分离涡模拟

摘要： 为了研究内埋弹舱非定常流场对武器投放分离特性的影响,基于分离涡模拟(DES)方法和非结构重叠网格技术,建立了内埋武器机弹分离高精度数值模拟方法。在此基础上,首先通过典型空腔流动和机弹分离算例验证了数值方法的有效性,然后采用平均雷诺应力模拟(RANS)和DES两种方法探究了机弹分离过程中弹舱腔内涡结构的演化历程,分析了两种方法在机弹分离流场结构模拟中的差异,研究了内埋弹舱流场结构对导弹分离特性的影响。计算结果表明:机弹分离过程中,高强度涡结构逐渐向弹舱腔体后缘聚集,同时弹舱剪切层流动结构被导弹破坏,导弹出弹舱阶段俯仰方向所受气动力矩急剧变化。相比RANS方法,DES方法捕捉到的高强度小尺度涡结构对导弹压力分布影响较大,使得分离后期导弹俯仰角、俯仰角速度产生明显差异,DES方法更适合内埋武器舱分离特性精细化研究。该研究结果可为内埋武器机弹分离研究的计算方法选择和安全分离策略提供一定的参考依据。

摘要： 为研究运动舱门对内埋弹舱(空腔)非定常流场和舱内噪声特性的影响,开发了应用于运动问题的动态嵌套重叠网格组装方法,采用改进的脱体涡模拟方法对亚声速流场(Ma=0.6)进行了高精度数值模拟。首先采用空腔标准模型(M219)验证所用的高精度数值格式的有效性,然后应用发展的方法对干净空腔(C201)、带静态舱门(30°、60°、90°和120°)的空腔以及运动舱门的空腔进行模拟,并分析静、动态舱门对空腔湍流流场和腔内气动噪声的影响。针对运动舱门的非稳态非定常流动问题,采用经验模态分解方法分析空腔中的湍流脉动特征和声压级。通过分析研究结果发现,与干净空腔相比,舱门小开度(30°)时,舱门会限制法向和展向的流动,从而降低腔内流场与外部流场的流动掺混和交换,腔内壁面总声压级比干净空腔低5~8 dB,但是两者变化趋势一致,且二阶Rossiter模态频率偏高;在打开角度较大(60°以后)时,舱门对腔内流动的影响主要表现在展向,此时空腔上方的剪切层涡结构运动的高度更高,舱门阻碍噪声的展向传播,使得腔内的总声压级升高(3~10 dB不等),二阶Rossiter模态的强度增大。然而舱门开启过程中,腔内总声压级介于小开度与大开度之间,与干净空腔水平相当;在舱门打开角度为90°时,腔内总声压级呈现与准定常模拟结果类似的分布,该研究对真实弹舱的流动分析与设计有指导价值。

摘要： 为研究Ahmed模型在不同湍流度下的流场特性以及气动特性,采用分离涡模拟方法对尾部倾角为25°的Ahmed模型进行3种湍流度为1%、5%和10%的数值模拟计算。结果表明,湍流度的增加使模型受到的阻力增大,尾部下游1.044 m处,涡的扰动现象明显,当发展到尾部下游2.244 m处时,尾流与外部主流已基本融合,湍流度的增加会使模型尾流场的湍动能以及尾部涡量均有明显的增长,从而使模型的能耗增加,模型的气动荷载主要集中在0~100 Hz的范围内,随着湍流度增加模型的阻力、升力系数也随着变大。

摘要： 带格栅腔体结构在流激作用下极易产生结构振动和噪声,较大噪声会影响舰船隐身性能。本文采用分离涡模拟并结合有限元耦合边界元方法,对栅条不同布放方式下腔体结构的绕流流场和水下声辐射特性进行分析。研究结果表明,在来流激励下,带格栅腔体结构的栅条振动响应较大,在共振频率处有较大的声辐射,与来流方向平行的格栅声辐射性能优于同来流方向垂直的格栅,结构振动声功率级随来流速度增加而增大。

摘要： 基于改进延迟分离涡模拟(IDDES)方法和k-ωSST湍流模型,建立时速600 km等级高速磁浮列车明线单车稳定运行时的三维可压缩非定常数值计算模型,并通过风洞试验验证;分析列车表面压力、列车周围速度流线和旋涡等流场结构,以及列车气动力的时域特性和频域特性。结果表明:高速磁浮列车明线稳定运行时气动力在时均值上下准周期性波动,升力波动幅度较大,尾车升力最大波动幅度为12.48%;各节车气动升力的功率谱密度频率主要集中在0~20 Hz范围内,最大峰值频率均为9.3 Hz;定常模拟和非定常(瞬态)模拟的流场结构在尾流区有明显差异,2种模拟下的气动阻力最大相差2.60%,升力最大相差7.65%;整车摩擦阻力占总气动阻力的78.50%,居主导地位;磁浮列车以400~600 km·h^(-1)速度等级明线稳定运行时,列车气动力与车速平方成正比;气动外形优化时应对设备舱导流区域、风挡和滑撬进行优化。

摘要： 为了揭示畸变进气条件下,压入式矿用对旋主通风机内部非定常流动特性及失速机理,将分离涡模拟(Detached eddy simulation,DES)方法和出口节流阀函数相结合,对对旋风机三维全流道内的流动进行数值模拟与分析.结果表明:在节流阀系数为0.8的开度下,两级叶轮区域均出现了失速扰动,且扰动的起始位置均发生在叶顶处;虽然后级叶轮叶根区域也同样出现扰动,但这种扰动与叶顶区域的扰动是各自独立形成的,"突尖型"失速先兆伴随着"前缘溢流"与"尾迹反流"现象的发生而出现.虽然后级叶轮相对于前级叶轮先发生失速先兆现象,但随着流量的减小,在完全失速阶段,前级叶轮叶顶间隙内的气流脉动强度明显高于后级叶轮,两级叶轮之间的干涉作用强烈.

摘要： 发动机冷却风扇高速运转时产生的气动噪声主要由离散阶次噪声和宽频涡流噪声构成,尤其叶片产生的离散阶次噪声是整车怠速工况下车内驾驶员和乘客极易感知的噪声源之一,是用户评价车内声学环境舒适性的关键指标,因此,对冷却风扇气动噪声的准确预测至关重要.在建立冷却风扇CFD有限元模型基础上,分别采用DES分离涡模拟和LES大涡模拟求解流场非定常解,同时基于Lighthill声类比理论的FW-H噪声源模型通过仿真预测气动噪声.仿真结果与测试结果的对比分析表明:DES分离涡模拟更能够准确预测风扇叶片的周期性离散阶次噪声,而根据LES大涡模拟预测的宽频涡流噪声误差远小于DES分离涡模拟,更能准确捕捉叶片附近不同强度的涡流,同时根据LES模拟预测的总声压级误差更小.

摘要： 建立接触网-受电弓-导流罩-列车整体模型,基于分离涡模拟方法,研究了橫风作用时不同导流罩高度下受电弓非定常气动特性,分析了涡量、流线、气动荷载等的变化规律.结果表明:导流罩高度为100 mm时分离涡向橫风背风侧偏转显著,导流罩高度增加为400 mm时对受电弓下部杆件、车体连接处等作用增强;导流罩高度为200 mm时横风作用产生的绕流场偏转的效应明显得到改善,流场分布在纵向呈较好的对称性,其阻力系数的增幅远小于受电弓所受横向力的降幅,同时大幅降低了倾覆力矩和侧偏力矩,故在恶劣的风环境下采用200 mm高度的导流罩是可取的.研究结果对横风作用下导流罩高度对受电弓气动特性的影响研究具有重要意义.

摘要： 为了获得火箭基组合循环(RBCC)发动机在模态转换过程中的工作特性,对基于宽调节比火箭的引射-亚燃模态转换过程中流场进行数值仿真计算。研究了特定几何构型的RBCC隔离段和后段燃烧室在火箭射流和背压综合影响下的波系结构和参数分布规律。研究表明:在火箭射流和背压调节综合作用下,流场可分为主流区、背压影响区和火箭射流影响区,主流会在燃烧室下壁面发生流动分离或气体回流,这恰好为稳定燃烧提供了物理条件;模态转换中,火箭调至小流量工作状态最有利于维持流场参数的稳定,此时特征点处的压力和马赫数值的最大方差仅为0.087和0.003,最大波动幅度为27.44%和8.29%。

摘要： 船体静水阻力是目前船舶水动力学中最为基础的研究之一,目前,基于流体动力学(CFD)方法进行船体阻力和兴波预报已经较为成熟,但是针对船体伴流,尤其是肥大船型尾部型线变化剧烈区域的伴流预报精度仍然不是很理想.本研究利用自主开发的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,基于延迟模式的分离涡模拟DDES方法在模型尺度下对标准船模JBC的静水阻力问题进行数值预报.重点考察DDES方法对船体伴流的预报精度,并同传统的RANS方法进行对比分析,之后通过与东京2015年船舶水动力学CFD国际研讨会上提供的标准试验数据进行对比,分析不同数值方法对不同尾部截面处伴流的预报效果.结果表明采用DDES方法可以给出更为精确的尾部伴流,而传统的RANS方法预报出的尾部伴流更为粗糙和平滑.本数值模拟研究可以为肥大性船舶的尾部伴流预报提供建议.

摘要： 将分离涡模拟(DES)方法应用于带自由表面的水动力学数值模拟中,湍流模型采用Spalart-Allmaras(S-A)一方程模型,即标准的DES97模型.模型基于传统的静压假定,补充了动压修正项,拓宽了模型的应用范围.较之标准的DES模型,雷诺平均(RANS)模型的计算域不仅限于近床面(固壁)的一薄层,同时逐渐由床面向上拓展至开边界处的全水深计算域,即开边界水域也为RANS计算区域所覆盖.文中通过对沙丘地形条件下带自由表面的水流场的模拟,验证了模型的有效性,分析了DES模型建立及其应用中的一些重要因素,特别是边界条件的合理设定.

摘要： 本文基于一种并行高精度的静动交接面处理方法，采用了SA 模型及基于SA 的分离涡模拟DES方法，进行了某压气机静动干涉流动的计算。研究表明对本文算例，在微小分离处，如20％到80％叶高处，DES 与SA 算出的流动损失相差很小；而在大分离处，如叶根叶顶处，DES 结果与SA差别较大。在叶顶处，DES 计算出比SA 更强的泄漏流动，导致更大的损失。在叶根处，DES 计算出了明显的静叶动态尾迹涡脱落现象，这一现象导致了与SA 不一样的损失机理，即脱落涡与动叶头部相撞而产生时序效应，从而使计算损失较小。同时，本文研究结果与之前对孤立静叶的研究是相互验证的。

摘要： 在水下机器人的水动力性能数值模拟中,为计算其静水阻力,研究尾部的分离流动,同时出于计算资源的考虑,尝试使用混合RANS/LES方法,分离涡模拟(Detached-Eddy Simulation,DES)方法是其中较常见的一种.基于剪切应力运输(Shear Stress Transport,SST)模型的DES方法在近壁面区域采用基于SST模型的RANS方法,而在其他区域采用基于亚格子模型的LES方法.本研究分别应用SST-DES方法和SST-RANS方法对水下机器人的水动力性能进行数值模拟,对比分析了两种方法计算得到的静水阻力和时均、瞬时流场,结果表明SST-DES方法能较好地模拟出水下机器人的流动分离现象.

摘要： 本文采用分离涡模拟方法(IDDES)对方背Ahmed模型尾迹区的双稳态现象进行了仿真研究.研究结果表明,IDDES可以准确捕捉到尾迹区的双稳态特性,其呈现出两种关于垂直中截面对称的流动结构,这两种流动状态在约为1000H/U∞的长时间尺度内动态随机转换,该尺度远远大于典型的涡脱落和剪切层不稳定性的周期.通过本文的研究,一方面加深了对类车体尾迹区非定常流动的认识;另一方面可以为探索新型的主被动减阻措施提供理论依据.

摘要： 本文将近10余年来逐渐兴起的分离涡模拟(DES)方法,用于全细节乘用车模型的风阻系数计算,探索了其模型设置和结果处理方法.将DES计算结果同雷诺时均模拟(RANS)方法计算结果、风洞试验结果进行了对比研究.结果表明,虽然DES方法所需的计算资源更多,在预测局部流场变化对风阻的影响上优势不明显,但其整车风阻系数计算精度明显优于RANS方法.本文的研究结果,可以为CFD工具在乘用车风阻系数开发过程中的工程应用提供参考.

摘要： 本文针对压气机叶栅中的大分离现象,文章对二维叶栅中的流动采用分离涡模拟(DES),对控制方程中对流项分别应用了二阶中心格式和四阶中心格式的离散方法:并以某叶栅为研究对象,对其两个来流攻角条件进行了数值模拟,检验了DES方法对二维叶栅涡结构的捕捉能力,以及对流项不同离散格式对数值模拟结果的影响.

摘要： 流动分离引起的飞机失速现象一直制约航空领域的发展.目前,数值模拟一般集中在大范围流动分离的情况,而针对中等流动分离的算例较少,比如近失速翼型流场等.本文研究对象为11°攻角下弦长0.35m的NACA0015翼型,雷诺数为1000,000.采用了一种雷诺平均/大涡模拟(RANS/LES)混合方法进行数值计算,比较了Menter SST模式和LLR k-w模式作为基底湍流模式的计算效果.进一步,对脉冲射流和零质量射流两种主动流动控制方法进行研究,射流激励设置在30％弦长处,分析了不同的激励频率和强度.结果表明两种控制方法都可以有效推迟流动分离,改善流场环境.

摘要： 采用CFD数值模拟方法是目前评估复杂地形风场风资源的研究热点,但对于不同方法的模拟性能,还没有一致的看法.为了把广泛应用于各类流动问题的带有壁面函数的一方程、两方程RANS模拟方法和DES模拟方法用于复杂地形风场的数值模拟,本文以数据详实的Bolund岛测风实验为基础,在相同计算域和网格下采用以上三种方法进行数值模拟,细致比较模拟结果,分析不同模拟方法在模拟性能上的差异.

摘要： 采用CFD数值模拟方法是目前评估复杂地形风场风资源的研究热点,但对于不同方法的模拟性能,还没有一致的看法.为了把广泛应用于各类流动问题的带有壁面函数的一方程、两方程RANS模拟方法和DES模拟方法用于复杂地形风场的数值模拟,本文以数据详实的Bolund岛测风实验为基础,在相同计算域和网格下采用以上三种方法进行数值模拟,细致比较模拟结果,分析不同模拟方法在模拟性能上的差异.

摘要： 本发明公开了一种用于宽幅分离式双箱梁桥梁涡振控制的抑涡格栅装置，涉及桥梁工程技术和防灾工程领域。在桥梁的中央开槽处设置抑涡格栅，采用平铺的方式，且抑涡格栅与桥梁上桥面平齐；抑涡格栅主要由一定数量、宽度一致、与水平面呈一定角度的隔板所组成，靠近左侧桥梁的隔板向左下倾斜，靠近右侧桥梁的隔板向右下倾斜。桥梁之间横向设置有多个连接箱，隔板的两端与连接箱连接。该抑涡格栅装置结构新颖，可以依靠格栅的水平投影面对分离式双箱主梁桥梁涡激振动的起到明显抑制作用，由于同时具备竖向投影面，可以起到中央稳定板作用，克服传统水平格栅对颤振的不利影响。

摘要： 本公开涉及一种粒子分离器的加工方法、粒子分离器及航空涡轴发动机，涉及航空发动机技术领域。该加工方法包括：提供一待加工的粒子分离器；对粒子分离器的流道内部进行气动速度仿真分析，并根据气体流速将流道内部划分为多个流速区域；根据各个流速区域的气体流速，确定每个流速区域的目标粗糙度；任意两个气体流速不同的流速区域中，气体流速高的流速区域的目标粗糙度不大于气体流速低的流速区域的目标粗糙度；对粒子分离器的各个流速区域的粗糙度加工为对应的目标粗糙度。一方面降低了气动总压损失，同时保证了沙尘分离的效率不变；另一方面，对不同区域进行表面粗糙度不同程度的优化，可有效提高加工效率和经济性。

摘要： 本发明公开了一种固体涡离心分离设备及其进行溢油撇出物分离的方法，外支架、柱状转鼓、入口管线、预旋转导流叶片、格栅、中心固定轴、水相溢流堰、油相溢流堰、水相出口管、油相出口管和气相出口管，其中，入口管线与柱状转鼓同轴，入口管线末端设有预旋转导流叶片、柱状转鼓内被格栅划分为若干相互独立的扇形分离区。采用电动机驱动柱状转鼓旋转产生离心力进行水相和油相逐渐分离，分离后油相经溢流堰流入油相排出管排出至撇油船的储油舱；而达标水相则经水相溢流堰经水相出口管直接排出。该分离设备体积小、适用性强、运行稳定、分离效率高，可不添加任何药剂实现油与水的高效分离，分离效率可达到99％，满足撇油船用油水分离设备的要求。

摘要： 本发明公开了一种用于宽幅分离式双箱梁桥梁涡振控制的抑涡格栅装置，涉及桥梁工程技术和防灾工程领域。在桥梁的中央开槽处设置抑涡格栅，采用平铺的方式，且抑涡格栅与桥梁上桥面平齐；抑涡格栅主要由一定数量、宽度一致、与水平面呈一定角度的隔板所组成，靠近左侧桥梁的隔板向左下倾斜，靠近右侧桥梁的隔板向右下倾斜。桥梁之间横向设置有多个连接箱，隔板的两端与连接箱连接。该抑涡格栅装置结构新颖，可以依靠格栅的水平投影面对分离式双箱主梁桥梁涡激振动的起到明显抑制作用，由于同时具备竖向投影面，可以起到中央稳定板作用，克服传统水平格栅对颤振的不利影响。

摘要： 本公开涉及一种粒子分离器的加工方法、粒子分离器及航空涡轴发动机，涉及航空发动机技术领域。该加工方法包括：提供一待加工的粒子分离器；对粒子分离器的流道内部进行气动速度仿真分析，并根据气体流速将流道内部划分为多个流速区域；根据各个流速区域的气体流速，确定每个流速区域的目标粗糙度；任意两个气体流速不同的流速区域中，气体流速高的流速区域的目标粗糙度不大于气体流速低的流速区域的目标粗糙度；对粒子分离器的各个流速区域的粗糙度加工为对应的目标粗糙度。一方面降低了气动总压损失，同时保证了沙尘分离的效率不变；另一方面，对不同区域进行表面粗糙度不同程度的优化，可有效提高加工效率和经济性。

摘要： 本发明公开了一种固体涡离心分离设备及其进行溢油撇出物分离的方法，外支架、柱状转鼓、入口管线、预旋转导流叶片、格栅、中心固定轴、水相溢流堰、油相溢流堰、水相出口管、油相出口管和气相出口管，其中，入口管线与柱状转鼓同轴，入口管线末端设有预旋转导流叶片、柱状转鼓内被格栅划分为若干相互独立的扇形分离区。采用电动机驱动柱状转鼓旋转产生离心力进行水相和油相逐渐分离，分离后油相经溢流堰流入油相排出管排出至撇油船的储油舱；而达标水相则经水相溢流堰经水相出口管直接排出。该分离设备体积小、适用性强、运行稳定、分离效率高，可不添加任何药剂实现油与水的高效分离，分离效率可达到99％，满足撇油船用油水分离设备的要求。

摘要： 本实用新型公开了一种用于宽幅分离式双箱梁桥梁涡振控制的抑涡格栅装置，涉及桥梁工程技术和防灾工程领域。在桥梁的中央开槽处设置抑涡格栅，采用平铺的方式，且抑涡格栅与桥梁上桥面平齐；抑涡格栅主要由一定数量、宽度一致、与水平面呈一定角度的隔板所组成，靠近左侧桥梁的隔板向左下倾斜，靠近右侧桥梁的隔板向右下倾斜。桥梁之间横向设置有多个连接箱，隔板的两端与连接箱连接。该抑涡格栅装置结构新颖，可以依靠格栅的水平投影面对分离式双箱主梁桥梁涡激振动的起到明显抑制作用，由于同时具备竖向投影面，可以起到中央稳定板作用，克服传统水平格栅对颤振的不利影响。

摘要： 本实用新型涉及一种用于污水净化的分离装置，具体说是一种高效涡涡气浮分离器。它包括气浮室、沉淀室和净水室，其特征是：气浮室内装有驱动轴，驱动轴的外面套有引气管，引气管的上端装有进气管，驱动轴和引气管的下端安装有叶轮，叶轮固定在圆形微孔板和伞形孔板形成的空腔中央。本实用新型采用了独特的微气泡碎气、布气装置，它能够捕捉很小的油滴，它具有溶气率大，捕捉率高，油污分离效果好的优点。同时它可以调节进气量，使气泡均匀地溶入污水中，提高分离效果。

摘要： 本发明公开了基于延迟型分离涡模拟的轴流叶轮空化特性计算方法，包括：建立轴流叶轮装置的物理模型；对轴流叶轮的物理模型进行网格划分，在过流部件表面划分边界层网格，并进行网格无关性分析；将物理模型的网格文件导入有限元软件，建立轴流叶轮的数值模型；设置轴流叶轮的数值模型的数值计算的精度；采用物理模型、数值模型对轴流叶轮进行非定常空化数值计算，得到轴流叶轮的空化特性曲线、空泡分布。本发明实现了轴流叶轮的空化特性的量化计算，便于深入了解空化现象，可用于对水泵、水轮机、螺旋桨以及高复杂度三维水力机械内非定常空化流动进行数值计算，获取内部流动机理，为开发新型高抗空化性能的大型水力机械提供理论支撑。

摘要： 本发明公开了基于延迟型分离涡模拟的轴流叶轮空化特性计算方法，包括：建立轴流叶轮装置的物理模型；对轴流叶轮的物理模型进行网格划分，在过流部件表面划分边界层网格，并进行网格无关性分析；将物理模型的网格文件导入有限元软件，建立轴流叶轮的数值模型；设置轴流叶轮的数值模型的数值计算的精度；采用物理模型、数值模型对轴流叶轮进行非定常空化数值计算，得到轴流叶轮的空化特性曲线、空泡分布。本发明实现了轴流叶轮的空化特性的量化计算，便于深入了解空化现象，可用于对水泵、水轮机、螺旋桨以及高复杂度三维水力机械内非定常空化流动进行数值计算，获取内部流动机理，为开发新型高抗空化性能的大型水力机械提供理论支撑。