激波是超声速流动的关键性问题,而超声速来流条件下气动探针的激波图谱的研究有待进一步丰富。本文以适用于超声速来流条件下的五孔气动探针为研究对象,提出一种复合型五孔压力-温度探针的结构设计方法,并采用经过实验校核的数值方法分析跨、超声速来流绕流探针而形成的激波图谱的变化规律,其中着重关注在正对来流和相对于来流存在较大偏转角度时探针头部及杆体的激波结构。研究结果表明跨声速来流条件下,探针头部前端会形成一道强度较大的正激波结构;超声速来流条件下,探针与来流存在较大偏转角度时,探针背风面杆体后端会形成“λ”型激波,随着来流马赫数增大最终变为正激波,且激波与附面层相互作用导致探针表面的附面层发生分离,产生了低能流体团。本文的研究成果实现探针头部和杆体激波图谱的再现,充实了超声速探针的基...

为了优化列车高速运行时受电弓周围的气动性能,降低受电弓在高速运行时受到的空气阻力,设计了椭球面、导动面、双拱曲面3种不同头型的导流罩,并设定列车为稳态运行,基于RANS法对不同头型导流罩的高速列车进行了数值模拟,通过计算,对比分析了不同头型导流罩的受电弓气动阻力,研究结果表明在受电弓区域设置导流罩后,改善了受电弓下部的流场结构,减小了受电弓前后的压差阻力,进而减小了受电弓的气动阻力;椭球面、导动面、双拱曲面导流罩分别减小了受电弓气动阻力的31.89%、37.46%、43.94%。因此,双拱曲面导流罩对受电弓的减阻效果最显著。

为减小动车组车载设备的气动阻力,针对受电弓检测装置左右设备分别建立单体和3节车编组的数值计算模型。基于空气动力学的数值计算方法,将列车明线运行工况归结为定常不可压缩黏性流体流动问题。利用结构化网格划分软件对计算区域进行离散化并验证网格无关性,再采用标准k-ε湍流模型预测受电弓检测装置周围流场,对比分析不同列车速度、运行方向和安装位置等条件下的气动力特性。提出受电弓检测装置的外形优化方案。研究结果表明受电弓检测装置单体的迎风面为正压,边线及背风面为负压,增大边线的倒圆角半径和调整平切面是优化左右设备外形流线型的途径;3节车编组的车顶设备之间流场存在相互影响,与单体模型的仿真结果相比,压力值有4%左右的差别;列车速度350 km/h时受电弓检测装置左右设备的阻力之和为600~700 N,阻力系数范围为0.45~0.6...

为了探索断阶对超高速气动增升船水气动力特性的影响,利用基于FVM的STAR-CCM+软件分别模拟了有无断阶的超高速气动增升船模型在不同航行工况时的直航运动。基于计算结果,分析了断阶的作用机理并提取了断阶对超高速气动增升船水气动力、航行姿态、艇底浸湿的影响规律。结果表明设置断阶使得高航速下的阻力性能得到了明显改善,最大减阻效果为33.7%;断阶对气动增升率的影响主要体现在船宽傅汝德数Fr>4.04的高速航速下,在最大航速下,断阶模型的气动增升率提升了约16.7%。

为加深对隧道内气动效应和列车风特性的认识,采用RNGκ⁃ε湍流模型模拟高速列车偏心通过隧道全过程,应用滑移网格技术模拟列车高速运动,对列车通过时隧道内的气动效应及列车风进行研究。通过将数值计算结果与现场试验结果进行对比,验证了数值方法的准确性。研究表明隧道入口处气动压力变化规律与隧道内有很大差别;列车两侧对称测点的最大正压值及峰-峰压力变化幅值分别相差13.1%和7.3%,近隧道侧列车风纵向速度分量与合速度最大值分别为远隧道侧的2.1倍和1.9倍,列车偏心通过对列车周围气动压力影响不大,而对列车风影响非常显著;列车表面边界层对列车风纵向分量影响显著,对横向速度分量和垂向速度分量几乎无影响;隧道内列车后方产生交替出现的复杂尾涡结构,与明线时差别很大;隧道内列车风风速衰减较慢,持续时间更久。

为研究高速列车受电弓流线型结构对受电弓气动特性的影响,基于计算流体力学理论,构建某型号高速列车4车编组模型.采用k-ω SST湍流模型进行数值模拟,分析得到流线型结构对受电弓的气动特性及流场的影响.计算结果表明流线型受电弓减小了滞止区面积和迎风面积,并减缓了受电弓尾部涡流,从而有效降低了受电弓受到的压差阻力,相较于现役的CX-PG型受电弓单弓气动阻力降低了11.5%,整车气动阻力降低了0.9%.流线型受电弓受到的升力较CX-PG型受电弓高出一个量级.受电弓局部结构对阻力有一定影响,采用一体流线型包裹的弓角结构和一体式绝缘子结构的流线型受电弓取得了更好的气动特性,相较于现役CX-PG型受电弓,单弓气动阻力降低了15.9%,整车气动阻力降低了1.8.

通过数值模拟的方法研究了蒸汽在排汽缸内的流动情况。三维稳态数值结果表明,排汽缸内部流动比较复杂,近壁面区域流动较为均匀,无明显漩涡。上半缸中的漩涡沿周向向下流动,并与下半缸的蒸汽发生掺混,在下半缸中心区域形成较大的漩涡。此外,肋板的摆放角度对排汽缸气动性能存在一定影响。

利用CATIA软件建立了MIRA阶梯背模型,基于CFD技术对其外流场进行了数值模拟,并对数值模拟结果的可靠性进行了验证;在此基础上,研究了尾翼的翼型、攻角、端板形状对整车气动特性的影响。结果表明,尾翼的加装使整车的下压力增大,但阻力略有增加,其中S1223型尾翼的安装使整车的下压力增加的最多;阻力系数随着攻角度数的增大而增大,升力系数随着攻角度数的增大而减小,当尾翼的攻角为18°时,可获得较大的下压力以及较小的阻力;拼接型端板尾翼使整车的下压力增加的最多,高达14.84%,阻力系数增加了6.96%。

高速飞行器在飞行过程中防热层烧蚀形成的粗糙表面会影响飞行器的气动特性。针对该问题,对烧蚀表面的近壁流动数值模拟方法进行了研究。采用等效砂粒粗糙度和粗糙函数相结合的方法,对粗糙表面形貌以及对边界层湍流流动的影响进行表征。基于高速粗糙平板风洞试验,开展了3种粗糙壁面湍流模型的数值模拟和验证。最后,以10°尖锥标模外形开展了不同壁面粗糙条件下的流场数值模拟,分析了壁面粗糙对气动特性的影响。研究结果表明,壁面粗糙会对法向力系数、轴向力系数和压心系数产生较大的影响。

以某超临界汽轮机新型补汽阀为模型,对新型补汽阀进行了稳态和非稳态全三维数值模拟,根据各截面流线图、马赫数云图等,分析了新型补汽阀内的流动情况,并根据监测点分析阀门内的振动情况。