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基于混合笛卡儿网格方法的可压流动数值模拟

航空动力学报 2015年第3期30卷 513-525页

作者：沈志伟赵宁胡偶南京航空航天大学航空宇航学院南京210016

以可压缩黏性流动的数值模拟为研究背景,发展了一套自适应混合笛卡儿网格(AHCG)方法以及基于有限体积方法的雷诺数平均Navier-Stokes(RANS)的数值求解方法.为更好地模拟边界层的黏性流动在近壁面处采用贴体结构网格,剩余计算区域自动生... 详细信息

以可压缩黏性流动的数值模拟为研究背景,发展了一套自适应混合笛卡儿网格(AHCG)方法以及基于有限体积方法的雷诺数平均Navier-Stokes(RANS)的数值求解方法.为更好地模拟边界层的黏性流动在近壁面处采用贴体结构网格,剩余计算区域自动生成与之相重叠的笛卡儿网格,并同时发展了基于流场特征的笛卡儿网格自适应技术.结合ADT(alternating digital tree)算法显著减少了网格生成中"挖洞"和"贡献单元"搜索的消耗机时,50万左右的网格数目下,搜索耗时为0.062s,仅为普通遍历方法的1/1 847.通过二维圆柱与两段翼型绕流的数值算例显示,定常AHCG方法能够准确地预测物面压力分布与升阻力系数并且具备处理复杂外形的能力;同时通过二维非定常圆柱绕流问题与NACA0015矩形机翼翼尖尾涡的捕捉算例显示,结合了动态自适应网格加密的非定常AHCG方法尤其适用于旋涡主导流动.

关键词：混合笛卡儿网格雷诺数平均Navier-Stokes 自适应网格加密 ADT算法复杂外形

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基于小生境遗传算法的风电场布局优化

南京航空航天大学学报 2011年第5期43卷 650-654页

作者：田琳琳赵宁钟伟胡偶南京航空航天大学江苏省风力机设计高技术研究重点实验室南京210016

基于小生境遗传算法对风电场内风力机机组的布局进行优化。在优化过程中,考虑等风速同风向和变风速变风向两种简化的入流模式,采用修正的Jensen尾流模型模拟机组之间尾流的相互干扰效应,以单位发电量所消耗的成本最低为目标,使用小生境... 详细信息

基于小生境遗传算法对风电场内风力机机组的布局进行优化。在优化过程中,考虑等风速同风向和变风速变风向两种简化的入流模式,采用修正的Jensen尾流模型模拟机组之间尾流的相互干扰效应,以单位发电量所消耗的成本最低为目标,使用小生境遗传算法优化风电场机组的排布。文中给出了优化后的风电场布局轮廓图、风电场机组台数、总发电量、目标函数值以及风电场的效率。通过与以前的相关研究对比分析,表明本文的方法取得了较优的结果,可为将来真实风场的风力机排布提供参考依据。

关键词：小生境遗传算法风电场尾流模型风力机机组布局优化

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风力机远尾流的计算研究

空气动力学学报 2011年第6期29卷 805-809,814页

作者：田琳琳赵宁钟伟胡偶南京航空航天大学航空宇航学院江苏南京210016

基于工程上广泛使用的Park模型构造了一种新的远场尾流计算模型,同时又提出了一种CFD与制动盘理论相结合的方法对单个风力机远尾迹区的流动状况进行了数值模拟。新的尾流计算模型是由一维Park模型进行三角函数修正得到的,CFD方法是结合... 详细信息

基于工程上广泛使用的Park模型构造了一种新的远场尾流计算模型,同时又提出了一种CFD与制动盘理论相结合的方法对单个风力机远尾迹区的流动状况进行了数值模拟。新的尾流计算模型是由一维Park模型进行三角函数修正得到的,CFD方法是结合制动盘理论使用FLUENT提供的Fan边界数值求解整个尾流流场。给出了单台风力机尾流中风轮中心的轴向速度分布以及风力机下游不同位置处的径向速度分布,并与风洞实验结果以及Park模型的计算结果进行分析对比,表明本文的两种计算方法都能够较好地捕捉尾流的流场特性。由于新的远场尾流计算模型较之原Park模型能够更准确地反映径向尾流分布,且计算量非常小,因此可作为工程开发的有效工具。制动盘理论结合CFD的方法也能够在计算量相对较小的情况下,准确的反映远尾流的流场信息,这两种方法都可为风场微观选址和风力机排布提供参考依据。

关键词：制动盘计算流体力学(CFD) 尾流流场数值模拟风场微观选址

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基于自适应笛卡尔网格的虚拟单元方法研究

基于自适应笛卡尔网格的虚拟单元方法研究

作者：胡偶南京航空航天大学

学位级别：硕士

本文研究了基于自适应笛卡尔网格的虚拟单元方法（Ghost Cell Methods）,并将其用于求解二维无粘可压定常流动问题。根据自适应笛卡尔网格的特点,采用了适用于自适应笛卡尔网格的数据结构——叉树数据结构,并构建了网格单元的存储形式,... 详细信息

本文研究了基于自适应笛卡尔网格的虚拟单元方法（Ghost Cell Methods）,并将其用于求解二维无粘可压定常流动问题。根据自适应笛卡尔网格的特点,采用了适用于自适应笛卡尔网格的数据结构——叉树数据结构,并构建了网格单元的存储形式,以及网格单元之间的几何关系。同时研究了三种网格自适应的策略:基于物体几何外形的自适应方法,基于物体表面曲率的自适应方法,以及基于流场解的自适应方法。同时针对解自适应给出了两种不同的解自适应的判据——压力梯度判据和旋度加散度判据,并通过具体的算例比较了他们之间的异同点,最终给出了选择解自适应判据的标准。本文的流动控制方程是二维Euler方程,为了求解多维问题,我们在空间上采用了空间分裂方法,同时针对自适应笛卡尔网格的特点,构造了适用于非均匀网格的MUSCL方法,并采用MINMOD限制器抑制激波附近的非物理振荡。通量近似采用具有迎风性质的HLLC格式。在时间上使用具有TVD性质的Runge-Kutta方法。本文研究了虚拟单元方法在自适应笛卡尔网格中的应用。针对笛卡尔网格非贴体性的特点,本文采用了基于虚拟单元的浸入边界方法。构造了三种不同的虚拟单元边界处理方法——ST方法,FGCM方法以及GBCM方法,并通过圆柱绕流问题研究了三种方法的优缺点。最后我们使用本文的方法计算了NACA0012翼型,RAE2822翼型,双错位NACA0012翼型以及GA（W）-1两段翼型的绕流问题,通过这些由简单到复杂的问题,验证了我们代码的可靠性和稳定性,同时也验证本文所提供方法的对于二维无粘可压定常流动问题数值模拟的有效性。

关键词：虚拟单元方法自适应笛卡尔网格空间分裂方法 HLLC格式 Euler方程

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可压缩粘性流动笛卡尔网格虚拟单元方法研究

空气动力学学报 2014年第6期32卷 748-754页

作者：沈志伟赵宁胡偶南京航空航天大学航空宇航学院江苏南京210016 中航工业直升机设计研究所江西景德镇333000

以二维高雷诺数可压缩粘性流动问题为背景,提出了一种全新的笛卡尔网格虚拟单元方法。基于壁面函数基本假设,构造了壁面函数-虚拟单元方法(WF-GCM),用于定义湍流壁面边界条件。引入参考点的概念计算虚拟单元上的基本变量与湍流变量值,... 详细信息

以二维高雷诺数可压缩粘性流动问题为背景,提出了一种全新的笛卡尔网格虚拟单元方法。基于壁面函数基本假设,构造了壁面函数-虚拟单元方法(WF-GCM),用于定义湍流壁面边界条件。引入参考点的概念计算虚拟单元上的基本变量与湍流变量值,定义了"非贴体"笛卡尔网格下的湍流壁面边界条件,并通过壁面函数模型修正近壁面单元与界面单元。基于自适应笛卡尔网格体系,采用发展的具有二阶精度的格心格式有限体积求解器,数值模拟了跨音速RAE2822翼型绕流问题与超音速圆柱绕流问题,计算结果与实验值吻合良好,显示了WF-GCM对高雷诺数可压缩粘性问题是有效的。

关键词：虚拟单元方法壁面函数自适应笛卡尔网格湍流

SST-DDES模型在大分离流动问题中的应用

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南京航空航天大学学报 2017年第2期49卷 206-211页

作者：胡偶赵宁沈志伟中国直升机设计研究所景德镇333000 南京航空航天大学航空宇航学院南京210016

采用基于SST k-ω湍流模型耦合延迟脱体涡模拟技术(Delayed detached-eddy simulation,DDES)的SSTDDES模型,数值求解Navier-Stokes方程。并针对低速流动问题,发展了基于隐式双时间步方法的低速预处理技术,用于数值模拟低速、高雷诺数湍... 详细信息

采用基于SST k-ω湍流模型耦合延迟脱体涡模拟技术(Delayed detached-eddy simulation,DDES)的SSTDDES模型,数值求解Navier-Stokes方程。并针对低速流动问题,发展了基于隐式双时间步方法的低速预处理技术,用于数值模拟低速、高雷诺数湍流大分离流动问题。数值模拟了低速大迎角三角翼绕流及大迎角6∶1椭球绕流,观察到与物理现象相一致的旋涡特征,且得到的定量数值结果与实验数据相吻合。

关键词： SST κ-ω湍流模型延迟脱体涡模拟预处理 Navier Stokes方程分离流动

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外挂武器对无人直升机纵向气动特性影响研究

南京航空航天大学学报 2019年第1期51卷 83-89页

作者：龙海斌吴裕平胡偶中国直升机设计研究所景德镇333001

针对外挂武器对无人直升机纵向气动特性影响的问题,采用雷诺时均Navier-Stokes(Reynolds average Navier-Stokes,RANS)方法对加装武器系统前后,不同前飞速度、武器安装角和挂载状态下的气动特性进行了数值计算。然后将大速度前飞状态时... 详细信息

针对外挂武器对无人直升机纵向气动特性影响的问题,采用雷诺时均Navier-Stokes(Reynolds average Navier-Stokes,RANS)方法对加装武器系统前后,不同前飞速度、武器安装角和挂载状态下的气动特性进行了数值计算。然后将大速度前飞状态时的气动特性与加装外挂武器之前的风洞试验结果进行了对比分析。结果表明,采用悬臂梁外挂方式加装武器对阻力有显著影响,前飞速度和武器发射安装角变化对纵向气动特性几乎没有影响。外挂武器安装位置和数量变化对无人直升机的纵向气动特性影响很小。研究结果可为武装无人直升机选择合适的武器外挂和发射方式提供参考。

关键词：无人直升机外挂武器纵向气动特性

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基于非光滑表面的直升机尾舱门减阻技术

南京航空航天大学学报 2020年第2期52卷 240-246页

作者：王之良陈平剑胡偶中国直升机设计研究所景德镇333001

为了研究凹坑形非光滑表面的减阻效果与流动控制机理,将半球形凹坑单元布置在直升机尾舱门外表面。采用基于k-ω剪切应力输运模型(k-ω shear-stress-transport,k-ω SST)的计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)方法,对比分... 详细信息

为了研究凹坑形非光滑表面的减阻效果与流动控制机理,将半球形凹坑单元布置在直升机尾舱门外表面。采用基于k-ω剪切应力输运模型(k-ω shear-stress-transport,k-ω SST)的计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)方法,对比分析了非光滑表面机身和光滑表面机身的阻力特性、后体局部流场和表面压力分布。根据凹坑单元内局部流场和压力分布的分析结果,得到了凹坑形非光滑表面的减阻机理:凹坑单元内形成的低速漩涡,能够延缓机身后体流动分离;半球形的凹坑造型和基本恒定的压力分布,可减小对阻力直接做出贡献的低压区面积,两者的共同作用降低了直升机阻力。

关键词：流动控制减阻凹坑非光滑表面直升机

自适应笛卡尔网格Ghost Cell方法研究

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空气动力学学报 2010年第1期28卷 61-65页

作者：刘剑明赵宁胡偶王东红南京航空航天大学航空宇航学院江苏南京210016 徐州师范大学数学系江苏徐州221116

在笛卡尔网格中,利用Ghost Cell方法处理浸入边界,模拟二维无粘可压缩流。针对静止物体,比较了各种不同的Ghost Cell边界条件下的熵误差,总压误差,以及阻力系数。此外为提高激波分辨率,将Ghost Cell方法与基于叉树结构的自适应笛卡尔网... 详细信息

在笛卡尔网格中,利用Ghost Cell方法处理浸入边界,模拟二维无粘可压缩流。针对静止物体,比较了各种不同的Ghost Cell边界条件下的熵误差,总压误差,以及阻力系数。此外为提高激波分辨率,将Ghost Cell方法与基于叉树结构的自适应笛卡尔网格算法相结合,数值结果显示本文的方法是切实可行的。

关键词： Ghost Cell方法笛卡尔网格自适应欧拉方程