随着计算流体力学领域的发展,利用计算机对压缩机气缸工作过程中的内部气体流场的变化进行分析,成为研究气体进入气缸后具体变化过程的主要方法之一。在实际的天然气生产中,通过压缩机对天然气进行增压是整个生产流程中必不可少的一环,气缸作为压缩机工作过程中的主要构件之一,研究其内部流场中的流体流动特性,对整个压缩机的能效所产生的影响具有重要意义。基于CFD方法,并采用动网格技术对气缸的工作过程进行瞬态模拟。通过建立流动模型、划分网格及进行具体的计算以确定气缸流场在实际流动中的温度场变化情况,为后续研究提供一定的参考依据。

分析某船用柴油机气缸盖内部穴蚀导致的漏水的问题,得出气缸盖穴蚀的原因为死水区的存在不利于散热并加剧气泡的产生导致穴蚀。利用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)软件对气缸盖内部冷却水流道进行流体动力学仿真,根据仿真结果对柴油机的气缸盖内部流道改进,设计改进型的水封套管,消除死水区并改善气缸盖内冷却水的流动状态,解决气缸盖内部穴蚀的问题。

针对某玻璃厂钢化系统BT炉风机存在的运行效率低,噪声大等问题,提出了风机优化方向。首先分析了用户使用的小流量高压风机的流场及气动噪声,在此基础上,重新设计了后弯式高效低噪风机,并分析了其气动性能和气动噪声。研究表明:优化后的风机性能曲线平坦,消除风机喘振现象,确保风机运行的安全性。风机效率和压力均大幅度提高,噪声降低。改造后风机节能率达到24.7%,单台风机年度节电量为473 000kW·h,取得较好的经济效益和社会效益。

某车型的空调系统在样车阶段存在噪声大的气动噪声问题,其噪声频谱在500 Hz以下存在明显峰值,在主观上隆隆声感知强烈,影响车辆的声品质水平。通过CFD对流场阻力的优化和试验验证,噪声问题得到一定程度的改善,但气动噪声问题仍然存在,其发生的机理和位置不能确定。由于进行整车模型气动噪声模拟所需求的资源多、时间长,因此采用简化风道进行对子系统的模拟分析。文中利用气动噪声仿真计算方法,对风道内的噪声生成和传播进行了模拟和研究。文中采用简化风道的子系统CFD模型,研究气流速度大小及方向对出口噪声的影响。结果显示,气流方向与管壁形成15°的夹角时,管内气流发生分离现象,产生了500 Hz下的低频噪声。

桨毂、起落架、平尾和垂尾等部件对直升机的气动特性、稳定性和操纵性等有比较大的影响,因此获得这些部件的气动特性在直升机研制过程中非常重要。分别采用风洞试验和两种CFD计算方法获得了某无人直升机算例样机的桨毂、起落架、平尾和垂尾四个部件的气动特性,并对三种方法得到的结果进行了对比分析。结果表明部件阻力、侧向力和滚转力矩的风洞试验值与CFD计算取值相差比较大,但是三种方法得到的升力、俯仰力矩和偏航力矩值相差比较小。两种CFD方法计算得到的部件气动特性差别比较小。研究结果可为直升机部件的气动特性风洞试验或数值计算提供一定的参考。

近年来,共轴式直升机飞行速度越来越快,其气动特性也与常规直升机有比较大的差异。采用求解N-S方程的方法对某共轴式直升机算例样机的气动特性进行了数值计算,计算状态包括五种典型的飞行速度。通过分析全机和桨毂等部件的气动特性计算结果发现,在目前直升机的最高飞行速度范围内,共轴式直升机气动特性受飞行速度的影响比较小。未来随着直升机飞行速度进一步提高,全机和桨毂的阻力增长很快,同时全机和垂尾的偏航力矩变化比较大。研究结果对直升机减阻设计和气动布局选型有重要参考。

增升和减阻是民用飞机设计的永恒目标。本文对民用飞机减阻技术最新进展及未来发展进行综述,在此基础上,报道了计算所团队通过数值优化设计及主动流动控制实现减阻的研究进展。为此,发展了基于壁面模化大涡模拟(WMLES)准确模拟湍流边界层的先进数值方法,以及利用伴随方程方法实现气动外形快速数值优化的技术。在具体实践中,通过组合基于自由变形(FFD)的几何参数化模块、基于线弹性体法的网格变形模块,以及基于伴随方程方法和序列二次规划(SQP)的优化算法模块,搭建了面向工程、适于超大规模变量优化设计的整机气动优化设计平台,在NASACRM模型上实现了设计变量超过600的大变量、跨声速气动数值优化设计,在合理的工程约束条件下,有效削弱了机翼表面激波,总体减阻率达到2%以上;通过对湍流平板边界层外层结构进行射流非定常控制,在中等雷诺数

基于计算流体力学(CFD)方法,计算风对桥梁的静力作用。首先在二维和三维风场环境中,分别计算了同一桥梁断面的三分力系数,将其与风洞试验结果进行了对比。然后在三维风场下,分别以扁平箱梁、分离式双边箱梁和∏型梁三种经典桥梁断面为结构模型,建立-5°～+5°共11个风攻角下的流场模型,以剪切应力输运k-ω模型为湍流模型,提取不同攻角下的三分力系数,绘制了桥梁结构模型周围的风场特征图,包括压力云图、速度和旋涡的分布图,分析不同桥梁断面形式的抗风性能。结果表明,三维的计算结果更加接近试验值,其阻力系数和升力系数与试验值的误差分别为1.36%和0.054%。通过三维数值分析得到的数据可以初步确定抗风性能好的断面类型,能为大跨度桥梁的设计与研究提供重要参数。