以优化方柱气动外形为目的,采用大涡模拟方法,在雷诺数为22000时,研究了采用不同角、边平面形态及其组合(包括尖角、圆角、直边、凸边和凹边等组合)的类方柱的气动性能和流场特性,重点分析了凸边圆角柱的气动性能随边部曲率半径的变化规律,并通过分析流场结构揭示了平面形态修正对类方柱气动性能影响的作用机理.研究发现,角、边形状修正可显著改变绕流场结构,最终影响类方柱的气动性能:尖角柱体圆角化、直边柱体凸边化能显著降低气动力、负压区强度和涡脱强度,并伴随斯托罗哈数上升;而直边柱体凹边化后气动性能变化趋势相反;不同角边形状的组合中,凸边和圆角的组合可导致分离剪切层更紧贴柱体壁面,上、下侧回流区范围变小,尾流回流区长度增大,涡脱强度减弱,气动力下降.对凸边圆角柱的进一步研究表明,柱体的气动性能对边部曲率半...

为了进一步澄清小间距错列双圆柱的气动干扰机理,该文采用大涡模拟方法,在高雷诺数下(Re=1.4×105),研究了间距为2倍圆柱直径的错列双圆柱的气动性能和流场特性随风攻角的变化规律,分析了两个圆柱气动力系数相关性,探讨了下游圆柱气动力与流场结构的内在联系,对下游圆柱平均升力的流场机理提出了新的解释。研究表明,大涡模拟得到的结果与风洞试验值吻合良好;下游圆柱的气动性能、流场结构和两个圆柱气动力相关性均会随风攻角发生剧烈变化;风攻角在0°~10°时,下游圆柱受平均负阻力作用,其原因分别为两圆柱间的回流区和间隙流;风攻角在10°附近时,下游圆柱受很大平均升力作用,风压停滞点偏移、两圆柱间高速间隙流、下游圆柱间隙侧剪切层的提前分离和再附是平均升力出现的三个因素。

在数值模拟计算领域,标准k-ε模型、CHEN-KIM k-ε模型和RNG k-ε模型属于两方程的高雷诺数湍流模型,运用这三种模型对暖通空调室内空气回流区进行计算流体力学(CFD)模拟,结果表明采用CHEN-KIM k-ε模型和RNG k-ε模型的模拟结果差别不大,但二者均优于标准k-ε模型.

动态失速对直升机旋翼、风力发电机叶片等的气动性能有显著影响。该文利用脉动压力测量方法对NACA0012翼型在高雷诺数、高缩减频率情况下的动态失速气动迟滞效应进行实验研究,研究表明,雷诺数为1.50×106、缩减频率为0.035~0.139的条件下,迎角对应的角加速度和无量纲时间Δτ随缩减频率的变化分别近似服从二次曲线的变化规律和三次曲线的变化规律。实验结果对相关直升机旋翼、风力机叶片等开展高雷诺数、高缩减频率翼型动态实验研究有重要参考意义。

针对波浪型杆件,建立三种波长模型,通过大涡模拟方法在高雷诺数下对来流具有空间攻角的波浪型杆件绕流特性进行分析,研究了不同波长的波浪型杆件速度、压力分布规律,探讨了其周向压力系数、阻力、升力的时域和频域特性。结果表明表面倾斜度越大,则表面压力变化越大;波长越小,杆件阻力系数的幅值及主要峰值的范围也大。结合绕流场特性,对比λ/Dm=5.5、λ/Dm=3.26及λ/Dm=2.24的波浪型杆件,当来流具有空间攻角时λ/Dm=3.26的波浪型杆件可以得到较好的减阻、减振效果。研究结果对有波浪型杆件绕流特性的研究及应用具有重要意义和价值。

为澄清并列双圆柱结构发生偏向流现象的流场机理,采用大涡模拟(LES)方法,在高雷诺数下(Re=1.4×10~5)研究了并列双圆柱的气动性能及其流场特性随圆柱间距比P/D(P为圆心间距,D为圆柱直径)的变化规律,重点探讨了小间距并列双圆柱的偏向流现象及其对圆柱气动性能的作用机理.研究结果表明:大涡模拟方法得到的气动力结果与文献风洞试验值吻合良好;随着并列双圆柱间距的增大,绕流场会呈现单一钝体、偏向流和平行涡街等多种流态结构;当P/D=1.1时,绕流场会间歇性地出现单一钝体和偏向流流态,两种流态的气动性能和流场特性有很大差异,圆柱的气动力会随时间发生剧烈变化,呈现非稳态特征;当P/D=1.2～1.5时,绕流场呈现偏向流流态,两个圆柱的气动力和尾流呈现不对称现象,偏向流的偏转方向会出现间歇性地变化,尾流涡脱强度弱,气动力脉动小;当P/D=2～4时,绕流场...

采用大涡模拟方法，在高雷诺数（Re=1.4×10^5）下，以间距比P/D=1.5~4的静止双圆柱为对象，研究了下游圆柱的气动力系数、风压系数以及流场特性随风向角的变化规律，分析了下游圆柱气动力与流场结构的内在关系，基于圆柱壁面摩擦系数和干扰流态探讨了下游圆柱气动性能的流场机理.研究表明:对于小间距双圆柱（P/D<3），下游圆柱会受到明显的平均负阻力作用，两个圆柱间隙中方向相反的一对回流（串列）以及高速间隙流（错列）是出现负阻力的流场机理;对于小间距错列双圆柱（P/D=1.5~3），下游圆柱还会受到很大的平均升力作用（内侧升力），下游圆柱的风压停滞点偏移、高速间隙流和间隙侧壁面的分离泡是出现这一升力的主要原因;对于间距较大的错列双圆柱（P/D=3~4），下游圆柱也会受到明显的平均升力作用（外侧升力），但其机理与小间距...

多圆柱之间的气动干扰常导致结构发生尾流激振。为进一步澄清双圆柱之间的气动干扰机理,采用大涡模拟(LES)方法,在高雷诺数下(Re=1.4×105)研究了串列双圆柱(圆心间距为1.5~4倍直径)的表面风压分布、气动力系数和Strouhal数等气动性能与流场流态之间的内在关系,研究了上、下游圆柱气动力之间的相关性,从平均和瞬态流场角度讨论了气动干扰效应的流场作用机制,建立了下游圆柱的激励力模型并对尾流致涡激振动进行了算例分析。研究结果表明数值模拟得到的气动性能和流场流态与试验结果吻合较好,说明在高雷诺数下大涡模拟方法能准确模拟双圆柱气动干扰现象;随着间距的增大,串列圆柱依次呈现单一钝体、剪切层再附和双涡脱等三种干扰流态;上、下游圆柱气动力之间的相关性会随着流态的不同出现较大波动,双涡脱流态时的升力相关性最强;单一钝体...

降低风洞气流总温是提高亚，跨声速风洞雷诺数的有效方法，现有采用液氮致冷的生产型低温风洞能满足设计各种新型飞机进行气动试验所需的雷诺数要求，但由于需耗用大量液氮，导致运行费用高昂，此外，排出大量低温缺氧气体还严重影响生态和环境，为此本文提出了一种新颖的致冷途径。