用虚拟压缩方法求解不可压缩流动

本文详细介绍了虚拟压缩方法的基础理论,通过引入已经成熟的求解可压缩方法的数值离散格式,研制了一套具有宽广应用范围的数值模拟软件。对已知的几个经典问题的初步计算,得到了比较满意的结果。     

微型飞行器小展弦比机翼的低雷诺数气动力特性分析

以固定机翼式微型飞行器的气动设计为研究背景,对小展弦比薄机翼的低雷诺数气动力特性进行了数值分析.不可压粘性绕流的求解采用了人工压缩性方法,其中对流项的离散应用了三阶迎风格式.湍流模型为Baldwin-Barth一方程模型.一无弯度薄翼的数值计算结果表明本文的数值方法是成功的.通过数值分析,揭示了弯度和展弦比对气动力特性的影响,也给出了不同弯度机翼流动结构的差别.     

基于RANS/LES方法的超声速底部流场数值模拟

分别采用基于两方程k-ω剪切应力输运(SST)湍流模型的延迟DES(DDES)、更改的DDES(MDDES)和改进的DDES(IDDES)方法,并引入可压缩修正,结合三阶MUSCL-Roe和五阶WENO-Roe两种空间离散格式,针对超声速底部的复杂流动现象,开展了数值模拟研究。计算结果表明本文方法能够捕捉到超声速底部流动中丰富的湍流结构,通过分析计算结果对超声速底部的流动机理有了进一步的认识,为下一步的超声速底部流动减阻改进和雷诺平均NavierStokes/大涡模拟(RANS/LES)方法在非定常高可压缩性流动中的应用提供了参考。通过对比分析不同空间离散格式的计算结果研究了数值耗散对计算的影响,五阶WENO-Roe格式的计算结果与实验结果吻合良好;对不同RANS/LES混合方法的计算结果进行了对比分析,结果表明IDDES方法在近壁区的表现优于DDES和MDDES方法。     

高速下模型头部扰动与非对称涡流动响应研究

采用尖拱细长旋成体模型,在M=0．4～1．2范围内,通过表面压力测量和PIV流态观测手段,对高速情况下模型头尖部微扰动与大迎角非对称涡流动的响应关系进行了研究。研究结果表明：在此高速范围内,尖拱细长旋成体的大迎角流动仍然呈现出非对称多涡结构,头部微扰动对非对称涡有影响,但对模型的非对称气动力影响不明显。     

油液压缩性对减摆器工作特性的影响

讨论了考虑油液压缩性时减摆阻尼器的数学模型,在液压缸的压力微分方程中引入变化的体积弹性模量。用数字仿真方法模拟减摆阻尼器的动态阻尼特性,并与K8飞机的前轮操纵减摆器的动态阻尼试验作了对比。试验工况包含有意设置的缺油工况,即明显含有空气泡的情况。结果表明,不考虑油液压缩性的仿真结果与实测功量图明显不符,油液压缩性对减摆阻尼器的动态阻尼特性有较大影响。本文还讨论了含气量、振幅、频率等因素对动态阻尼特性的影响     

弯曲叶片积叠线对压气机叶栅气动性能的影响

本文采用拟压缩性方法对不同积叠线弯曲叶片压气机叶栅内三维粘性流场进行了数值模拟。结果表明 ,弯曲叶片性能不仅与叶片两端部的弯曲角度有关 ,也与积叠线的形状和长度有关     

微型飞行器小展弦比薄翼流场中的翼尖涡特性分析

采用虚拟压缩方法求解三维不可压缩N-S方程,数值模拟了无弯度、有弯度两类微型飞行器低雷诺数小展弦比薄翼的流场,将得到的结果与实验进行了对比,数据间吻合较好.然后在此基础上分析了小展弦比薄翼的气动力特性,详细研究了小展弦比薄翼流场中翼尖涡的涡态结构及形成规律,在对小展弦比薄翼流场尾迹区的翼尖涡采用近似模型的基础上,对尾迹区翼尖涡的强度进行了分析.结果表明,翼尖涡是影响小展弦比薄翼气动力和流动分离特性的一个重要因素.     

三维方柱不可压缩绕流的大涡模拟计算

用非定常不可压缩流动求解方法对三维方柱绕流问题作了大涡模拟计算研究.求解程序采用虚拟压缩方法和双时间步的时间推进方案,对流项的差分采用高阶精度的数值差分格式.通过与实验和文献结果比较分析,验证了基于虚拟压缩方法的湍流大涡模拟计算方案对于复杂的三维钝体绕流计算是可行的.     

微型旋翼的不可压流动数值模拟

通过求解拟压缩性修正后的Euler方程成功地模拟了悬停时微型直升机旋翼的绕流。由于拟压缩项的加入,使不可压Euler方程组的类型发生了变化,相当于使方程组变成了双曲型,因此,求解可压缩流场的时间推进解法用于本文的不可压缩流场求解。计算中,网格采用O-H拓扑形式的结构网格,空间离散采用中心有限体积法,时间推进为五步Runge-Kutta方法。采用了当地时间步长、压强阻尼及隐式残值平均方法来加速收敛。应用此方法对低速条件下旋翼悬停绕流进行了数值模拟,计算结果与实验数据吻合得较好,经气动分析,证明拟压缩性方法运用于微型直升机旋翼是完全可行的。     

气体压缩性对流量系数的影响

通过理论和实验研究了气体压缩性对有效流通面积的影响。运用回归分析的方法对实验数据拟合,对比研究不同理论模型与实验数据的吻合程度。研究发现:供气压比小于1.081时,气体的压缩性影响较小。供气压比大于1.081时可压缩气体理论模型拟合曲线与实验数据吻合,不同供气压比状态的有效流通面积比较稳定。而不可压缩气体理论模型拟合曲线与实验数据偏离,不同供气压比状态下有效流通面积相差较大。