串列双方柱绕流的数值模拟

采用有限体积法,利用RNG k-ε模型对雷诺数Re=22 000情况下二维串列双方柱绕流进行湍流数值模拟。着重研究了不同的方柱间距比时上下游方柱所受到的阻力、升力与涡街特性,以及各方柱后尾流的变化情况。计算结果表明:上游方柱受力明显大于下游方柱,但两方柱脉动频率几乎相等,而升力有较大差别;下游方柱所受阻力沿水流方向随着间距的增加而增大;受上游方柱尾流作用,下游方柱升力增加,脉动较单柱情形时明显变大;分析了不同间距下流场的演变情况。     

低雷诺数下类方柱绕流的数值模拟研究

为了改进标准方柱(直边尖角柱)的气动性能,以经过角(尖角、圆角)、边(直边、凹边和凸边)形状修正的类方柱为研究对象,采用非定常数值模拟方法,在低雷诺数下研究了6类二维柱体在不同风向角下的气动性能和流场特性。研究结果表明:对标准方柱的角、边形状的修正可明显改变其绕流场结构,会改善或劣化其气动性能;与直边柱体相比,凸边柱体的气动力系数和风压系数明显减小,而凹边柱体的气动力系数和风压系数均有增大的趋势;与尖角柱体相比,圆角化后柱体的气动力系数在所有风向角下呈整体下降趋势,Strouhal数增大;从总体上看,在研究的6类柱体中,凸边圆角柱的气动性能最好,凹边尖角柱的气动性能最差。     

湍流积分尺度对高层建筑风荷载影响的大涡模拟

为研究湍流积分尺度对高层建筑风荷载大小和分布的影响,研究其合理取值,基于大涡模拟开展了B类地貌不同湍流积分尺度下CAARC（commonwealth advisory aeronautical research council）标准高层建筑模型绕流模拟,并将模拟结果与风洞试验进行了比较.研究结果表明:大涡模拟能较好地反映高层建筑周围风场绕流特性和表面风压分布.随着湍流积分尺度的增大,平均运动的变形率向湍流脉动输入能量,以致平均风速降低、湍流强度增大;侧面风压脉动性降低15%、分离流附着提前出现;基底扭矩谱和弯矩谱的峰值及高频段幅值均减小;层斯托罗哈数在0.4倍建筑高度以下基本相同,随高度的增加其值下降20%~30%;层平均阻力系数下降5%~10%;迎风面风压系数平均值下降2%~5%,侧面和背面下降12%~17%.湍流积分尺度对迎风面和侧面上风向的风压水平相关性、层升力和0.8倍建筑高度以下的层阻力相关性的影响可以忽略.随湍流积分尺度的增大,风压水平相关系数增大,背风面增大5%~10%,侧面下风向增大15%~25%,0.8倍建筑高度以上层阻力相关性系数增大25%~50%.B类地貌湍流积分尺度的调整系数为0.4时,计算得到的风荷载与试验结果趋于一致.      

计算区域尺寸对列车绕流数值模拟的影响

对于列车绕流数值模拟而言,其计算区域越大,边界条件对计算结果的影响越小,但过大的计算区域会导致计算工作量和计算时间的增加,因此,计算区域尺寸的选取是列车绕流数值模拟的关键之一。通过建立12种不同尺寸的计算区域模型,结合数值模拟方法,研究其对列车压力分布特征及气动性能的影响。研究结果表明:数值计算仿真得到的气动力系数与风洞试验得到的气动力系数的误差4%;当计算区域上游高度≥8倍特征高度时,头车鼻尖驻点压力系数基本稳定在1.0左右。通过对比不同大小计算区域的计算结果可知,流线型高速列车绕流数值仿真的推荐采用最小计算区域尺寸为:高度方向为12倍特征高度,宽度方向为24倍特征高度,长度方向上游为12倍特征高度,下游方向为24倍特征高度。     

2D非稳态方柱绕流的数值模拟与分析

用有限体积法对与来流夹角为45°以及夹角为0°的方柱绕流进行了数值模拟分析.从对方柱的绕流的数值模拟结果可以得出倾角为45°的方柱对尾涡的影响较之倾角为0°的方柱要大得多.由此可知,特征长度越大对柱体尾部涡影响越大.同时还对方柱的受力进行了计算和分析,并与现有实验数据、文献资料进行了比较,两者互相吻合.     

强侧风对受电弓的气动作用规律

建立了弓-车-网组合模型,基于压力修正法的N-S方程,采用分离式求解SIMPLE算法,对强侧风条件下的受电弓气动特性进行了数值模拟.分析了受电弓的气动荷载在不同侧风速度,不同风向角下的变化规律及强侧风对受电弓绕流流场的影响.结果表明：随侧风速度及角度的增大,受电弓的气动力及力矩呈非线性变化;受电弓流场区域内产生大量漩涡及低速尾流区,接触网及车体对受电弓流场有明显影响.研究结果可为提高受电弓在侧风作用下的稳定性和安全性提供一定的理论依据.     

高速列车转向架空气阻力的数值模拟

为了研究转向架的空气阻力特性,建立了列车空气动力学模型.基于三维定常可压缩N-S 方程和k-ε两方程湍流模型,采用有限体积法对速度为400 km·h-1的高速列车空气动力学性能进行了数值模拟,分析了车底结构对转向架气动力的影响.研究结果表明:转向架区域的流场结构非常复杂,转向架前后都会有漩涡形成;高速列车各转向架所受气...     

绕圆柱湍流流场及其发展的计算

为研究绕圆柱湍流流场及其发展变化,应用RNGκ-ε模型和有限体积法求解非定常雷诺平均纳维尔-斯托克斯(URANS)方程,以二阶隐式时间离散和二阶迎风空间离散格式对控制方程进行离散,采用SIMPLEC算法耦合求解平均速度场和压力场.在Re=103～107范围内对流场进行了数值模拟计算,得到了速度场、涡量场及其湍流脉动参数在下游的发展变化规律.计算与分析结果表明:在高雷诺数条件下,回流区减小,尾流区变窄,尾流在主流方向的影响区域变小,涡量向下游的衰减更慢,湍流动能和湍流耗散率在下游的影响区域也减小.     

主动来流模拟技术试验研究

随着现代大跨度桥梁不断向长大化方向发展,风荷载作用越来越突出,风洞试验作为研究的最重要手段需要精细化,以准确模拟自然风特性。本文在充分调研基础上,进行主动来流模拟技术研究,基于主动控制风洞,制作主动振动机翼,调整不同来流的能量分配,实现了多点来流风速与气动力分量等试验数据实时同步采集,提出空间同步转换法,解决了试验模型处流场真实状况准确测试问题,充分模拟多项气动力,为更加精细化分析提供有效的方法和手段。利用主来流模拟技术,通过数值分析,从理论上对窄带谱、宽带谱来流的空间相关性进行研究,分析解释了部分典型气动力现象,得到有意义结论,为深入研究提供参考资料。     

升力翼对高速列车列车风与尾流特性的影响

为探究在高速列车车顶安装升力翼后引起的列车周围流场剧变，以三车编组1∶10缩尺比某型CRH高速列车模型为研究对象，采用基于两方程湍流模型的改进型延迟分离涡模拟(IDDES)方法，对比分析了有无升力翼的2种高速列车时均和瞬时列车风的发展规律；利用涡旋识别方法探讨了尾迹区瞬时涡结构分布特征，通过比较尾迹区不同流向位置的列车风分布特征与尾流涡旋移动规律，验证了列车风速度峰值与尾涡非定常特性的相关性，采用频谱分析方法获得了尾迹区速度功率谱密度曲线。研究结果表明：升力翼的几何外形结构加剧了车身表面边界层分离，令列车顶部和侧表面边界层厚度增大；升力翼使列车风速度峰值增大，其中在轨侧和站台位置最大时均列车风速度分别增大了1.556和1.327倍，且相较原型列车第2个峰值位置延后；由于翼尖涡不断向下游发展和累积，升力翼列车尾流结构表现为大尺度涡对中夹杂着一对更为破碎的细小涡旋，相较原型列车，涡旋与地面之间的剪切作用更强，升力翼列车尾流时均列车风速度在展向分布上有所增大，但垂直分布上有所降低，并在水平面上出现更明显的剪切分离；升力翼列车尾迹中包含较多破碎的小尺度涡，进而影响了尾迹涡脱落频率，使之比原型列...     

固定直圆柱随机脉动升力特性的数值模拟

为验证大涡模拟在风工程研究上的适用性,数值模拟了固定三维直圆柱在雷诺数（Re数）为4.11104下的绕流场,获得了圆柱非定常气动力,得到了与文献结果接近的升力脉动RMS值和漩涡脱落斯特劳哈尔数（Sr数）;提出了基于90和270点脉动压力时程的互相关系数和RMS值,估算圆柱截面脉动升力RMS值的经验公式;开展了圆柱表面脉动压力时程的相干性分析和气动力产生的流动机理研究.研究揭示了圆柱涡脱的空间不同步和频率随时间的变化特征,以及涡脱能量的有限频率带宽分布;表明圆柱表面的脉动压力能量均集中在漩涡脱落频率上,且圆柱表面90和270点脉动压力时程具有完全相同的统计特性.      

正方形截面气动外型优化仿真计算

运用计算流体力学软件FLUENT,引入雷诺应力模型求解不可压粘性流体Navier-Stokes方程,对正方形及其不同切角截面进行仿真计算．研究了正方形,切角正方形,圆角正方形三种截面的阻力,升力,俯仰力矩,Strouhal数及尾流的流动状态．仿真计算结果表明几何形状的微小变化会引起气动力系数发生很大的变化,尤其是在物体形状的变化强烈的影响到压力分布的时候,其中圆角正方形截面的气动性能最好．仿真计算结果与风洞实验结果吻合良好．     

三维波浪作用下大直径圆柱绕流的数值模拟

为探讨三维波浪与结构物的相互作用,以两相流概念、大涡模拟的不可压缩粘性流体运动方程和自由水面追踪分段线性近似的流体体积(VOF)法为基础,建立了三维波浪与结构物相互作用的数学模型;对三维波浪作用下大直径圆柱绕流进行了数值模拟,用两步边界定位法和虚拟边界力法确定波浪与结构物接触面.结果表明:大直径圆柱绕流系数的数值计算结果与理论解吻合,所建立的数学模型能够很好地模拟三维波浪与结构物的相互作用.     

尾部隔板影响圆柱绕流场的二维层流数值模拟

为了探讨尾部隔板对圆柱绕流场的影响,采用有限体积法、非结构化网格和层流模型求解二维不可压缩N-S方程.在雷诺数为200的条件下,对背流面沿流动方向的对称线上,带薄板的圆柱绕流场进行了数值模拟,得到了流场速度云图、斯特劳哈尔数及平均阻力系数随隔板长度的变化情况.研究结果表明:在圆柱尾部加入的隔板能有效改善旋涡的脱落情况,削弱尾迹区的能量耗散,同时降低绕流的斯特劳哈尔数.在板长与圆柱直径比为L/D≥7的情况下,加入的隔板使圆柱尾部的旋涡被拉伸为扁平结构并限定在隔板两侧,在扁平对涡的外侧形成类似流线型的流场结构;尾部的隔板也使绕流的阻力系数呈现下降的趋势,当L/D=7时,平均阻力系数下降了约40%.      

桥梁墩柱三维绕流特性精细化研究

为了深入研究桥梁墩柱水流力的特点及产生机理，对典型桥墩模型考虑自由液面影响时的三维绕流展开了精细化研究. 采用ANSYS FLUENT 作为数值模拟工具，研究了整个墩柱阻力和升力特点，并将墩柱模型从柱底到柱顶划分为5个分段，对比了各个分段阻力、升力特点及沿着水深的变化规律，进一步分析了自由液面、底部边界对漩涡结构的影响，阐述了流场三维特性与墩柱水流力之间的关系. 研究结果表明:墩柱水流力沿着水深是非一致分布的，墩柱分为5段（c1～c5），其中c1～c4分段阻力均值与圆柱整体受力的比值分别约为25%、30%、25%、20%，c5分段处于空气中受力贡献近似为0；另外阻力振幅、升力振幅中下部较大，而底部、中上部、液面处较小；漩涡交替脱落导致墩柱左右两侧自由液面交替起伏，自由液面对漩涡产生抑制作用，自由液面处产生多个尺度不同的漩涡，这与液面下仅有两个交替脱落的漩涡是不同的；墩柱中下部漩涡脱落比其余位置有所滞后，导致柱体不同分段处升力有明显的相位差；墩柱升力振幅与阻力均值分别为5.511 N和3.695 N，相差不大，升力引起的桥墩或桥梁的振动不可忽视.      

车用催化转化器内流场及结构优化分析

催化转化器是目前最有效的汽车排放控制装置,利用计算流体动力学CFD方法,建立某款汽油车催化转化器的三维内流动数学模型,对催化转化器内的流动特性进行了稳态流动数值模拟,研究分析催化转化器入口管角度及载体结构样式对其内速度场、温度场、压力场等特性的影响,以指导催化转化器的结构设计.结果表明30.入口管和球形端面载体结构是较...     

横向风作用下高速铁路车桥系统绕流特性分析

基于不可压缩二维雷诺平均N-S方程，采用RING（renormalization group）k-ε两方程湍流模型，对德国ICE（intercity-express）列车和标准简支梁组成的车桥系统在横向风作用下的二维绕流特性进行了分析．计算网格为由三角形非结构网格和四边形结构网格组成的混合网格，采用有限体积法对微分方程进行离散，应用SIMPLE算法解决压强-速度耦合关系．根据高速铁路桥梁带挡风墙的特点，引入空腔流动研究成果对车桥系统的绕流特性进行了理论分析．结果表明，高速铁路桥梁挡风墙的挡风机理在于充分运用了空腔流的旋涡特性．     

基于CATIA的柴油发动机缸体三维设计

通过分析柴油发动机缸体结构特点,将缸体分解成曲轴箱和水套等子零件,利用CATIA V5R17进行子实体建模,最后通过布尔运算得到整个缸体的三维实体模型。缸体采用结构分解方式建模,子结构的三维模型(水套、曲轴箱)可直接用于缸体后期铸造模具的CAM,提高三维数据的利用效率。     

绕方柱流速度场的数值模拟

采用有限差分法 ,对雷诺数为 2 .2× 10 4 的三维绕方柱流的速度场进行了大涡模拟。运用时间分裂控制(Split Operator)法 ,将N S方程分为对流步、扩散步和传播步。对Smagorinsky假设在近壁区的发散问题用两层模型而非通常采用的WallDampingFunction进行处理。对流项用迎风 中心差分格式模拟 ,压力方程用SOR法迭代求解。计算得到的沿对称线的时均顺流向速度的计算结果与文献上的实验结果进行了比较 ,结果吻合较好。     

A MIXED LUBRICATION MODEL MODIFIED BY SURFACES'''' FRACTAL CHARACTERISTICS

Since 1978,theaverageflowlubricationmod el,i .e .Patir Chengequation[1] ,hasbeenwidelyusedinsolvingforthelubrication problemofabearingandthetribology systeminacylinder pis ton .However ,valuesoftheflowfactorsintheequation ,suchaspressureflowfactor ,aremeasuredonthebaseofroughness ,whichisvariablewithmeasuringscale .Since 1980s ,fractalgeometryhasgreatlydeveloped .Fractalistheintrinsicandglobalpropertiesofthematerialismwithfractalandinde pendentofameasuringscale .Also ,itwasverifiedthatsomemac…