上游切角倒角小间距比串列方柱大涡模拟研究

串列双方柱在小间距比情况下会存在一定的遮挡效应,而上游方柱角部形状改变对其遮挡效应的影响有待以进一步明晰.以间距比(方柱中心距与边长的比值)为2.0的串列双方柱为对象,分别对标准方柱、上游方柱切角和倒角处理(角部变化率10％)3种工况,进行了非定常绕流大涡模拟研究.数值模拟中采用均匀平滑流场,不考虑来流紊流,以来流平均...     

上游切角倒角小间距比串列方柱大涡模拟研究EI北大核心CSCD

串列双方柱在小间距比情况下会存在一定的遮挡效应,而上游方柱角部形状改变对其遮挡效应的影响有待以进一步明晰。以间距比(方柱中心距与边长的比值)为2.0的串列双方柱为对象,分别对标准方柱、上游方柱切角和倒角处理(角部变化率10%)3种工况,进行了非定常绕流大涡模拟研究。数值模拟中采用均匀平滑流场,不考虑来流紊流,以来流平均风速和方柱边长定义的雷诺数为22 000。通过串列标准方柱大涡模拟结果与文献试验结果的对比,验证了该方法及参数设置的有效性;详细对比分析了方柱的平均、脉动气动力系数和风压系数分布等,对上下游方柱周边测点的脉动风速谱进行了对比分析,还结合方柱周边的时均和瞬态流场进行了机理分析。结果表明,上游方柱切角、倒角改变了流动分离点,剪切流扩散角变小,分离涡更贴近壁面,影响了下游方柱的流动再附,减弱了方柱平均与脉动风荷载,其中上游方柱切角处理更为显著地降低了流向平均风荷载,而倒角处理则表现为减弱横风向脉动风荷载。     

Smagorinsky 常数对扁平箱梁气动特性大涡模拟的影响研究

作为大涡模拟（LES）的唯一模型参数,经验 Smagorinsky 常数（CS）与特定的流动条件有关。为研究扁平箱梁气动特性 LES 的合理 CS取值,开展了 CS值在 0.032~0.7 范围以及动态亚格子黏性模型的多工况 LES 模拟,通过与风洞试验结果的对比,分析了主梁气动特性随 CS值的变化。研究认为：CS值不同时主梁表面压力和气动力的平均值差别不明显,其结果也与风洞试验吻合良好;但 CS值的变化对主梁表面压力和气动力的均方根（RMS）值影响明显,结果也与风洞试验存在较大差异,CS值增大导致气动力脉动降低甚至无脉动;LES 采用动态亚格子黏性模型无法给出主梁涡脱和表面压力的合理估计。在 0.064≤CS≤0.27 区间,LES 均能给出与风洞试验一致的主梁涡脱单频和 St值估计;从捕捉流动的非定常特性考虑,建议 CS在上述范围内取小值。研究认为,CS增大导致亚格子湍流黏性增大,流动的耗散作用增强,降低了 LES 对非定常湍流特性的捕捉能力,导致模拟的气动力脉动量减小。     

顶部方形开洞对超高层建筑风荷载影响的大涡模拟研究

顶部开洞是一种有效的超高层建筑气动优化措施,开洞形式和洞口位置对建筑整体风荷载的影响机理还有待进一步研究。采用基于空间平均的大涡模拟方法,考虑来流与洞口方向一致,研究了顶部无开洞(标准方柱)、敞开式和封闭式方形开洞,对湍流边界层风场内方形截面超高层建筑风荷载的影响。将封闭式方形开洞模型风压系数的大涡模拟与风洞试验结果对比,验证了该数值模拟方法及参数设置的正确性;对比分析了上述无、有顶部开洞及开洞形式的方柱表面平均和脉动风压分布特征,着重从流场角度分析了洞口形式对风荷载的影响机理。结果表明:顶部开洞影响了流动分离点位置、剪切流扩散角度及流动再附现象,洞口的狭管效应使得该处风速急剧增大,其中封闭式开洞更为显著,洞口内加速的气流扰乱了大尺度的涡流,导致涡的能量更加分散,从而减弱了结构表面风压;在顶部洞口边缘处,因流动分离而出现了较大风压值,其中敞开式洞口的背风面存在较为明显的边缘效应;封闭式开洞对减弱洞口局部风压的效果优于敞开式。     

圆角方柱气动特性的风洞试验研究

通过刚性模型测压风洞试验在均匀流场中测试了标准方柱和圆角率分别为0.1,0.2,0.3和0.4的圆角方柱在12万雷诺数及0°～45°风向角内的表面风压,进而分析了风向角以及圆角率对模型气动特性的影响规律。结果表明：随着风向角的增大,圆角方柱的平均阻力系数均先减小后增大,最后趋于平稳,平均升力系数则先增大后减小,最后趋于稳定,圆角方柱平均升/阻力系数取得最大(或最小)值的风向角小于标准方柱,其中：圆角率为0.1的圆角方柱在7.5°附近,圆角率为0.2,0.3,和0.4的圆角方柱则在5°附近;当风向角小于10°时,圆角方柱的脉动升力系数随风向角增大先减小后增大且远小于标准方柱;当风向角大于10°时,圆角方柱的脉动升力系数随风向角增大变化较小且略大于标准方柱;圆角方柱的斯特劳哈尔数随风向角的增大均呈现出先增大后减小的趋势,最大值随圆角率的增大逐渐增大。     

桥梁气动导数的格子Boltzmann大涡模拟仿真

为将格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method, LBM)用于桥梁气动导数的识别,该文将壁面自适应局部(Wall-Adapting Local Eddy, WALE)涡黏性模型引入到多松弛时间格式(Multiple Relaxation Time,MRT)的LBM中,构造了一种能够有效模拟桥梁结构高雷诺数绕流的LBM大涡模拟方法—MRT-LBM-WALE。采用MRT-LBM-WALE和动边界技术驱动主梁断面在流场中做正弦竖向或扭转振动,在虚拟风洞中实现了强迫振动法识别气动导数的LBM仿真。利用方柱非定常绕流问题验证MRT-LBM-WALE的可靠性后,对理想平板和Great Belt东桥的气动导数进行了计算。研究证明MRT-LBM-WALE能够得到近壁面上真实的亚格子涡黏性,可以准确地预测湍流流动的发展。同时,研究表明气动导数的MRT-LBM-WALE仿真值与理论解或试验值吻合较好。     

基于大涡模拟的大气边界层湍流强度对低矮房屋风荷载特性影响研究

对德州理工大学(Texas tech university,TTU)低矮房屋标准模型,以已有现场实测以及缩尺模型风洞实验数据为验证对比,基于大涡模拟(Large-eddy simulation,LES)方法研究了大气边界层湍流强度对低矮房屋风荷载特征的影响机理。采用CDRFG (Consistent discretizing random flow generation) 人工合成湍流方法生成大气边界层湍流,研究了来流湍流度对低矮建筑表面的平均、脉动以及极小值风压分布以及风压非高斯特性的影响,并利用LES能提供非常场流动全流域信息的优势,结合瞬态湍流场结构对大气边界层湍流对低矮房屋风荷载特征的影响机理进行了阐释。结果表明:LES数值模拟得到的平均、脉动及极小值风压系数与实验以及实测结果一致,平均风压结果包络在实测误差范围以内,极小值风压系数最大误差小于10%,脉动风压系数最大误差小于20%且误差区域较小。在来流湍流度增大的过程中,低矮房屋屋面平均风压系数变化较小,脉动风压系数呈显著的线性增加;极小值风压系数变化规律相对复杂,呈现出非线性减小的趋势,风压系数极小值可达?5.0;屋面涡脱强度逐渐被抑制,锥形涡迹线与屋面迎风前缘的夹角由14.4°下降至8.7°。屋面风压非高斯特性主要与屋面形成的涡旋结构相关,表现出典型的右偏软化非高斯过程,且随着来流湍流度的增加风压非高斯特性逐渐减弱。从流场的角度来看,湍流度的增加抑制屋面迎风前缘柱状涡以及锥形涡的形成,加快流动分离的再附,减少分离泡尺度,同时提高了屋盖周围的湍流高频能量成分,从而使脉动风压增加,极小值风压减小以及风压非高斯特性减弱。该研究阐明了大气边界层湍流对低矮房屋风荷载特性的影响机理,有助于进一步理解低矮房屋风致破坏机理,并且为低矮房屋的抗风设计及抗风性能优化提供重要参考。     

基于大涡模拟的CAARC模型角区开槽气动优化研究

超高层建筑属风敏感结构,对建筑外形进行适当气动优化可有效降低结构风荷载及风致响应。基于大涡模拟(LES)方法,采用一种新的入口湍流生成方法——NSRFG(narrow-band synthesis random flow generation)方法,进行超高层建筑标准模型(CAARC)角区开槽的气动优化研究。首先进行了CAARC高层建筑标准模型绕流模拟,并将模拟结果与风洞试验结果对比,以验证NSRFG方法的适用性;然后以CAARC模型为基础,设计了4种开槽气动优化方案,通过LES模拟得到基底弯矩功率谱,以估算建筑顶部位移响应和顶部峰值加速度响应。结果对比显示：对于矩形截面高层建筑标模,无论原型还是4种开槽气动优化方案,横风向脉动响应和峰值加速度响应整体比顺风向大;与全封闭原型相比,采取不同开槽方案均能降低顺风向和横风向风振响应,其中角区开槽对顺风向响应的优化效果最好,周向开槽对横风向响应的优化效果最好;4种开槽方案对于横风向响应的优化效果明显优于顺风向,其中相对而言周向开槽优化效果相对最好,使横风向脉动位移响应和横风向峰值加速度响应分别降低28.4%、32.8%。因此,从减小矩形截面超...     

旋进射流流动的大涡模拟

分析了基于流体附壁效应而自激产生的旋进射流的流动特征,采用大涡模拟(LES)方法研究了射流喷嘴内部的流场.数值模拟得到了流场的速度分布和压力分布,比较了膨胀比、长径比等喷嘴结构参数以及雷诺数对旋进射流流动的影响.数值模拟表明旋进射流的轴向流动速度衰减得很快,流场中存在明显的旋流、附壁效应和反向回流现象,所得到的结果与已有的分析结论基本吻合.     

速度剪切流中圆柱体绕流特性的数值模拟

采用由速度梯度、圆柱半径以及圆柱中心平面上的来流平均速度定义的无量纲剪切参数β来描述速度剪切的强度。在雷诺数Re=60-1000范围内,运用三维直接数值模拟(DNS)和大涡模拟(LES)两种方法对速度剪切流中的圆柱体的绕流特性进行了数值模拟。研究了驻点、高速和低速两侧分离点、圆柱表面压力分布以及不稳定尾流结构随剪切参数的变化及其对雷诺数的依赖性,从而得到了剪切流中圆柱体的气动力以及脱落特性,并对其机理进行了详细探讨。     

基于大涡模拟方法的多层动网格技术识别平板气动参数

【摘要】从弱耦合的角度出发,对流体计算软件fluent进行二次开发,利用其用户自定义函数(UDFs)描述结构的运动状态并结合动网格技术实现流固耦合。在保证动网格运动速度符合空间守恒法则的条件下,针对固体模型在流场中运动受网格尺寸限制且易造成网格变形过大导致计算失败的问题提出了多层动网格的解决方法。流体动力计算时考虑湍流的作用,采用大涡模拟方法求解N-S方程。数值模拟了平板做单自由度强迫振动的断面绕流流场,通过最小二乘法拟合气动力时程曲线获得气动导数。仿真结果与通过Theodorsen理论导出的平板气动导数具有良好的一致性。     

单体1:1:6方形截面建筑绕流的大涡模拟

基于Fluent 6软件平台,采用大涡模拟(LES)方法对一宽高比为1:1:6的高层建筑缩尺模型表面的平均和脉动风压进行了数值模拟,并与相应风洞试验结果进行了比较和分析,然后,研究了不同来流湍流度对结构表面风压分布的影响.结果表明:(1)对于类似研究的00风向角下的方形截面建筑来说,结构迎风面风压直接受来流湍流的影响;侧面由于存在流动分离,其风压主要受分离产生的特征湍流的影响,受来流湍流度的影响较小;而背风面处于复杂的尾流区,其表面风压受到的影响因素比较复杂.(2)在风压系数的统计特性和自谱上,LES结果与风洞试验结果均能够基本保持一致,LES方法能够较准确预测结构表面的平均和脉动风压分布.     

Large eddy simulation of particle deposition and resuspension in turbulent duct flows

Particle deposition and resuspension in a horizontal, fully developed turbulent square duct flow at four flow bulk Reynolds numbers (10,320, 83k, 215k and 250k) is simulated by applying large eddy simulation coupled with Lagrangian particle tracking technique. Forces acting on particles includes drag, lift, buoyancy and gravity. Four particle sizes are considered with the diameters of 5?μm, 50?μm, 100?μm and 500?μm. Results obtained for the fluid phase are in good agreement with the available experimental and numerical data. Predictions for particles show that particle size, flow Reynolds number and the duct (celling, floor and vertical) walls play important roles in near-wall particle deposition and resuspension. For the smallest particle (5?μm), the particle deposition rates in duct ceiling, floor and vertical walls are found to be similar with each other and all increase with the flow Reynolds number, while the particle resuspension tends to occur in the middle wall regions and corners of the duct with less influenced by the flow Reynolds number. The ceiling deposition rate gradually decreases with particle size while the floor and vertical wall deposition rates both increase with particle size. The ceiling particle deposition rate increases with Reynolds number while the floor deposition rate decreases with it. The vertical deposition rate for the small particles (5–50?μm) increases with the flow Reynolds number obviously, while for the large particles (100–500?μm) that becomes insensitive. In addition, the flow Reynolds number is found to have an obvious effect on particle resuspension while the effect of particle size on particle resuspension decreases with Reynolds number. Eventually, a dynamic analysis was conducted for particles deposition and resuspension in turbulent duct flows.     

航空发动机气动附加阻力修正测点布置与试验

通过对某型发动机的室内试车间的整场流场特性进行数值模拟研究,得到发动机试车间内的流场状况,分析了试车间内的速度、静压等物理量,绘制整场流线,针对试车间的气动附加阻力截面法修正方法,研究了在不同截面下的速度、静压变化规律,为气动附加阻力修正截面法在实际试车中的测量布点提供了依据,并且做了某型发动机室内试车台的实测试验,得到了测量及计算结果。结果表明,数值模拟可以清晰的模拟出试车时的整场状态,能得到实测不便测量部分的数据,可以对试车间不便搭建测量的位置进行补充,基于仿真得到的测点布局满足测量和计算的需求。     

不同强化管传热特性的数值模拟与实验研究

对横纹槽管、缩放管和螺旋槽管在夹套间进行了传热特性实验,研究了传热效率指标随雷诺数的变化规律.运用FLUENT软件,采用二维轴对称方法和k-ε模型对夹套间流体流动传热进行了数值模拟,并将模拟结果与实验结果进行对比.从场协同的角度研究了速度场与温度场夹角对传热膜系数的影响.     

基于双模齿轮的大排量齿轮泵的流场可视化仿真研究

 研究双模组合齿形齿轮泵的流量、压力特性.通过将不同模数的齿轮叠加组合,设计双模数齿形的主、从动齿轮,以增加齿轮啮合过程中的容积变化量,提高齿轮泵的排量,利用Fluent 对齿轮泵内液压流场进行了仿真,得出齿轮泵在启动和稳定工作状态下流场压力分布云图、速度分布云图和速度矢量图,并据此分析了齿轮泵流场的流态.结果表明:同体积下双模齿轮泵的输出流量是普通齿轮泵的16～33倍,该齿轮泵中大齿将流场分成不同压力区,且大齿两侧流体压力差较大,齿顶间隙处液体流动速度较大,说明齿轮泵径向泄漏较为严重,在泵的入口处存在涡流现象,会产生压力冲击,影响齿面的使用寿命．     

突扩膨胀射流冲击换热与流动的数值模拟

采用大涡模拟模型对突扩膨胀射流冲击平板的传热特性及喷嘴内部流场进行数值模拟,得到不同进口Re数,不同膨胀比情况下喷嘴内部流场和射流冲击平板时的换热效果,分析了不同进口Re数、膨胀比E、冲击高度H/d对换热和流动的影响.研究表明,与直喷嘴进行对比,由于膨胀喷嘴射流与周围介质的掺混、渗透作用使射流的流速大大降低,最大速度偏离几何中心,使得换热效果减弱,对加热平板的冷却具有不对称性,但使得整个换热板的平均冷却效果更加均匀.     

单根和双分裂导线风噪声的数值模拟研究

针对单根和双分裂导线风噪声采用混合计算方法进行数值模拟。基于导线的绞线结构进行建模,获得单导线风场和声场的分布特征,并与同直径的光滑圆柱结果进行对比,并针对水平和垂直布置双分裂导线风场和声场进行研究。研究表明:导线的阻力系数和总声压级均小于光滑圆柱,而斯特劳哈尔数大于光滑圆柱;在卓越频率段导线和光滑圆柱的风噪声呈现了明显的8字形指向性,而在远离卓越频率段呈现圆形指向,说明导线和圆柱风噪声是一种偶极子声源;导线和光滑圆柱风噪声的总声压级总体呈圆形、略呈8字形分布;垂直布置双分裂圆柱因相互之间无干扰,总声压级为两根单导线风噪声声压级之和;垂直布置的双分裂导线风噪声略小于水平布置双分裂导线风噪声。