基于重叠网格的水轮机导叶尾流水动力特性数值研究

为研究水轮机导叶运动对水轮机暂态过程中叶栅流场的流固耦合动态特性影响,基于二维时均瞬态N-S方程和标准k-ε湍流模型,分别应用ANSYS FLUENT软件中的重叠网格方法和动网格方法,对高雷诺数下槽道内水轮机单个导叶在均匀来流条件下模拟水流绕流翼型叶片的导叶匀速关闭运动过程.结果表明:2种方法得到的关闭过程中叶后不均匀流场动态水力特性呈现出强非线性,导叶的升力系数、阻力系数随时间的变化规律较为吻合,槽道内各典型时刻的流场压力、尾涡结构、湍流强度分布特征也基本一致.但重叠网格方法的网格数量约为动网格方法的1/3,计算耗时约为动网格方法的1/4,说明重叠网格方法在计算效率方面具有比动网格方法更好的优越性.研究表明2种方法都可较好地模拟导叶动态绕流问题,但对某些复杂非线性动边界流固耦合问题进行非定常流模拟时可以优先选择重叠网格方法,2种方法都具有较高工程应用价值.     

侧向间距对超车车辆瞬态气动特性的影响

采用CFD数值模拟方法,应用商业CFD软件Fluent,采用其提供的滑移网格技术采处理超车过程,实现了超率过程的瞬态空气动力特性数值模拟.并且研究了不同车型、车速以及侧向间距对超车过程中汽车瞬态空气动力特性的影响.研究结果表明:超车过程中两车气动力系数有显著变化;气动特性的变化幅度与相会车的侧向间距成反比例关系.     

基于重叠网格的水轮机导流罩水动力特性

为了研究复杂海流环境条件下导流罩对水轮机非定常水动力特性的影响,提出了一种采用基于重叠网格的DFBI(动态流体固态相互作用)数值仿真方法,利用重叠网格解除物体与网格之间的拓扑结构约束.六自由度运动模型DFBI模拟刚体在流体作用下的被动运动,实现了对水轮机在动态来流作用下被动旋转的非定常水动力特性仿真模拟,针对不同来流条件下导流罩对水轮机水动力特性影响进行了对比分析.研究结果表明:采用基于重叠网格的DFBI数值仿真方法,可以精确地监测水轮机由于周围流场变化导致的加速和自适应转动等过程,实现对水轮机非定常水动力特性研究;在设计流速范围内,加装导流罩可以将水轮机周围流场的流速提高约1.35倍,水轮机的转速提高1.2倍,获能效率提高约35%;加装导流罩有助于提高水轮机的平均转速,将水轮机平均获能效率提高约30%.     

大型泵站出水流道三维流动及水力损失数值计算

根据研究低扬程泵站水泵装置的方法可以多样化的观念,提出了将出水流道从水泵装置中分离出来,进行出水流道内部流态数值模拟和水力损失计算的方法．介绍了低扬程大型泵站出水流道三维流场及水力损失数值计算的计算区域、边界条件及网格剖分等有关问题;给出了虹吸式和直管式等两种形式出水流道三维流场和水力损失数值计算的实例,并与流道模型试验的流场观察及水力损失测试结果进行了比较．结果表明：两种形式出水流道内部三维流动以及水力损失数值计算的结果,与流道模型试验的结果一致．     

超车简化模型气动干涉实验与数值研究

基于风洞实验和数值模拟方法,研究了简化车辆模型在超车过程中气动特性的变化规律。整个过程视作准静态,两车横向间距固定且为模型宽的35%,测得两车在不同纵向相对位置时被超车的气动力及流场分布。结果表明:主超车从被超车的后部运动至前部时,被超车受到的气动力和横摆力矩会发生显著变化,当主超车刚到达被超车尾部时,后者所受阻力和侧力均取得最大值。     

智能车辆换道与超车轨迹跟踪控制

智能车辆换道过程中须同时考虑车辆的横向控制和纵向控制,为实现智能车辆对预定轨迹的稳定跟踪,根据智能车辆的车辆运动学简化模型,建立基于刚体的车辆模型.选取车辆当前位姿和参考位姿构造动态的位姿误差.建立智能车辆轨迹跟踪闭环控制系统的状态空间数学模型.基于Backstepping控制算法选取Lyapunov函数设计智能车辆换道及超车轨迹跟踪控制器.仿真和试验结果表明,所设计的控制器能够快速跟踪参考轨迹.控制器在智能车辆换道及超车控制过程中平稳、可靠.     

多面体网格在离心泵内部流动数值模拟中的应用

针对非结构四面体网格在离心泵内部流动数值模拟中计算效率和离散精度方面的技术缺陷,采用聚合式多重网格方法生成的多面体网格及非结构四面体网格建立XA65/20型单级单吸离心泵内部流场的数值模型,利用Ansys Fluent 13.0对设计工况及多个非设计工况下离心泵内部流场进行了数值计算,得到其内部流场的静压、速度以及湍动能分布情况,并对其内部流动状态进行分析.在数值计算的基础之上,对样机进行了性能试验,预估泵的扬程及效率并与试验值进行对比分析.数值模拟结果表明:多面体网格收敛速度较快、残差曲线更为光顺、占用计算机内存较少,得到静压、湍动能分布更为均匀.模拟计算结果与试验数值的对比验证了多面体网格模拟计算值的可行性与准确性.从网格设置时间、计算成本、数值耗散3个角度分析,多面体网格能较好地应用在离心泵内部流动数值模拟中.     

泵站进水流道三维流动及水力损失数值模拟

提出了将进水流道从水泵装置中分解出来单独进行数值计算的研究方法,分析了大型泵站进水流道三维流场及水力损失数值计算的区域、边界条件及网格剖分等有关问题,给出了肘形、钟形和簸箕形等3种形式进水流道三维流场和水力损失数值计算的实例,并与流道模型试验的流场观察及水力损失测试结果进行了比较.结果表明：提出的进水流道三维流动数值计算方法可以较为准确地计算进水流道的水力损失,便于对其进行模型试验验证.应用本方法可以较为方便地对进水流道的水力性能进行考核和评价,从而为进水流道优化水力设计所需的多方案比较创造条件.     

基于多块网格技术的离心泵叶轮CFD分析

网格生成是三维紊流数值分析的重要组成部分，其网格质量对数值求解的稳定性及精度至关重要。结构化网格具有节省内存和便于节点编号等优点被广泛使用。对于几何形状复杂的离心泵叶轮通道，用单块结构化网格难以很好地进行描述。采用多块网格技术，根据各块和流场的特点，探讨了离心泵叶轮通道结构化网格划分中的一些处理方法，同时对离心泵叶轮三维紊流场进行了雷诺平均N-S方程的数值模拟，检验了所提的方法。     

斜式进水流道流场的可视化与模拟

讨论了斜式进水流道流场可视化与模拟的过程及实现环境,基于CFD计算结果的网格图形显示方式,分析了斜式进水流道多断面流场可视化的表达及色彩处理问题．在AutoCAD环境下,利用ObjectARX开发平台较好地实现了斜式进水流道多断面流场的三维显示、基于流线表达方式的流场整体可视化及基于计算机图形学中经典算法的实时流场的模拟．采用OpenGL色彩处理功能展示了多断面流场的特性．结果表明,流场可视化可直观形象地展示斜式进水流道内流场的分布,检验其数值模拟计算的流场特性,便于工程技术人员对数值模拟计算结果的理解,为进一步优化计算流场提供依据．     

FLUENT在某轿车外流场中的应用

汽车空气动力学的特性在很大程度影响着汽车的动力性、经济性和操纵稳定性.利用Pro/E软件对某轿车进行三维建模,并且利用大型计算流体动力学(CFD)分析软件FLUENT对轿车的外流场进行数值模拟,同时,对其求得结果进行可视化分析.该仿真的数据对进一步进行汽车空气动力学分析具有一定的参考价值.     

基于CFD的汽车外流场数值模拟的发展概述

介绍了国内外在应用计算流体力学（Calculation Fluid Dynamics）对车身外流场数值模拟的研究发展状况：如今，国外CFD软件正朝全自动划分网格、高速高精歧的计算方面发展，而国内对CFD的研究发展还处于一个初级水平．归纳了可用于汽车外流场数值模拟的方法及特点，最后指出了汽车外流场数值模拟目前面临的主要问题和发展趋势．     

基于CFD的汽车外流场数值模拟的发展概述

介绍了国内外在应用计算流体力学(Calculation Fluid Dynamics)对车身外流场数值模拟的研究发展状况.如今,国外CFD软件正朝全自动划分网格、高速高精度的计算方面发展,而国内对CFD的研究发展还处于一个初级水平.归纳了可用于汽车外流场数值模拟的方法及特点,最后指出了汽车外流场数值模拟目前面临的主要问题和发展趋势.     

基于动网格技术水平轴风力机叶片及尾迹流场旋涡特性

为了研究风力机流场中涡的产生及演化过程,采用动网格技术中的重叠网格方法对水平轴风力机流场进行计算,利用Q准则对叶片表面、叶尖涡及中心涡涡旋结构进行可视化分析,并将计算结果与相同工况下滑移网格计算结果进行对比分析.结果表明:对比2种方法在不同截面的叶片表面涡量分布,动网格方法计算得出在吸力面流动分离区域更大,能够捕捉到更多叶片表面边界层分离的细节;叶尖涡在向下游运动过程中将出现“叶尖涡跳跃”现象;中心涡在尾迹流场中涡量分布呈双峰状,在风轮后0.5D~2.0D内,叶尖涡与中心涡发生混合扩散;动网格与滑移网格计算得出尾迹流场中,中心涡分布趋势基本一致,采用动网格方法得出涡量峰值更大,采用滑移网格方法得出中心涡更早发生扩散.相较于滑移网格方法采用动网格方法研究风力机流场中的涡会更具优势.     

齿轮泵扭矩计算的动态再现

结合外啮合齿轮泵的工作原理，利用仿真技术，在一个啮合周期内反映出作用在主、从动齿轮上的扭矩动态变化历程，通过静、动两种计算方法的实例比较，给出了包含机械效率的动态计算公式。并可用于估算外啮合齿轮泵的机械效率。     

螺旋槽上游泵送机械密封端面间液膜压力脉动特性

为分析上游泵送机械密封微间隙内流场的动静干扰作用和压力脉动特性,以螺旋槽非接触式机械密封为例,运用滑移网格技术,对内部流场进行了多工况非定常数值模拟.分别计算了稳态和瞬态的模型内部压力速度分布,以及不同转速下的压力脉动时域变化和频谱特性,并与试验结果进行对比分析.研究结果表明:所用模拟方法可对内流场非定常特性进行较好描述,由于动静干涉的影响,各转速下机械密封流场内压力脉动呈明显的周期性变化规律;压力脉动是非定常流动现象的重要特征,主要受槽频和轴频的影响.     

植保无人机施药数值建模关键技术与验证方法研究进展

随着植保无人机在精细农业上的应用日益增长,目前在植保无人机下洗风场演化及其作用下的雾滴沉积飘移过程的数值模拟方法取得了快速多样化发展,但对各方法的优势、缺陷、适用范围及验证手段仍缺乏系统的梳理。本文针对无粘模型、计算流体力学模型及格子玻尔兹曼模型分别开展论述。基于涡元法的无粘尾涡模型优势在于计算过程简单,但由于缺乏粘性和湍流模型,其雾滴沉积飘移模拟精度较低。计算流体力学模型又分为有限体积法与有限差分法。其中,有限体积法鲁棒性高,可适用于各种复杂环境的模拟,但格式精度有限,其模拟的翼尖涡耗散速度远快于实际情况;有限差分法能够实现对翼尖涡演化的高时空精度模拟,但其存在网格结构化要求高,算力要求过大等问题。格子玻尔兹曼方法在计算具有复杂边界条件和非平稳运动物体的三维流场问题中具备优势,但其在功能多样性和完备性上还存在不足。上述数值模型精度还需综合运用田间实验及室内实验,如高速粒子图像测速（Particle Image Velocimetry,PIV）或相位多普勒测速（Phase Doppler Interferometry,PDI）方法进行验证和优化。最后,本文提出了未来植保无人机施药模拟及验证方法发展方向。     

基于多雷达的超车预警系统设计

为减少超车过程中频发的刮擦、追尾事故,设计了一种可以向驾驶员预先发出视听警告的检测系统,并建立安全距离模型。该系统采用激光雷达和毫米波雷达作为探测元件,测出超车车辆周围车辆的车速、车间距等。中央处理单元对其进行预处理,判定超车场景,进而针对不同的超车场景,结合运动学模型作进一步分析计算,当车辆间的纵向距离始终大于或者等于临界值,则判断为可超车,否则预警功能开启,警示驾驶员中止当前的超车行为。     

基于ICEM和FLUENT温室雾化喷头内部流场分析

为了解喷嘴内部流场变化情况,并为今后喷头外部流场特性研究提供理论依据和方法,根据计算流体力学的基本理论,综合运用ICEM网格划分与FLUENT流体分析软件对Y1/4AT-19V雾化喷头内部流场进行了模拟仿真。结果表明:增加入口压力,出口速度显著提高;出口近壁面处速度明显小于中心处速度;在喷头直形出口处,速度增大,压力减小。