降雨强...     

风沙环境对风力机气动性能的影响

风沙环境中,沙尘会对风力机气动性能产生影响。基于欧拉双流体模型,研究来流风速10m/s的情况下,不同的沙粒体积分数、粒径对翼型du93,s802和s803升力的影响。结果表明：在一定范围内,随着沙粒的体积分数增大,叶片的升力大小呈线性增加,其中s803翼型增幅最明显,达到16.74%;du93翼型增幅最小,为14.62%;沙粒的粒径对叶片的升力影响微弱,可忽略不计;三种翼型中s803产生的升力最大,s802次之,du93气动性能最差。研究结果对风沙环境下,风力机翼型选取具有指导意义。     

两串列方柱绕流的干扰数值研究

用数值方法研究了绕流两串列方柱的气动力及其相互干扰,使用了经改进的标志网络（MAC）方法对相同尺寸的方柱在不同间距比下的流场进行了数值模拟,结果表明：实验中观测到的两串列方柱的阻力不随两方在的间距比连续变化,而是在临界间距比时出现不连续跳跃的现象得到了成功的再现,数值计算所得的阻力值与风洞实验值吻合得比较好。     

并排方柱绕流的大涡数值模拟及显示

采用大涡模拟的方法对雷诺数为7.5×105并排双方柱绕流流场进行了数值模拟,并对所采用的模拟方法进行了实验验证.利用有限体积法和SIMPLE算法计算程式,对双方柱三维物理模型求解不可压缩的N-S方程.计算得到了方柱绕流的速度场和涡量场以及不同时刻的速度分量分布情况.对方柱后速度场、涡旋形成、脱落以及波动性等问题进行了分析,结果符合物理学规律.     

作用在并列双矩形柱上的平均风荷载

本文通过实验研究给出了并列双矩形柱在各种高宽比和间距时,在流体作用下的表面压力分布,力和流动量显示等的结果。矩形柱高宽比自0.3至5,两柱间距比自1至5。其中特别对在一定间距比时出现的双稳态偏流现象进行了详细的讨论。     

低雷诺数下交错放置的两方柱干扰的数值计算

用数值方法研究了低雷诺数下交错放置的 2方柱周围的流场 ,使用了经改进的标志网格方法对相同尺寸的两方柱交错放置的 5种位置的流场进行了数值模拟 .结果表明实验中观察到的 90°附近流场由偏向上游柱体转变为双稳态偏流在数值计算中得到了再现 ,数值计算所得到的阻力值与风洞实验值吻合得比较好 .     

正型排布四圆柱绕流流动模式的格子Boltzmann模拟

利用格子Boltzmann数值方法模拟了绕正型排布的四个圆柱的二维层流流动,研究了雷诺数Re=70时,16种不同圆柱节距比下的流动模式,提出了无因次数α,β对流动模式进行分类,α为上游圆柱与下游圆柱的关联程度,β为尾涡形态的关联程度。结果表明α主要受横向节距比的影响,当α<0.4时为稳定屏蔽流,当0.4≤α<1.0时为摆动屏蔽流,当α≥1.0时为涡脱落流态;而β主要受纵向节距比的影响,当β<0.26时为单体模式,当0.26≤β<1.0时为干扰模式,当β≥1.0时为涡分离模式。本研究为多柱绕流流态的定量划分进行了探索。