为了创建高速列车气动噪声源识别方法,以气动声学基本波动方程为基础,将高速列车气动声源等效为无数微球形声源组成,利用声辐射和流场物理量之间的关系,并结合高速列车气动数值仿真技术,建立了高速列车偶极子声源和四极子声源的识别方法,从全新的角度对某高速列车头车气动噪声源进行识别;基于涡声方程声源项特征,进一步揭示了偶极子声源和流场流动的关系.研究结果明确了高速列车主要偶极子和四极子声源的强弱和分布特征,表明了气流的直接撞击和分离现象是产生声源的主要原因,头车及转向架区域气动噪声源以偶极子声源为主;偶极子声源强度较大位置出现在边沿较为尖锐的地方,在绝大多数情况下流体经过时涡量急剧增加,成为其形成强声源的主要原因.

针对高速流场下凸台周围的气动光学效应,对不同马赫数下的三种凸台形状周围的流场进行仿真计算,计算得到流场的密度变化,计算了光线经流场传输后的光程差。仿真结果表明随马赫数增大,光程差逐步增大;同等条件下,不同出射角度对应的光程差不同,凸台存在强烈的尾流区域,从而导致较大的光程差;在马赫数达到跨音速时,凸台顶端也会产生较大的光程差;曲率较小的凸台结构对周围流场的影响较小。

针对目前高速铁路规划及噪声治理措施现状,提出了4种轨旁矮屏障型式,并借助数值仿真手段,模拟了高速列车通过高架桥上不同形式矮屏障的过程,研究了矮屏障上作用的气动力特性。计算结果表明,不同型式矮屏障所受气动力随时间变化趋势基本相似,呈现出明显的头波和尾波效应;不同型式矮屏障表面气动力的峰峰值大小有差异,3型矮屏障面板风压峰峰值最大,1型矮屏障背板风压峰峰值最大。结合一般混凝土结构强度,矮屏障设置导致的风压增量较小。

基于滑移网格模型,通过求解三维非定常N-S方程,数值研究了涵道螺旋桨非定常旋转流场特性,比较研究了普通螺旋桨与涵道螺旋桨的推力、压力、流线等的分布规律,分析了涵道螺旋桨的气动机理。结果显示,虽然涵道螺旋桨产生的拉力小于普通螺旋桨,但涵道会产生附加推力,所以涵道螺旋桨总拉力大于普通螺旋桨,且总扭矩较小,因此气动效率更高。涵道提高螺旋桨气动效率的机理主要有三点一是减小了滑流速度,螺旋桨产生的推力减小,但滑流损失降低;二是涵道减小了滑流区域环向诱导速度,从而减小了滑流区静压损失;三是涵道改变了螺旋桨桨尖绕流特性,消除了桨尖分离涡和叶素表面分离涡,从而增大桨尖部位叶素升阻比。

目前,以NACA0012翼型为特征的高超声速飞行器的气动热预示,特别是后缘翼型形状和网格参数对其影响的分析相对不足。设计了尖后缘和钝后缘两种翼型,采用统一的网格策略生成了数量相同的结构化网格。通过验证试验确定了合适的网格策略和数值方法,提出了一种超燃冲压高超声速飞行器在巡航段的气动热预示方案。仿真测试表明,后缘形状首选钝后缘,网格雷诺数应不大于16,近激波面aspect ratio的数值取决于选用的后缘形状。气动热预示表明高超声速飞行器在巡航段的温度可达1885℃,热障问题十分突出。

航空发动机燃烧室涉及旋流、雾化蒸发、掺混、化学反应、湍流与火焰相互作用等多尺度强耦合物理化学过程,相关的高精度建模和数值模拟面临极大的挑战。超大涡模拟是近些年发展的兼顾计算精度、计算效率和强鲁棒性的数值模拟新方法,具备试验室尺度和复杂工程应用场景下湍流流动与燃烧仿真能力。针对航空发动机燃烧室相关流动与燃烧基本特征,阐述了超大涡模拟的理论方法及特点,从旋流流动、湍流燃烧、液雾雾化、碳烟生成、燃烧不稳定等典型多物理过程,以及双旋流模型燃烧室和高温升燃烧室气动性能集成仿真等方面介绍了超大涡模拟的研究进展,对涉及的物理机制进行了分析,为超大涡模拟在航空发动机燃烧室中规模化工程应用提供了坚实支撑。超大涡模拟在较低的计算资源消耗下具备与传统大涡模拟相当的计算精度,是一种经济可承受...

传统流体力学数值仿真不考虑车身弹性结构与外流场之间的相互作用,致使得到的结果与真实情况不符.以某实车模型为研究对象,对其进行考虑流固耦合效应的CFD仿真,并在气动阻力、气动升力、流场结构等方面与传统流体数值仿真结果对比,结果表明流固耦合效应对气动升力影响较大,随车速增加两种仿真方法差异率可达到38%,直接关系到车辆稳定性及安全性.利用流固耦合CFD数值仿真探究整车风激振特性,证明了实车振动幅值主要影响因素为风激振频率及作用力大小.进一步通过对车辆弹性结构的刚度优化改善汽车风激振现象,从而提高乘员的舒适度.

通过对鲨鱼盾鳞进行仿生,建成三维模型,以MIRA阶梯背模型为基础模型,将“盾鳞”模型安装在汽车的车头前部、轮胎前部、发动机盖与前锋窗玻璃连接处等不同位置,通过控制变量法,应用STARCCM+软件进行仿真,得出当数量、尺度一定时,三种位置均可使整车气动阻力降低,其中轮胎前部位置减阻效果最明显。计算和分析的结论可以为汽车的减阻研究、造型优化等提供科学的理论依据。

为减少汽车气动阻力,改善阶背车尾部气动造型,探究了阶背车尾部结构对汽车气动特性的影响。采用Star-ccm+软件对阶背车MIRA模型的尾流场进行数值仿真,分析影响尾流场的关键车尾结构,确定了以车顶、后窗、侧窗、后备箱、底部上翘及尾部端面6个尾部结构为研究对象,探究了这些结构对气动特性的影响规律。从车尾整体角度设计车尾结构正交优化试验,进行各结构间相互影响下的车尾气动结构优化分析。结果表明尾部上翘角、后窗倾角与车顶倾角是车尾气动结构设计与优化的关键;正交优化后的阶背车尾部结构,使气动阻尼系数减小14.4%。这说明,该结构设计改善了汽车尾流场。

为了提升小孔节流空气静压支承轴承的力学性能,讨论轴承的结构参数、节流参数及供气压等设计参数对轴承力学性能的影响。针对锥形腔小孔节流空气静压轴承,首先在参数设计范围内通过数值仿真分析轴承间隙的流场,将之归结为4类,研究存在超音速区、分离泡的详细流场结构;其次基于径向基神经网络模型,建立轴承承载力、刚度、流场最大马赫数和轴承设计参数间的相关性数学模型;最后,建立优化设计数学模型,基于近似模型与流场分析结论,在轴承参数的设计范围内以刚度最优为设计目标,在给定轴承负载下获取了最优参数组合。在优化设计中消除了轴承的微振动,提升了轴承刚度,并基于优化结果进一步讨论了轴承参数对力学性能的影响。相关流场分析与优化流程的建立可为工程设计提供参考。