船用液力偶合器内部流场的CFD数值模拟

针对目前国内对液力偶合器流场三维仿真计算均采用的只取泵轮和涡轮等过度简化几何模型导致不能真实模拟内部流场,以及使部件强度分析无法开展的问题,依据"泵轮+涡轮+转动壳体"的原几何标准,采用CFD技术,并通过几何建模、网格划分和数值计算等步骤对某液力偶合器在多种滑差工况的内部流场进行了数值计算。数值计算结果表明:计算值与台架试验值的误差均满足工程要求,由此证明了该方法的正确性。     

交叉激波湍流边界层干扰问题数值模拟

基于BANS方程,采用有限体积法离散计算区域,对流项使用Harten TVD格式进行流场求解,湍流部分应用Menter SST两方程湍流模型,建立了隐式LU-SGS方法的三维CFD计算程序,数值模拟了来流马赫数4.96条件下的18°×18°对称双楔产生的交叉激波/湍流边界层干扰问题,计算了不同剖面沿展向压强分布以及流场的详细结构,并将计算结果与相关文献的实验与计算结果进行了比较.     

基于CFD的凝结水泵关死点扬程优化设计与试验验证

针对关死点扬程对凝结水泵管路系统的选型影响问题,首先采用计算流体力学(CFD)方法对某凝结水泵水动力性能进行了数值预报,通过与试验数据对比验证了CFD方法与所建模型的可行性;然后,在叶片泵理论分析的基础上,通过综合调整叶片出口宽度、出口角和叶轮外径等参数实现了不改变设计点扬程的同时降低关死点扬程。数值计算结果表明:改进前、后模型的设计点扬程和功率基本不变,关死点扬程降低了16.7m。而实测数据表明:设计点扬程提高3.1m,关死点扬程降低10.4m。无论是数值计算结果还是实测数据,关死点扬程与设计点扬程的比值均降低0.05。     

二维水翼空化流动的数值模拟

基于RANS方程,结合不同湍流模型与空化模型对粘性流中二维NACA66012模型水翼附近流场进行数值计算与模拟.计算得到固定攻角、固定来流速度时升力系数和阻力系数随空化数的变化规律以及固定空化数时升力系数随攻角的变化规律,并对相应流场进行分析.在二维水翼空化流动的准稳态模拟中,重点对比分析了不同湍流模型、空化模型对空化流动模拟结果的影响,并将计算结果与实验数据进行比较.研究结果表明,在二维水翼附近空化流动的数值模拟中,采用k-ω湍流模型和均相流空化模型计算得到的结果与实验数据吻合较好.最后,采用分离涡模型对不稳定的空化流动进行了瞬态模拟,并得到空化流动的变化规律.     

气—固两相自由射流的粒子仿真方法

采用粒子仿真方法直接跟踪颗粒相运动轨迹,采用NND格式求解NS方程,数值模拟了气-固两相自由射流流场.计算结果表明,将粒子仿真与CFD方法相结合是研究气-固两相流动问题的有效途径.颗粒相参数变化将对气体流场产生一定影响.     

多级轴流式压气机典型工况下的三维流场数值分析

以某型3.5级轴流式压气机前1.5级为研究对象,对其内部流动进行了全工况的数值模拟。重点分析了设计转速下设计点、近最高效率点、近失速点、近堵塞点四种典型工况的流场,通过流场分析了失速机理并对"阻塞"现象给出了解释。计算结果表明:该数值模拟方法能够较好地预测压气机的总体性能,也可以推广到多级轴流叶轮机械的全三维流场计算中。     

三维高超音速干扰流场数值模拟与实验验证

采用Osher Chakraverthy的TVD格式、Baldwin Lomax湍流模型和LU SSOR隐式方法求解了完全NS方程 ,数值模拟了三维高超音速绕流与横向喷流干扰流场。并在高超音速炮风洞中开展了喷流实验研究 ,对该喷流流场的数值计算结果进行实验验证     

坦克排气流场三维数值计算研究

应用FLUENT软件对某型号坦克排气管三维流场进行了CFD分析,采用标准k-ε湍流模型,应用SIMPLE算法对排气流场进行了数值计算,并将计算结果与测试结果进行对比。研究结果表明,排气出口计算值与测试值的相对误差小于7%,所使用的数值计算方法可用于排气流场的数值计算及分析,基本满足工程设计的需要。     

油—水—砂三相水力旋流器流场数值模拟研究

采用计算流体力学软件FLUENT 6.3对水力旋流器内的流体流场、流动结构和颗粒运动过程进行了数值模拟研究,分析了三维速度分布、压力分布、流体流动结构以及颗粒运动轨迹等内部流场特性.模拟结果表明:内旋流压力较低,外旋流压力较高,其中在轴心空气柱区域压力最低,进口部位与管壁的压力几乎处在同一等值线上;对速度场模拟后发现,...     

涡轮阻尼器叶片区瞬态流动及 压力脉动特性研究

为了获取涡轮阻尼器叶片区液体压力的脉动特性,首先采用CFD数值计算和试验验证的方法,提取了某型涡轮阻尼器工作时液体瞬态流动特性参数;,然后,分析了叶片迎水面及背水面流场压力脉动规律。研究结果表明:内流场瞬态的漩涡和流动分离,造成内部压力分布不均,且呈周期性变化;泵轮叶片迎水面和背水面压力脉动的频率为叶轮转频的倍数值,主频为单倍叶轮转频。利用某涡轮阻尼器样机开展了相应的试验验证,试验结果与CFD分析计算结果吻合较好,验证了理论分析的正确性。     

涵道风扇外形参数对气动特性的影响

以某涵道风扇为原型,从理论上分析涵道扩张角对涵道风扇气动特性的影响。运用滑移网格模型,采用三维不可压黏性Navier-Stokes控制方程,利用SST k-ω湍流模型,计算两叶桨气动特性,并与试验结果对比,验证该方法的可行性。分别计算涵道风扇在悬停状态下,3000~8500 r/min转速范围内,涵道唇口外形、扩张角和涵道高度对气动特性的影响,并对流场进行分析。椭圆形唇口的涵道风扇总拉力系数小,气动效率低;当涵道扩张角在8.2°附近时,功率系数相对最小,随着扩张角增大,在桨盘下方靠近涵道壁面附近出现气流分离;涵道拉力系数对涵道风扇高度的变化敏感度低,随着高度增加功率系数略有下降。     

基于OpenFOAM的某型炮弹初始段气动仿真研究

为研究某型炮弹初始段的气动特性并获得相关气动参数,运用结构化网格划分方法建立该型炮弹初始段仿真模型;依托OpenFOAM软件平台,应用可压缩流动求解器对初始段气动特性进行仿真,并提取可用于外弹道设计中的相关气动参数;将仿真结果与风洞试验值进行对比,发现可压缩流动求解器的仿真结果具有很高的精度,完全满足该型炮弹高精度射表的编制要求．     

不同攻角下AUV回收过程中的水动力规律

通过对AUV(Autonomous Underwater Vehicle)回收过程中运动规律的研究和对纳维—斯托克斯方程(Navier-Stokes equations)及其求解方法的分析,基于CFD(Computational Fluid Dynamics)理论建立了AUV回收运动的三维计算模型,并使用CFD软件完成其物理模型的建立、网格的划分及求解设置。在此基础上对AUV回收过程中的阻力、升力干扰进行分析计算,得到不同攻角下AUV所受到的水动力干扰与AUV和回收平台之间距离的相互联系。     

涵道螺旋桨气动特性数值模拟

以某涵道螺旋桨为研究对象,利用动量理论分析了孤立螺旋桨和涵道螺旋桨产生不同拉力的原因;同时利用SST k-ω湍流模型,采用三维Navier-Stokes方程,利用滑移网格模型,通过数值模拟分别计算了孤立螺旋桨与涵道螺旋桨的复杂流动,分析它们在不同转速下,拉力系数、功率系数和效率的差异。分析表明,加上涵道以后,有效抑制了螺旋桨桨尖涡,减少了能量损失。在相同转速下,总拉力系数增加23%,涵道螺旋桨的拉力系数与功率系数的比值比孤立螺旋桨的高出40%,效率显著提高,同时需用功率系数也略有增加,约0.05,结果与理论分析相吻合。     

二维可压缩流动抽吸流量模型及验证

根据超声速与亚声速流动的特征,依据Prandtl-Meyer膨胀波理论,根据背压与来流静压确定膨胀波后的马赫数,获得了质量抽吸流率,并导出了壅塞发生的条件,建立了二维超声速抽吸模型;根据冲量定理,假定气体从主流区域到抽吸腔流态的变化是由于压差的冲量作用,建立了亚声速抽吸模型,并且进一步阐述了亚声速抽吸壅塞发生的机制。计算流体力学验证表明亚声速抽吸冲量模型的偏差较大,因此通过数值拟合模型来描述亚声速抽吸流动。该研究为三维抽吸研究提供了参考。     

雾化过程的多尺度仿真算法

提出了一种雾化过程多尺度仿真算法:对大块液团运动,采用流体体积法直接模拟;将与网格尺度相当或更小的液滴简化成粒子,采用一种基于虚网格的拉格朗日粒子法进行追踪;湍流运动采用了湍流动能单方程输运模型的大涡模拟。基于新算法开发了一套仿真程序,并对此程序进行了验证,对影响模型精度的重要参数进行了深入研究。采用该算法对单股射流的雾化过程进行了仿真,雾场的瞬态和统计特性分析表明,仿真结果与试验结果吻合较好。     

潜艇内置隔板流体特性

为了探究隔板对隔舱特性的影响,以带流水孔潜艇内置隔板为研究对象,对潜艇内置隔舱设置不同的隔板数目,基于大涡模拟(LES)方法进行三维仿真模型进行数值模拟,分析内置隔板对潜艇隔舱阻力以及流噪声特性的影响。结果表明,内置隔板与流体的作用直接影响隔舱的整体特性。隔板数越多,隔舱阻力越大,噪声级也越高,并且阻力以及流噪声与来流速度呈正比例关系,这为潜艇内置隔板的设计提供了参考。     

基于数值模拟的柴油机后处理系统阻力研究

将柴油机用肇流式过滤体（Diesel Particulate Filter，DPF）简化为单通道流动管道的集合，根据准稳态流动的压力损失方程和传热方程建菠了DPF的一维流动模型；将柴油机工作过程模型与DPF流动模型集成，建宦了后处理系统的排气阻力模拟计算模型，通过台架试验验证，证明误差在3％以内。计算结果表明：柴油机在低负荷时，系统排气阻力与负荷近似呈线性关系；在高负荷时，二者近似呈二次曲线关系。计算给出柴油机全工况排气阻力MAP图，可用于标定DPF再生控制器。     

可压缩流大涡模拟耦合概率密度函数方法中的滤波压力模型

亚格子组分-温度关联项显著影响反应流大涡模拟精度。利用概率密度函数方法中概率等效的特点,发展一种新的滤波压力模型,可以良好封闭亚格子组分-温度关联项。介绍概率密度函数及其耦合求解方法,在已有模型基础上推导建立新的滤波压力模型,并在三维超声速氢气/空气时间发展反应混合层中对不同的滤波压力模型进行数值测试。结果表明,与传统的滤波压力模型相比,新的滤波压力模型可以明显改善反应混合层的模拟准确度。特别地,基于新的滤波压力模型,大涡模拟耦合概率密度函数方法可以较好地模拟链式反应中间微小组分如超氧化氢基等,有望更有效地再现自点火等复杂现象。     

双原子分子气体的定常隐式全流域多尺度算法

巨大的计算资源需求极大地阻碍了统一气体动理学格式的应用。采用宏观预估技术,基于Boltzmann-Rykov模型方程发展全流域适用的保守恒定常隐式算法,协同求解宏观方程和微观方程以加速收敛。在单元界面,通过模型方程特征差分解构造简单高效的多尺度数值通量,并结合非均匀非结构速度空间和速度空间自适应技术进一步降低计算需求、提升计算效率。超声速和高超声速平板绕流和圆球绕流的数值结果验证了算法的准确性与高效性。结果表明,算法能够准确求解二维和三维双原子气体多尺度流动问题,且相比于显式离散统一气体动理学格式可加速一个量级。