为探索立面变化对圆角弧边三角形超高层建筑气动力特性的影响,采用风洞试验方法对6种立面收缩形式的建筑物进行了表面风压测试,研究了不同立面收缩形式、不同地貌和风向角情况下建筑三分力系数、横风向弯矩系数功率谱以及层脉动升力系数功率谱的变化特性。结果显示锥度化和同向退台均可有效降低平均阻力系数、平均升力系数以及脉动升力系数,且降幅随锥度增大而增大,相比之下退台的效果更佳;两种退台旋转可更大程度减小三个平均分力系数和脉动阻力系数,并改变脉动升力系数和脉动扭矩系数峰值所对应的风向范围。随着锥度增大,横风向弯矩系数功率谱峰值频率右移,谱峰降低,采用退台则影响程度更大。退台旋转会使功率谱部分频段的能量明显超过同向退台情况,因为当旋转部分圆角迎风时,在两侧风弧面上加速的气流可对上方相邻退台......

针对不同流速比混合层流场气动光学效应问题,首先采用大涡模拟数值方法进行了数值仿真,其次用光线追迹方法进行了气动光学效应仿真,最后对混合层的气动光学效应进行了评价。结果表明,混合层流场涡结构与光程差极小值存在一一对应关系,并且其流速比低的混合层气动光学效应更加严重。同时,研究了不同光学参数对斯特列尔比的影响,得到了相应的规律。

在燃气轮机透平叶片冷却设计中,气膜冷却是一种高效的冷却方式,能保护叶片表面不受高温燃气侵蚀。成型孔是目前广泛应用的气膜孔型。为研究孔型结构对冷却效率的影响作用,展开了数值计算。首先通过数值模拟方法研究了平板上4种不同结构的成型孔在吹风比为1.5~2.5工况下的流动换热规律,发现一种收敛缝型孔具有冷气覆盖面广、冷却效率高的特点。将带展向11°扩张角、流向10°扩张角的成型孔与收敛缝型孔布置在叶片上,进一步展开数值计算,发现在前者的气膜孔排布置下,冷却气分布更加均匀,冷气消耗量少,仅为收敛缝型孔的37%,更符合冷却叶片设计原则。

为验证伞形风力机在实际运行过程中的结构安全性,对5 kW伞形风力发电机的测试样机进行振动试验,研究风速及收缩角对伞形风力机振动特性的影响。分析结果表明45°及60°收缩角下,由于叶片气动弹性及惯性作用,塔筒不同高度垂直径向振幅在5~7 m/s风速段内出现突增,随着风速增大,叶片转速增大,振幅出现下降趋势。由于叶片在收缩角增大过程中逐渐靠近中心涡,塔筒不同高度水平径向振幅随之增大。对比分析塔筒垂直径向与水平径向振动加速度幅值可知,塔筒主要体现为水平径向弯振。发电机垂直径向振动加速度在45°收缩角下达到峰值,其振动能量主要分布在2.335 Hz。依据VDI-3834对振动特性分析结果进行评估,分析发现,塔筒振动速率及发电机振动幅值均小于警告阀值,验证了伞形风力发电机结构安全性。

为研究不同湍流模型对跨音速轴流压气机内部流场和整体性能的影响,采用了5种湍流模型对额定转速下的NASA Rotor67转子进行三维流场数值模拟,分析不同湍流模型计算所得相对流量与压比、效率之间的关系,以及内部流场马赫数分布情况。与实验结果对比发现,5种湍流模型计算出的整体性能和内部流场马赫数分布中,κ-ω模型相比标准κ-ε模型、RNGκ-ε模型、SST模型和SSG雷诺应力模型预测精度更高。

火箭发动机排气的气动噪声分析是降噪的基础。采用k-ε湍流模型和大涡模拟对发动机排气场进行仿真,再采用FW-H法对噪声场进行计算。对4种不同推力发动机的欠膨胀和过膨胀排气流场的仿真分析表明排气场声功率级的分布与湍流强度的分布具有相似性,且有明显边界;声功率级在射流影响区域呈现锥形分布的特征,半锥角随推力增大但变化不大,在13°~16°;正激波后的声功率最大,此外噪声强度最大的位置介于马赫数为1的界面到燃气/空气界面之间;射流欠膨胀时,最大声功率在喷管出口下游,射流过膨胀时,最大声功率在喷口附近或内部;对于推力接近的发动机排气场,其噪声声压级基本相同,与射流状态无关;随着发动机推力的增大,声功率级最大值增大不多,而高声功率级的范围扩大是噪声增大的主因;发动机排气噪声的频率范围较宽,主频随着推力增大而降低的......

针对不同卷弧翼尾翼的结构和数量对小长径比干扰弹稳定性的影响,建立3种尾翼布局干扰弹的三维简化模型,同时能够保证3种不同尾翼布局的尾翼展长都能够折叠到弹径尺寸。文章分别对3种尾翼布局干扰弹进行数值模拟,重点分析攻角α=0°时,在亚声速状态下不同马赫数(Ma)变化对干扰弹气动特性的影响,以及Ma=0.5,不同攻角下干扰弹气动特性的差异,并验证了文中所采用数值计算方法的可行性。结果表明总展长不变,增加尾翼的数量会使得干扰弹的阻力系数减小,升力系数减小,俯仰力矩系数减小;相同尾翼数量的带有前缘后掠角尾翼会使得干扰弹阻力系数减小,升力系数减小,滚转力矩减小,俯仰力矩系数减小;同时,四翼0°前缘后掠角的尾翼气动特性在Ma=0.5、不同攻角影响下出现先增加后减小的趋势。

动导数是关乎火箭弹动态飞行稳定性的一个重要因素,为探究不同尾翼结构火箭弹在不同飞行状态下火箭弹动导数的变化,以3种尾翼结构火箭弹为研究对象,通过仿真计算,对比分析了3种尾翼结构火箭弹的俯仰组合动导数,结果表明在小攻角范围内,攻角越大,3种尾翼结构火箭弹动态飞行稳定性越高;增加卷弧翼的数量后,卷弧翼火箭弹动态飞行稳定性提高;同时,平板尾翼火箭弹的俯仰组合动导数绝对值小于卷弧翼火箭弹,动态飞行稳定性低于卷弧翼火箭弹。

本文提取具有优良气动性能的海鸥翼型对其尾缘进行仿生重构以降低气动噪声。采用大涡模拟(LES)进行三维瞬态流场计算,结合Ffowcs Williams和Hawkings发展的FW-H方法进行远场声学求解。系统研究了雷诺数为9.0×104,攻角为0°条件下,基于仿海鸥翅膀翼型的常规尾缘锯齿翼型、正弦型尾缘锯齿翼型及熨斗型尾缘锯齿翼型的气动噪声特性。研究结果表明与原型翼型相比,常规尾缘锯齿翼型的升阻比损失最小,熨斗型尾缘锯齿翼型的升阻比损失最大。正弦型尾缘锯齿翼型的远场降噪效果最好,平均降噪幅度为5.72dB。与其他两种齿型结构相比,正弦型尾缘锯齿翼型能更有效地减小湍流宽频噪声和翼型表面的压力脉动,使整体旋涡脱落噪声明显下降。而熨斗型尾缘锯齿翼型在减小涡结构展向相关性的同时加剧了纵向空间涡结构的脱落,使整体声压级降低幅度最小。

为研究尾流中不同涡脱落模式下垂直轴风力机(vertical-axis wind turbine,VAWT)叶片的气动响应,基于攻角变化相似性,进行了叶片正弦俯仰振动的比拟实验。研究发现在弦长雷诺数O(105)范围内,尾流存在3种涡型结构前缘离散涡(leading-edge vortex,LEV)、蜿蜒尾流(undulating wake,UW)和反卡门涡街(reverse von Kármán vortex street,Rv KVS);随着叶尖速比λ增大,VAWT叶片缩减频率k增大,攻角幅值α m减小;叶轮叶片几何尺度比R/c较小时,在低λ产生LEV涡型的可能性较小,在高λ产生Rv KVS涡型的可能性较大;R/c较大时,在低λ产生LEV涡型的可能性较大,在高λ产生Rv KVS涡型的可能性较小。LEV涡型导致轻动态失速,造成VAWT叶片发生高频俯仰振动,但对叶轮转矩和VAWT功率影响不大。Rv KVS涡型的出现,伴随叶片升力和转矩幅值增大以及平均推力的产生,会使VAWT叶片扭矩载荷增大,也会使叶轮转矩和输出功率提升......