计算气动光学是采用数值计算的方法研究高速空气动力流场对光波传输和光学成像影响的一门交叉学科,在红外成像制导设计等工程应用中发挥着重要的作用。总结了计算气动光学研究的三种基本计算方法,包括基于CFD简化方法的光学统计估算、基于RANS流场的计算和基于LES/DNS瞬态流场的计算,对这三种计算方法的基本理论、计算过程进行了介绍,综述了新近的一些计算气动光学研究进展,最后指出了未来的研究重点和方向。

为了研究风场中来流的湍流特性对双塔建筑的气动力以及风致响应的重要影响,文中通过风洞同步测压试验,分别得到方形双塔在层流风场与湍流风场下的气动力,然后采用频域计算方法得出两个塔楼在不同风场下的风致响应。结果表明,来流中的湍流作用将极大地改变双塔的风荷载,在层流中两塔受到更大的平均风荷载,而湍流中将受到更大的脉动风荷载,同时在湍流风场下双塔结构的整体位移响应也会明显增加。

出于可重复性考虑，车辆空气动力学和气动声学的研发工作主要在风洞中稳态流动条件下进行，然而在真实路况下车辆经受着非稳态湍流，这是由比如侧风阵风、路边障碍物与稳定侧风的组合影响或前方行驶的车辆所引起的.为了能够以可重复再现的方式来模拟该路面场景，开发了一套主动湍流发生器系统FKFS swing?，并运用于斯图加特大学的全尺寸气动声学风洞中，风洞由FKFS运营.该系统由垂直跨越风洞喷口的8个翼型组成，能够以高达10 Hz的频率动态改变流动角度.先前的研究表明，开口射流对主动偏转的动态响应改变了由位置和频率变化所产生的流动角度.一种用于量化该特性的方法被提出并运用于斯特劳哈尔数高达0.45的情况.本研究中，该方法被用于分析更高斯特劳哈尔数至1.2情况下的动态响应，这与非稳态气动声学相关.结果表明，在更高的斯特劳...

真实环境运行的风力机常受到强湍流相干结构对其的影响,而湍流相干结构的发生具有空间位置的不确定性和随机性,叶片作为捕获风能的主要部件其载荷直接关系到风力机运行的安全性,因此该文对湍流相干结构位置的改变对叶根载荷的影响展开研究。结果表明,湍流相干结构位置的改变对摆振力矩影响较小,位置的下降会使得挥舞力矩趋于稳定且波动集中;叶根挥舞方向的载荷约为摆振方向3.5倍;叶根载荷波动具有低频高能的特点,当湍流相干结构中心位于轮毂中心时叶根载荷最大。

为了解决石油催化裂化中催化剂颗粒气体动力学难以进行实验的问题,采用基于大涡数值模拟(LES)的研究方法,在一定程度上克服了DNS法的超大计算量和RANS法的通用性小的缺点,对流场湍流有较高的仿真精度。利用工程常见的直管作为仿真对象,采用PFC-CCFD软件,对催化剂颗粒的运动和力学特征,气场的运动进行研究。分析仿真结果,得到管道内催化剂颗粒的速度分布、气场对颗粒的曳力、气场的运动状态、颗粒与颗粒的碰撞次数、颗粒和管壁的碰撞次数、颗粒动能的变化。通过PIV观测试验,研究颗粒运动轨迹,结合理论研究,揭示了管道内催化剂颗粒动力学特征。

为降低炉内温度,建立冷却水平蛇形管的物理和数学模型,采用Flow Simulation软件对加热过程中冷却铜管温度进行数值模拟。结果表明:水平蛇形管中流体流动类型不同,对铜板壁的冷却效果也不同;由于蛇形管水平放置,冷却铜板四周温度较低,越靠近中心处温度越高;对单相工质水而言,水平蛇形管壁温度沿管长越来越高,但在弯头处略有下降,整体呈现上升的趋势,且壁温随流体流速的减小而增大,在低流速下壁温值增加更加明显。研究结果为实际应用提供了参考。

干燥机作为压缩空气后处理设备,起着除油、除水、除粉尘颗粒的作用(固体粒子≤1μm;含油量≤0.01 mg/m 3;常压露点≤-55℃)。但干燥、均压、泄放过程中,有漏气的现象,均压阀的密封垫不具有可逆性。该文进行细致地研究,从流体的角度分析了密封间隙的泄漏规律和密封圈的损坏问题,为同类设备密封设计起到参考作用。

计算流体力学被广泛用于可吸入药物在真实人体呼吸道区域沉积的研究,但存在计算效率不高的难点,无法满足临床应用所需。通过使用全结构化网格划分支气管树,应用k-ωSST、Transition SST、RSM-SSG和LES等湍流模型求解真实人体呼吸道流场,并与实验测量结果对比,验证不同湍流模型在计算真实人体呼吸道流场中的差异。在节约计算时间的同时,提出一套适合真实人体呼吸道模拟的快速且精确的流场仿真方法,并发现RSM-SSG湍流模型的计算结果与实验结果最为接近

采用Realizable k-ε湍流模型、标准k-ε湍流模型、RNG k-ε湍流模型分别对燃气轮机进气系统进行流场分析。对比了三种湍流模型下进气系统总体和各种平面（包括入口和出口）上的云图和压损变化曲线。模拟结果表明：三种湍流模型均反应出进气系统的最大压损出现在弯头,标准k-ε湍流模型和RNG k-ε湍流模型极为相似,Realizable k-ε湍流模型出现局部旋流和局部压力升高等现象;标准k-ε湍流模型和Realizable k-ε湍流模型的压损变化曲线很相似,但是随着进气量的增加与实测压损变化曲线的差异越来越明显,RNG k-ε湍流模型变化曲线与实测变化曲线十分接近,因此,RNG k-ε湍流模型的模拟结果可以反映出流体的实际分布。

采用可压缩的两相流模型,辅以Realizable k-ε湍流模型来模拟锥阀附近的水流水力特性,对于自由水面的处理采用了VOF法。通过对计算的压力场以及流线的分析,指出锥阀在水力消能中的作用。数值模拟结果与试验资料的比较分析表明两者吻合较好,从而验证了该模型在锥阀湍流模拟中的可靠性。