计算流体动力学在翼型设计和水处理中的应用

摘要

CFD是计算流体动力力学(Computational Fluid Dynamics)的简称，其主要目的是通过计算机模拟流体实验，得到比较合理的数值结果。鉴于其高效性以及不断提高的准确性，CFD已经越来越多的受到大家的关注，其应用领域也越来越广泛。本文运用两款优秀的CFD软件，研究了翼型设计和水处理等问题。通过对数值结果进行的分析，初步得到了一些结论。 1.介绍了流体力学的三个基本的控制方程组以及其通用形式。并且描述了CFD的工作流程。 2.利用空气动力学相关知识以及茹科夫斯基变换，得到初始翼型几何参数与升力系数(CL)的关系，在此基础上，给出四组对称翼型，运用CFD软件之一的XFOIL，对它们进行数值模拟，得出在不同雷诺数、不同攻角条件下翼型的CL和升阻比(CL/CD)。结果表明，适当增加翼型厚度可以提高翼型的气动性能。 3.取出一个较好的翼型，调整弯度，继续运用XFOIL进行模拟计算，将结果与相同厚度和相同弯度的NACA翼型进行比较，得出的结论是：我们所选的翼型气动性能优于NACA翼型。随后，利用FLUENT软件，研究了垂直轴风力机(VAWT)的启动风速。结论：所选的翼型在低风速下(2.2m/s)具有较好的启动性。 4.研究CFD在另一种热点领域--水处理技术中的应用。先利用水测出模拟的压力条件，接着运用FLUENT软件，模拟了多孔板附近的流场，得出绝对压强的数值分布。随后在水处理的实验中，研究了多孔板下游压强与罗丹明B(RB)降解的关系。通过对实验的分析，得出的结论是：溃灭现象是影响空化效率的一个极其重要的因素。

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第一章前言和CFD基础

1.1流体力学控制方程

1.1.1质量守恒方程

1.1.2动量守恒方程

1.1.3能量守恒方程

1.1.4控制方程的通用形式

1.2 CFD的一般工作过程

1.2.1建模以及网格的生成

1.2.2控制方程的离散

1.2.3相关参数和初始条件的设置

1.2.4结果分析

第二章CFD应用实例之一——翼型设计

2.1背景介绍

2.2翼型相关知识

2.2.1翼型几何形状以及NACA的命名法则

2.2.2翼型的主要气动性能系数

2.3流函数和位函数

2.4茹科夫斯基变换

2.4.1正圆变换

2.4.2近圆变换

2.5流场求解

2.6薄翼理论

2.7数值模拟

2.7.1数值模拟基本思路

2.7.2对称翼型的几何图形

2.7.3 XFOIL介绍

2.7.4对称翼型数值计算结果

2.7.5有弯度翼型数值计算分析结果

2.8最终翼型

2.9垂直轴翼型启动风速的模拟

2.9.1垂直轴风力机的基本情况介绍

2.9.2数值模拟思路

2.9.3数据分析

2.10结果与讨论

第三章CFD应用实例之二——空化研究

3.1背景介绍

3.2 FLUENT的模拟

3.2.1软件介绍

3.2.2建模及网格划分

3.2.3 FLUENT计算过程

3.2.4数值模拟结果分析

3.3实验部分

3.3.1实验装置

3.3.2实验过程

3.3.3结果与讨论

3.4 小结

第四章结论与展望

参考文献

致 谢