随行波表面减阻降噪机理探索

通过对随行波表面特殊流场的数值模拟研究,探讨了随行波表面存在减阻降噪效果的内在机理.针对随行波表面流场的特点,在数值计算过程中对其计算域、计算网络及其流动参数进行了合理化的处理.模拟结果表明随行波表面存在减阻降噪效果的内在机理在于:随行波表面连续的沟槽结构使得壁面附近的流动在波谷处产生了稳定的二次流,即来流在随行波表面引发形成一排平行人工涡,从而使自由来流在平行人工涡上流动,而不与壳体表面接触,起到了类似"滚柱轴承"的作用,从而达到减阻降噪的目的.对随行波表面流场的模拟研究,对深入揭示其潜在减阻降噪机理具有一定的意义.     

涡环旋转伞流固耦合特性分析

以一种典型的涡环旋转伞为研究对象,采用任意拉格朗日-欧拉流固耦合方法模拟其在无限质量条件下的充气展开过程。计算得到了涡环旋转伞的充气展开和转速、开伞动载等时程变化曲线以及稳态阶段伞周围流场变化规律、伞衣织物的结构强度等流固耦合特性。结果表明:涡环旋转伞在来流12m/s时稳定转速约为3.1r/s,伞衣幅充满外形饱满,与伞塔试验结果吻合;稳态阶段涡环旋转伞上方产生大量涡核,涡核中心的连线类似于空间螺旋线;涡环旋转伞的阻力系数大于一般结构轴对称降落伞;伞衣幅与伞绳连接区域以及边缘区域应力明显高于伞衣幅平均应力水平。     

环管型燃烧室喷雾燃烧DES模拟

为研究燃气轮机燃烧室内复杂的两相三维湍流燃烧问题,采用基于Realizable k-ε模型的分离涡模拟(DES)方法对环管型燃烧室进行喷雾燃烧数值模拟.数值模拟结果表明:DES模拟在燃烧区发挥出大涡模拟(LES)的作用,能获取结构复杂的流场、温度场和涡量场,其对流场内涡结构的捕捉和分辨能力明显强于传统的RANS(雷诺时均N-S方法)模拟.与实验数据对比发现,DES模拟所得燃烧产物含量和燃烧室出口温度分布更符合.因此,DES方法可用于复杂形状燃烧室的燃烧数值模拟,能够避免RANS模型对湍流脉动进行平均处理导致耗散过大、抹平涡结构的缺点,从而可获取更准确的计算结果.     

二维超声速混合层的大涡模拟

对二维超声速混合层流动进行大涡模拟。采用五阶精度的WENO格式求解大尺度涡的控制方程,小尺度涡的作用采用Smagorinsky亚格子模型进行模拟。模拟结果再现了二维超声速混合层拟序结构,计算得到了涡组对、合并等现象。通过对流场不同位置压力振荡历程的频谱分析,对超声速混合层中的谐波变化规律作了初步探讨。计算得到的速度剖面的时均统计结果与实验结果相比,吻合程度较好。     

捷联惯导位置更新中的多子样算法

以地理坐标系作为导航坐标系,推导了捷联惯导位置更新中的位置增量算法;提出了基于曲线拟合的多子样(二、三、四子样)涡卷补偿算法和位置旋转补偿算法.仿真结果表明,二、三、四子样涡卷补偿算法和位置旋转补偿算法都能有效地计算出涡卷补偿和位置旋转补偿值,并且二、三、四子样涡卷补偿算法和位置旋转补偿算法的精度依次提高.     

尾流冲浪中后机等效诱导升力计算分析

为进一步得到在尾流冲浪中的减阻、节油等效益,提出了一种尾流冲浪中后机获取升力的计算方法,对节油率进行分析。采取数值模拟的方法,选取A330-200机型作为前机和后机,以其适用巡航速度在高空飞行作为背景,模拟了其尾涡的环量、半径以及其产生的下沉运动。根据尾流的耗散规律从2 000～4 500 m范围中选取了6组前后机纵向间隔,参照不同的后机距涡核的相对位置进行了滚转力矩分析,根据诱导速度等效转化为后机均匀获取的诱导升力,分析评估出合理的后机冲浪位置,得出较高的节油率为12.28%。     

障碍物投影长度对海上可燃气云爆燃特性影响

针对海上运输和军事行动中可燃气泄漏形成气云等问题,利用涡耗散模型,对6种障碍物投影长度(0 m～180 m)下海上可燃气云的形成和爆燃过程进行了数值模拟,重点研究障碍物表面及周围气云爆燃压力和温度特性的具体变化规律。结果表明,存在障碍物时气云湍流性增强,可燃气浓度分布更加不均匀;随着投影长度的增加,障碍物前方最大爆燃压力略增,但前表面无法形成持续高温;上方最大压力略降,投影长度小于100 m时高温持续时间显著增加;后方最大压力骤降,投影长度大于100 m时高温持续时间大幅缩短。结果可用于预测和评估不同投影长度下气云爆燃对船舶等障碍物的危害,为交通运输和军事行动中的安全防护等实际应用提供参考。     

螺旋桨梢涡卷起数值计算

通过解析公式计算得到面源和面偶的诱导速度,在面偶附近区域,用涡环代替面偶,计算得到螺旋桨的速度场,根据尾涡面必须和当地流体流速相切的原则,修正原来尾涡面的形状,逐步迭代直至尾涡形状收敛,用这种方法预报了三维水翼和螺旋桨的尾涡面的形状和梢涡卷起,与试验结果有较好的一致性。