耦合大涡模拟(Large-Eddy Simulation,LES)与致动线方法(Actuator Line Method,ALM),对均匀入流下的水平轴风力机作数值模拟研究,探究三种亚格子(Subgrid-Scale,SGS)模型下风力机的尾流特性。结果表明雷诺应力与湍流切应力在叶尖涡与叶根涡区有明显的最大值与极大值,尾迹随下游位置的变化呈现出逐渐增大的各向同性;平均速度亏损比产生的湍流更持久。不同SGS模型在相同叶尖速比下得到的轴向速度干扰因子和速度环量沿叶片径向分布几乎相同。相同位置处的尾涡由不同强度的涡旋组成,能量较小的涡旋是尾涡组成中的主要部分;尾流发展的过程中,强度较大的涡集中在尾涡中心,强度较小的涡在尾涡外围分布。对于所使用的三种亚格子模型,能预测出相似的尾流效应,亚格子模型的选择对尾流的模拟影响较小;νSGS=0时,求解过程只有数值耗散,仍能获得很好的模拟结果。

作为大涡模拟(LES)的唯一模型参数,经验Smagorinsky常数(CS)与特定的流动条件有关。为研究扁平箱梁气动特性LES的合理CS取值,开展了CS值在0.032~0.7范围以及动态亚格子黏性模型的多工况LES模拟,通过与风洞试验结果的对比,分析了主梁气动特性随CS值的变化。研究认为CS值不同时主梁表面压力和气动力的平均值差别不明显,其结果也与风洞试验吻合良好;但CS值的变化对主梁表面压力和气动力的均方根(RMS)值影响明显,结果也与风洞试验存在较大差异,CS值增大导致气动力脉动降低甚至无脉动;LES采用动态亚格子黏性模型无法给出主梁涡脱和表面压力的合理估计。在0.064≤CS≤0.27区间,LES均能给出与风洞试验一致的主梁涡脱单频和St值估计;从捕捉流动的非定常特性考虑,建议CS在上述范围内取小值。研究认为,CS增大导致亚格子湍流黏性增大,流动的耗散作用增强,降低了LE...

为了深入研究接近于真实翼型的变截面三维翼型的气动性能以及噪声表现,构建了一个基于NACA 0018的变截面三维机翼模型,使用ANSYS Fluent软件对该模型进行气动性能以及气动噪声的研究。数值仿真模拟采用大涡模拟(LES)方法,使用WALL亚格子模型,研究了该三维翼型在攻角为15°、来流速度为40 m/s情况下的绕流特性。使用基于Lighthill声学类比模型的FW-H方程进行气动噪声的计算。结果显示,在机翼上表面某点之后开始不断形成分离泡产生流动不稳定性,造成压力和速度波动并产生波动的气动噪声,气动噪声在前缘驻点位置以及后缘位置达到最大值。机翼上表面开始产生分离泡之后,流动出现了在翼型展向位置上的横跨流动,这将加剧流动的不稳定性。

基于大涡模拟(large eddy simulation,LES)和FWH声比拟方法,仿真计算了波纹管气动噪声的三维模型,结果与理论值和实验测量相符合。对波纹深度进行了参数化计算分析,结果表明①空气流过波纹管时,在波纹节点处绝对压力出现极大值,在波纹腹点处出现极小值;②随着轴向距离的增加,气动噪声的表面声压时均值增大;③随着波纹管波纹深度的增大,声压级和功率谱密度均值呈现先增大后减小的趋势。其数值计算方法对管道噪声处理有潜在应用价值。

为了研究干扰条件下方柱的风压特性及其流场机理,以串列双方柱为研究对象,采用大涡模拟方法,在雷诺数Re=8×104、间距比P/B=1.1~5的条件下,研究了两个方柱的风压系数、气动力系数、风压非高斯特性、风压相关性随间距比的变化规律,重点探讨了双方柱流场特性及其与风压非高斯特性的内在联系.研究结果表明随着间距比的增大,串列双方柱依次表现为3种流态,即单一钝体、剪切层再附和双涡脱流态,风压特性与流态密切相关.风压的非高斯特性和风压相关性随流态变化呈现为3种类型在单一钝体流态下,柱间回流区附近的表面风压呈现明显的非高斯特性且风压相关性较强;在剪切层再附流态下,方柱尾流的涡脱强度低,风压相关性弱,但风压非高斯区域大;在双涡脱流态下,受上游方柱尾流旋涡的作用,方柱侧风面的风压相关性较强,下游方柱的侧风面和背风面出现...

倒角和切角措施对方柱的气动力及流场影响很大,常作为方柱流动控制的手段,采用大涡模拟方法,以雷诺数22000的方柱为研究对象,考虑了角部措施(角部变化率10%)的影响,对均匀流场下标准方柱、倒角和切角方柱周围流场及气动性能进行了模拟研究。通过将标准方柱大涡模拟结果与相关文献的试验和数值模拟结果对比,验证了该方法及参数取值的有效性;研究分析了倒角和切角措施对方柱风压分布和气动力的影响,并着重从时均流场和瞬态流场角度分析了角部处理措施对方柱气动性能的影响机理。结果表明,倒角和切角措施对方柱表面风压分布和气动力均有一定影响,其中对方柱表面流动分离区的风压系数影响更为显著。采用角部处理措施后,方柱前缘角区的流动分离受到影响,分离剪切层扩散角更小,侧面的分离涡更贴近壁面,从而在方柱侧面形成再附,尾流变...

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。

风力机在运行时会产生明显的气动噪声,影响周边居民的生活。为研究风力机叶片损伤对气动噪声的影响,文中对NACA0012翼型表面不同位置受损的情况进行数值模拟,在此基础上利用大涡模拟及Lighthill声类比方法求解了攻角5°时的气动噪声,并分析了气动噪声的影响因素。计算结果表明,翼型升阻力系数及气动噪声的变化均与损伤位置相关,其中吸力面前缘受损影响最大,且损伤会导致中高频段声压级升高,对周边居民的生活影响增大。

风力机翼型绕流对整机性能以及气动噪声水平具有重要的影响.采用大涡模拟与Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)方程相结合的方法,求解风力机翼型的非定常流场及远场气动噪声.通过本征正交分解(POD)方法提取翼型在8°攻角下的涡量流场模态.模态结构表明,尾缘涡团和层流分离泡是翼型主要流动的非定常特征.通过扩展本征正交分解(EPOD)方法获得与远场气动噪声最相关的模态结构,揭示与气动噪声产生及传播最相关的边界层中的涡结构与尾迹中的大尺度涡团.

针对高速列车不断提速导致气动噪声急剧增加产生的环境噪声污染问题,通过建立复兴号高速列车受电弓气动噪声分析模型,利用RNG k-ε模型、大涡模拟及FW-H声类比法对复兴号受电弓进行气动噪声源特性、远场噪声传播规律、频域分布规律进行研究。数值模拟结果表明整车最大噪声源部位为受电弓的弓头;受电弓的远场气动噪声在其质心指向弓头方向最大,远场气动噪声与传播距离的对数线性相关;受电弓气动噪声的频域较宽,分布在25~6000 Hz范围内,主频在145~315 Hz之间。根据研究结果,对主要噪声源即受电弓弓头进行仿生降噪研究,考虑高速列车双向运行特性,在碳滑板和圆杆上施加前后对称椭球状凸起结构,当碳滑板凸起60 mm、圆杆凸起10.5 mm时,降噪效果最明显,在7.5 m远处整车总声压级降低了2.56 dBA。