利用fluent软件的mixture(两相混合)模型及RNGκ-ε湍流模型,通过动网格、滑移网格模拟柱塞移动及缸体的转动,UDF(User Defined Function)设置流体的可压缩性,建立水压轴向柱塞泵有限元计算模型。发现柱塞腔的空化程度与m值(柱塞腔直径与缸体腰形孔当量直径的比值)有很大关系,并建立不发生空化mc值的数学模型。经仿真分析发现:m值越小,柱塞腔中空化度越小。斜盘倾角β、缸体角速度ω越大,柱塞腔中不发生空化区域越小。通过研究,合理选择m值,可以减小柱塞腔的空化,减小柱塞泵的振动,提高柱塞泵容积效率,对轴向柱塞泵的设计具有实际意义。

无轴涵道旋翼(Shaftless ducted rotor,SDR)是一种采用涵道-旋翼-电机一体化设计的新型涵道旋翼系统,其与传统涵道旋翼(Ducted rotor,DR)气动特性有较大差异。基于非结构网格的滑移网格技术,首先分析了SDR与DR气动特性差异,然后分别考察了桨盘高度、桨叶片数、涵道扩散角、中心孔径及涵道唇口半径5个关键参数对SDR气动特性的影响。研究发现:相同尺寸SDR比DR在悬停状态能够产生更大的总拉力,但其涵道拉力占比减小。前飞状态下SDR涵道后方产生较大的低速区,前行桨叶上方涡环有向内扩散趋势。桨盘高度对SDR与DR的影响机理相似。增加桨叶片数能够有效提高SDR的总拉力值,也能提高涵道拉力占比。增大涵道扩散角将导致SDR旋翼拉力系数下降。减小中心孔径能提高总拉力,但各部分拉力系数在下降。适当增加涵道唇口半径能够提高总拉力大小,超过一定值后总拉力开...

深入研究低雷诺数滑流对机翼的影响,能够推进临近空间低速流动机理性研究,提供可靠的气动参数。参考某太阳能无人机,建立单螺旋桨计算模型,采用两叶螺旋桨,通过ICEM网格软件生成具有两个计算域的高质量结构网格,应用滑移网格边界条件,对模型进行数值模拟;分析低雷诺数螺旋桨滑流的发展和机翼在滑流作用下的非定常气动特性,研究不同螺旋桨位置对机翼气动特性的影响,计算结果表明螺旋桨滑流会很大程度地改变机翼表面压力分布和沿翼展的升力分布,对机翼升阻特性有显著影响,同时螺旋桨滑流可以抑制机翼表面层流分离泡的产生。

针对自然环境中的二级风(1.6~3.3 m/s)和三级风(3.4~5.4 m/s),对悬停状态的共轴双旋翼进行水平和竖直来流的抗风扰气动性能测试。在建立自然来流影响下的桨叶速度分布模型基础上,采用低速风洞模拟自然环境对共轴双旋翼进行了来流吹风试验。采用滑移网格方法计算旋翼流场,捕捉自然来流环境中流场内部的气动干扰现象,主要包括桨尖压强分布、流线分布和桨尖速度矢量。研究结果表明:所建立的模拟方法能够准确反映自然来流对共轴双旋翼流场气动特性影响;相比无来流状态,受竖直来流影响的共轴旋翼性能下降,而水平来流环境中的共轴旋翼具有较好的抗风扰性能,旋翼性能随着水平来流速度的增大而大幅度提高。

以某涵道风扇系统模型为研究对象,基于滑移动网格技术,建立了非定常气动力计算方法,并用风洞试验对其进行了验证分析。并在此基础上计算分析了影响涵道风扇系统气动特性的黏性效应、桨-涵道间隙以及桨盘位置等因素。结果表明,黏性效应代表了桨尖和涵道之间附面层干扰的大小,考虑黏性效应能够提高气动力计算的准确性;桨-涵道间隙决定了螺旋桨影响涵道的效果,间隙越小,影响越大,在涵道产生的附加拉力越大;桨盘位置则决定了进入螺旋桨的流场品质和桨-涵道间隙,合理的位置应保证涵道截面对气流的整流效果最佳且间隙符合设计要求。

将CFD技术研究引入对一种气动声源的流体数值模拟研究，利用Navier-Stokes方程和RNG湍流模型，并在转动部件与静止部件间用滑移网格技术建立交界面，进行数值模拟，再采用时域和频域分析方法对流场内压力脉动的强度和频率进行分析，并将该结果与该气动声源的试验值进行对比，证明该数值计算的可靠性。

以高空长航时大展弦比太阳能无人机机翼为研究对象,针对分布式电驱螺旋桨滑流和大展弦比机翼之间耦合的复杂气动干涉问题,采用滑移网格方法、动网格技术、SST k-ωRANS湍流模型和CFD/CSD(Computational Fluid Dynamics/Computational Structural Dynamics)双向流固耦合技术,研究了螺旋桨不同转速、布局方式和气动阻尼对机翼气动弹性响应的影响。数值计算结果表明,螺旋桨滑流会改变机翼表面的压力分布;螺旋桨流场对机翼的扰动频率接近机翼的结构固有频率时,机翼会发生共振;螺旋桨的位置越靠近翼尖,或螺旋桨的数量增多,都将增加机翼气动弹性响应的幅值。

柱塞泵内部流动特征复杂,传统柱塞泵设计计算方法难以预测复杂流动引起的脉动与振动.开展了基于多块结构化网格的柱塞泵流动特性数值计算方法研究,根据柱塞泵流动特点完成了针对柱塞泵的多块结构化网格划分,分别通过滑移网格和动网格技术处理缸体与配流盘之间的相对滑动以及模拟柱塞的运动,采用UDF编程的方式定义了各个柱塞动边界网格的运动规律.通过数值计算结果与理论计算的对比分析,验证了数值计算方法的有效性和可靠性,并对柱塞泵内部流场特征的动态变化进行了分析.上述计算方法可用于柱塞泵脉动分析、柱塞腔的压力冲击分析、流道的优化设计等研究.

针对K3V轴向柱塞泵的流道非定常流动,应用CFD软件对柱塞泵的流场进行了数值分析。利用滑移网格技术与动网格技术对柱塞泵缸体的旋转运动与柱塞的直线运动进行了动态模拟,得到了柱塞泵油膜在不同时刻的压力云图、泵出口流量变化曲线以及柱塞腔内压力变化曲线,对流量倒灌现象进行了分析,为K3V柱塞泵流道设计提供理论基础。

不考虑连杆和转轴以及叶尖损失的影响，采用雷诺平均Navier—Stokes方程和k-ω SST湍流模型对直叶片垂直轴风力发电机风轮进行二维数值模拟，考虑风轮处于不同来流风速时，三叶片与五叶片风轮流场分布及压力场分布的异同。为后续研究提供良好的指导方向。