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近壁面椭球颗粒尾迹演化与升阻力特性研究

近壁面椭球颗粒尾迹演化与升阻力特性研究

作者：王哲合肥工业大学

学位级别：硕士

近年来,随着我国经济的快速发展,越来越多的环境问题引起人们的广泛关注。与此同时,随着生活水平的提高,人们也不断追求高质量的生活环境,特别是室内环境。根据美国环境总局调查结果表明,室内颗粒污染物浓度约为室外的2.5倍。因此,有效... 详细信息

近年来,随着我国经济的快速发展,越来越多的环境问题引起人们的广泛关注。与此同时,随着生活水平的提高,人们也不断追求高质量的生活环境,特别是室内环境。根据美国环境总局调查结果表明,室内颗粒污染物浓度约为室外的2.5倍。因此,有效控制室内污染物浓度是改善室内空气质量的重要研究方向。室内空气中悬浮的污染物颗粒流动除了受到空气流速影响外,往往还受到其附近壁面的影响。开展近壁面颗粒绕流及其升阻力特性研究对帮助认识室内颗粒污染物运动具有重要意义。同时,实际环境中颗粒污染物并非圆球状,而形状非球形会增加颗粒绕流的复杂性并深刻改变其升阻力特性。本文采用直接数值模拟方法,对近壁面椭球形颗粒绕流尾迹和升阻力特性进行研究,主要内容包括:1)首先,对大空间均匀来流中不同雷诺数Re(=300、500、700和1000)和攻角α(=0°-90°)对椭球尾迹演化的影响开展研究,共捕捉到八种不同尾迹模态,其中稳态非对称模态、多周期且具有低频调制的非对称双侧涡旋脱落模态与多周期且具有低频调制的非对称单侧涡旋脱落模态首次被观察到。演化研究发现在较低的攻角下,狭长的钝体可以延迟非稳态分岔的触发。最后,对尾迹模态当中低频现象的物理机理进行解释。2)其次,对大空间均匀剪切来流中不同雷诺数Re(=480、600、700和750)和剪切率K(=0-0.1)对倾斜椭球(α=45°)尾迹演化、升阻力特性以及斯特劳哈尔数的影响开展研究。捕捉到五种不同尾迹模态,其中,多周期且分离区规则旋转的涡旋脱落模态首次被观察到。研究发现,剪切率的增加总体会抑制尾迹演化,在雷诺数Re=480时,在较高的剪切率下,尾迹甚至从非稳态转变为稳态,这可能是由于前缘雷诺数显著减小。随着剪切率增加,时均升力系数和阻力系数以及斯特劳哈尔数均增大。除了均匀来流,随着雷诺数不断增大,时均升力系数和阻力系数以及斯特劳哈尔数同样增大。3)最后,对近壁面均匀剪切来流中雷诺数Re=1000工况下,不同攻角α(=0°-90°)和壁面间距L(=L/D=1,3,6)对椭球尾迹演化和升阻力特性的影响开展研究。捕捉到一种新的尾迹模态,即周期性非对称非稳定单侧涡旋脱落模态。研究发现,攻角的增加会促进尾迹演化发展,与大空间均匀流比,涡旋脱发生的临界攻角明显增大。分析了攻角和壁面间距对时均升力和阻力系数的影响,随着壁面间距的减少,升力系数的峰值发生在比较大的攻角,最后根据当前的模拟结果,提出了升力和阻力系数的修正关系式。

关键词：椭球颗粒颗粒尾迹尾迹演化升阻力直接数值模拟

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并列方柱升阻力的被动流动控制研究

中国计量学院学报 2010年第3期21卷 206-211页

作者：广林端苏中地中国计量学院计量测试工程学院浙江杭州310018

研究了Re数为200的情况下小方柱对并列双方柱的流动控制.并列双方柱的间隔比为1.5D(其中D为大方柱的边长),控制小方柱放置在并列双方柱下游L/D=1.0-2.0的位置;数值模拟采用分裂格式的有限元方法.结果表明,放置在适当位置的小方柱不仅可... 详细信息

研究了Re数为200的情况下小方柱对并列双方柱的流动控制.并列双方柱的间隔比为1.5D(其中D为大方柱的边长),控制小方柱放置在并列双方柱下游L/D=1.0-2.0的位置;数值模拟采用分裂格式的有限元方法.结果表明,放置在适当位置的小方柱不仅可以显著抑制并列双方柱的漩涡脱落,而且可以降低脉动升阻力.

关键词：被动控制并列方柱升阻力

横向振荡圆柱绕流的格子Boltzmann方法模拟

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力学学报 2011年第5期43卷 809-818页

作者：龚帅郭照立上海交通大学动力机械与工程教育部重点实验室上海200240 华中科技大学煤燃烧国家重点实验室武汉430074 提高石油采收率国家重点实验室(中国石油勘探开发研究院) 北京100083

基于格子Boltzmann方法(LBM)对不可压横向振荡圆柱绕流问题进行了数值研究.与传统的求解宏观的N-S方程的数值方法不同,LBM求解此类问题不需要采用动网格,而且不需要对网格进行特殊处理,从而节约了计算成本.结果显示,当振荡频率增加到相... 详细信息

基于格子Boltzmann方法(LBM)对不可压横向振荡圆柱绕流问题进行了数值研究.与传统的求解宏观的N-S方程的数值方法不同,LBM求解此类问题不需要采用动网格,而且不需要对网格进行特殊处理,从而节约了计算成本.结果显示,当振荡频率增加到相应的静止圆柱绕流的自然涡脱落频率附近时,圆柱后最新形成的集中涡距离柱体越来越近,直到达到一个极限位置.随后,集中涡突然转向圆柱体另一侧脱落.当振荡频率接近于静止圆柱的自然涡脱落频率时,发生频率同步的现象.随着振荡频率远离自然涡脱落频率,同步现象消失.在几种次谐振荡和超谐振荡下,尾流区的涡脱落频率仍为相应的静止圆柱绕流的自然涡脱落频率.

关键词：格子Boltzmann方法横向振荡频率升阻力

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翼型襟翼受力的稳定性分析

空气动力学学报 2011年第5期29卷 664-668页

作者：李银然李仁年李德顺袁尚科兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃省风力机工程技术研究中心甘肃兰州730050

采用数值求解N-S方程的方法,用DES湍流模型求解襟翼高度对风力机专用翼型DU95-W-180气动性能的影响。结果表明,添加一定高度的襟翼后,翼型的受力出现波动现象,而且波动幅度随着襟翼高度的增加而增大,进一步研究引起该现象的原因发现,添... 详细信息

采用数值求解N-S方程的方法,用DES湍流模型求解襟翼高度对风力机专用翼型DU95-W-180气动性能的影响。结果表明,添加一定高度的襟翼后,翼型的受力出现波动现象,而且波动幅度随着襟翼高度的增加而增大,进一步研究引起该现象的原因发现,添加襟翼的翼型其失速旋涡的脱落过程会引起翼型周围压力的周期性变化,进而导致翼型受力出现波动现象。

关键词：襟翼稳定性升阻力数值计算

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直径变化对三圆柱绕流的影响

水动力学研究与进展（A辑） 2012年第5期27卷 554-560页

作者：张鹏飞苏中地广林端李燕玲中国计量学院计量测试工程学院杭州310018

数值研究了直径变化对三圆柱绕流的影响。在上游布置一个直径在d/D 0.15~2.0范围变化的圆柱,再以并列形式布置两个直径为D的圆柱。用有限元法对不等直径三圆柱的二维绕流进行数值模拟,分别求出在不同直径比下的流场分布和各个圆柱的升... 详细信息

数值研究了直径变化对三圆柱绕流的影响。在上游布置一个直径在d/D 0.15~2.0范围变化的圆柱,再以并列形式布置两个直径为D的圆柱。用有限元法对不等直径三圆柱的二维绕流进行数值模拟,分别求出在不同直径比下的流场分布和各个圆柱的升、阻力系数以及Strouhal数。结果发现：在直径比的变化过程中,流场可分为五类;升、阻力系数和Strouhal数的变化都有一定规律。

关键词：三圆柱数值模拟升阻力 Strouhal数

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绕三维水翼云状空化现象的实验研究

应用力学学报 2011年第2期28卷 105-110,211页

作者：时素果王国玉王复峰高德明北京理工大学机械与车辆工程学院北京100081

为了研究云状空化阶段空穴发展和脱落的机理,采用实验的方法对绕三维水翼云状空化流动进行了研究。实验在高速水洞中进行,采用高速摄像技术研究了不同空化阶段的空穴形态,并测量了翼型所受的升阻力,并对上述数据进行了频谱分析。结果发... 详细信息

为了研究云状空化阶段空穴发展和脱落的机理,采用实验的方法对绕三维水翼云状空化流动进行了研究。实验在高速水洞中进行,采用高速摄像技术研究了不同空化阶段的空穴形态,并测量了翼型所受的升阻力,并对上述数据进行了频谱分析。结果发现:在云状空化阶段,观测到空穴的产生-发展-脱落-溃灭的准周期性变化;并捕捉到空泡脱落时附着在翼型前端的U型空穴和翼型方向上不同强度的反向射流;空泡由翼型中前部开始呈漩涡状脱落。将升力通过FFT变换得到了对应的频谱图,得到空穴脱落的频率为24.3Hz。

关键词：云状空化升阻力频率 U型空穴

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通孔柱体的流场特性研究

水动力学研究与进展（A辑） 2013年第6期28卷 754-760页

作者：高建国陈志华南京理工大学瞬态物理实验室南京210094

当流体以一定速度绕经柱体时,会在物体表面产生分离,分离涡脱落产生尾部涡街,导致柱体阻力增加并产生振动,一定条件下还会造成柱体的解体。为了减小作用在柱体上的阻力并降低振动载荷,该文分别以通孔方柱与通孔圆柱为研究对象,通过大涡... 详细信息

当流体以一定速度绕经柱体时,会在物体表面产生分离,分离涡脱落产生尾部涡街,导致柱体阻力增加并产生振动,一定条件下还会造成柱体的解体。为了减小作用在柱体上的阻力并降低振动载荷,该文分别以通孔方柱与通孔圆柱为研究对象,通过大涡模拟数值计算了它们在Re?2.2×105时的流场,得到了相应的尾涡结构与升阻力系数曲线图。通过比较柱体通孔前后的流场发现,有通孔的柱体虽不能消除其尾涡的产生与脱落,但因通孔形成的涡系会降低柱体上下表面形成的分离涡尺寸,从而可有效减小柱体的阻力,同时还可降低其升力的脉动幅度。因此,柱体的通孔不失为一种简便易行的柱体减阻抑振被动控制方法。

关键词：柱体绕流旋涡脱落通孔数值模拟升阻力

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近壁旋转圆柱流场特性数值模拟分析

中国舰船研究 2024年第2期19卷 21-30页

作者：王宗鹏刘炳文包燕旭陈威唐国强李晓彬武汉理工大学理学院湖北武汉430063 武汉理工大学船海与能源动力工程学院湖北武汉430063 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

[目的]为探讨近壁旋转圆柱尾流及流体力特性,对典型间隙比下旋转圆柱绕流进行研究。[方法]对雷诺数Re=200下3种典型间隙比(G/D=0.2,0.8,1.4)的旋转圆柱绕流展开数值模拟,对比不同间隙比和转速比下的圆柱尾流及流体力特性。[结果]结果显... 详细信息

[目的]为探讨近壁旋转圆柱尾流及流体力特性,对典型间隙比下旋转圆柱绕流进行研究。[方法]对雷诺数Re=200下3种典型间隙比(G/D=0.2,0.8,1.4)的旋转圆柱绕流展开数值模拟,对比不同间隙比和转速比下的圆柱尾流及流体力特性。[结果]结果显示:当G/D=0.2时,圆柱表面脱涡会受到显著抑制,圆柱表面升阻力无波动;当G/D=0.8和1.4且转速比较低时,会发生“尾流涡”脱落现象,其结构与2S模式相似,升阻力系数呈正弦周期性波动,振幅较小;当正旋转速较大时,圆柱表面无漩涡脱落,形成稳定的D模式尾流(随转速比增大由D+模式变为D-模式),“尾流涡层”与“壁面涡层”发生分离,“壁面涡”呈现多周期性脱落现象,升阻力系数呈多周期波动,振幅显著增大;当反旋转速较大时,圆柱表面被一层正涡量的涡层包裹,漩涡脱落受到显著抑制,升阻力无波动。[结论]所得结论可为高效流动控制技术发展提供参考。

关键词：圆柱绕流旋转近壁圆柱升阻力涡层分离

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扑翼飞行器的动力特性及其气动性能

液压与气动 2020年第12期44卷 81-88页

作者：张焱侯悦民王思琪北京信息科技大学机电工程学院北京100192

在现代的扑翼飞行器的设计和制作当中,动力学性能和气动力学性能是影响其飞行性能的重要指标。为了更好的研究扑翼飞行器的飞行性能,通过ADAMS运动学仿真,设计了6组不同杆长的实验以获得扑击幅度更大的扑翼及其角度、位置等动力学特性,... 详细信息

在现代的扑翼飞行器的设计和制作当中,动力学性能和气动力学性能是影响其飞行性能的重要指标。为了更好的研究扑翼飞行器的飞行性能,通过ADAMS运动学仿真,设计了6组不同杆长的实验以获得扑击幅度更大的扑翼及其角度、位置等动力学特性,并通过Fluent重叠网格的仿真,将MATLAB拟合的翼型模型导入其中以探究其升阻力特性,获得相关的气动力学性能与仿真结果,包括速度云图、压力云图以及扑击的速度和频率对升阻力系数的影响,最后目标是得到提高扑翼飞行性能和扑动幅度的方式。

关键词：扑翼飞行器动力学翼型气动力学升阻力拟合方程