空气动力学学报

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《空气动力学学报》2016年4期pdf合集

2016, 34(4).

摘要(7) PDF(5)

摘要:

张来平, 邓小刚, 何磊, 李明, 赫新

2016, 34(4): 405-417. doi: 10.7638/kqdlxxb-2014.0118

摘要(339) PDF(1226)

摘要:
E级（Exascale）计算机有望在2020年前后投入使用，E级计算将给计算科学和科学研究带来革命性的变化。计算流体力学（CFD）作为超大规模计算机应用的重要领域之一，将迎来前所未有的发展机遇，同时也将面临极其严峻的技术挑战。本文对当前国内外超大规模CFD计算的现状进行了概述，探讨了未来CFD的发展趋势，并对E级计算给CFD带来的机遇与挑战进行了分析，最后提出了适应未来E级计算的CFD发展思路与建议。为了实现E级计算的宏伟目标，CFD与计算机科学、应用数学等学科的“协同设计”势在必行。我们期待本文的分析能对我国的高性能计算应用、CFD发展有一定的启示作用。

大型CFD软件自动化测试平台的初步设计与实现

何磊, 赫新, 马戎, 张益荣, 张来平

2016, 34(4): 418-425. doi: 10.7638/kqdlxxb-2014.0102

摘要(179) PDF(411)

摘要:
针对大型通用CFD软件研制的需求，为了提升CFD软件的开发效率，初步设计与开发了一个CFD软件自动化测试平台。该平台基于MySQL数据库，通过前台界面和远程集群后台管理程序的网络信息交互，实现了自主研发的通用CFD软件平台（HyperFLOW）的自动测试及验证与确认。根据需要适当修改前置处理接口，该平台亦可推广应用于其他CFD软件的自动测试。本文重点介绍了平台的基本框架和总体设计思路、平台的数据库和前台管理GUI设计、网络交互和后台管理等，并利用典型算例对计算结果的验证与确认过程进行了简要介绍，最后对平台构建的后续工作进行了展望。

基于指数插值的浸没边界法在可压缩流模拟中的应用研究

何跃龙, 李盾, 刘帅, 马汉东

2016, 34(4): 426-432. doi: 10.7638/kqdlxxb-2014.0107

摘要(137) PDF(446)

摘要:
由于浸没边界法在处理复杂外形和动态问题时具有极强的灵活性和便利性，因而受到广泛的关注。在当前浸没边界法的研究和应用中，主要工作集中在关于中/低雷诺数和不可压流动的模拟。本文引入Choi等提出的指数插值法对目标点速度进行插值，并根据多项式插值和Crocce-Busemann关系式等确定目标点压力和温度，并借鉴直角网格法中的虚拟网格法计算物面内的流动变量，建立了适用于可压缩流动的浸没边界法。通过亚、跨声速段翼型绕流和超声速圆柱绕流算例对方法进行验证，结果显示在k值取值合适时模拟结果与实验数据较为吻合。通过对相关算例网格收敛性分析，证明了本文发展的浸没边界法具有较高的精度。文中各算例的模拟结果表明，此方法能准确捕捉亚、跨、超声速绕流问题中的各类流动结构，适用于可压缩流动的模拟。

基于自适应代理模型的气动优化方法

夏露, 王丹, 张阳, 朱莉

2016, 34(4): 433-440. doi: 10.7638/kqdlxxb-2014.0121

摘要(174) PDF(431)

摘要:
气动优化设计中，为了减少优化系统的计算周期，提高搜索效率，引入结构简单、计算量较小的代理模型，而运用有效的插值和选样方法（自适应选样）可以大大减少建立代理模型的时间。因此本文提出了一种基于自适应代理模型的气动优化方法。首先对自适应代理模型进行研究，建立了Kriging自适应代理模型和支持向量回归自适应代理模型，这两种自适应代理模型在相同样本点情况下比一般代理模型拥有更高的预测能力，然后将这其应用到翼型优化设计中，取得了良好的优化效果，从而表明这两种自适应代理模型不仅简单实用，而且明显提高了气动分析的计算效率。

风力机标模非定常数值模拟中的影响因素研究

杨小川, 王运涛, 张玉伦, 张书俊

2016, 34(4): 441-447. doi: 10.7638/kqdlxxb-2014.0100

摘要(174) PDF(345)

摘要:
基于自主研发的“亚跨超CFD软件平台”（TRIP3.0），采用刚性运动网格技术和动态拼接网格技术，开发了针对旋转类机械的非定常求解模块。本文开展了NREL Phase VI风力机标模非定常数值模拟中的影响因素研究，影响因素主要包括不同时间步长的影响、不同湍流模型的影响、刚性动网格技术和动态拼接网格技术的影响三个方面。本文数值模拟采用的控制方程为雷诺平均N-S方程，采用有限体积法离散控制方程，离散方程的时间方向采用“双时间步”方法求解，空间方向无粘项离散采用MUSCL-Roe格式，湍流模型采用SA和SST湍流模型，并引入多重网格和并行计算技术加速求解。数值模拟结果表明：时间步长、湍流模型、网格方案等因素主要影响风力机叶片吸力面的流动结构，进而影响吸力面的压力分布，而对压力面的流动结构和压力分布基本没有影响；采用刚性运动网格结合SA湍流模型所得到的压力分布更接近实验值。

基于LES方法的增升装置气动噪声特性分析

卢清华, 陈宝

2016, 34(4): 448-455. doi: 10.7638/kqdlxxb-2014.0140

摘要(230) PDF(578)

摘要:
在气动噪声数值计算中，流场的求解精度对涡流扰动的细节计算以及声学的求解结果有着重要的影响。本文应用LES方法对增升装置的流场进行数值模拟，采用可穿透积分面的Ffcows Wil1iams-Hawkings（FW-H）积分方法进行远场噪声计算。采用圆柱绕流算例对本文的数值计算方法进行了验证，验证结果表明：本文所使用的LES方法能准确地捕捉到涡脱落、流动分离等非定常流动现象，可为远场气动噪声的计算提供精确的近场流动的数值解；基于FW-H的声类比方法能够精确高效求解远场气动噪声。在此基础上，对增升装置噪声产生的流动特性、远场特性、风速影响等进行了数值模拟研究。结果表明：缝翼产生气动噪声的主要原因是，流动在缝翼和主翼之间的凹槽形成的不稳定波以及缝翼钝后缘的小脱落涡；襟翼产生气动噪声的主要原因是，襟翼附近由于流动分离产生的高频的小尺度不稳定涡和低频的大尺度涡。

半展长襟翼梯形翼构型数值模拟技术研究

刘刚, 洪俊武, 李伟, 杨小川

2016, 34(4): 456-460. doi: 10.7638/kqdlxxb-2015.0049

摘要(152) PDF(304)

摘要:
基于雷诺平均的Navier-Stokes方程和拼接结构网格技术，采用MUSCL格式和SST湍流模型，研究了网格密度对半展长襟翼梯形翼高升力构型的数值模拟结果的影响。相应的风洞试验是1998年在NASA Ames 12英尺增压风洞（PWT）中完成的，试验结果包括了总体气动特性、压力分布。研究内容主要包括网格密度对收敛历程、气动力特性、压力分布和表面流线的影响，以及气动力特性随迎角的变化。研究表明，Ma=0.15，α=16.7°时，网格密度对收敛历程、典型站位压力分布和表面流态基本没有影响，气动力特性随网格密度单调变化；采用不同密度的网格，典型剖面的压力分布与试验结果吻合良好；与修正后的试验数据相比较，数值模拟得到的失速迎角前的气动力系数与试验结果吻合良好。

P_ω增强型k-ω湍流模型在三角翼旋涡流动的应用

张冬云, 李喜乐, 杨永, 张强

2016, 34(4): 461-467. doi: 10.7638/kqdlxxb-2015.0200

摘要(118) PDF(310)

摘要:
在三角翼旋涡绕流数值模拟中，标准Wilcox k-ω湍流模型生成项未考虑旋度的影响而导致预测的旋涡强度较弱。通过引入探测因子区分剪切层和涡核，在旋涡流动的高旋度区域增加ω方程生成项的方法，基于结构化网格上的RANS求解器，加入了P_ω增强型k-ω湍流模型，对绕尖前缘三角翼亚声速和跨声速旋涡流场进行了数值模拟。计算结果与NASA的NTF风洞和DLR的DNW-TWG风洞试验数据进行了对比分析，结果表明：不论在亚声速还是跨声速自由来流条件下，P_ω增强型k-ω湍流模型计算的压力分布、涡破裂位置均与试验数据吻合良好，准确地预测出了三角翼上翼面的主涡、二次涡结构，特别是跨声速条件下激波干扰导致的涡破裂的临界迎角及涡破裂位置，表明P_ω增强型k-ω湍流模型在绕三角翼旋涡流动数值模拟中具有良好的适用性。

侧风下的汽车风振噪声研究与控制

罗泽敏, 谷正气, 宗轶琦, 刘龙贵, 江财茂

2016, 34(4): 468-475. doi: 10.7638/kqdlxxb-2014.0088

摘要(187) PDF(559)

摘要:
采用大涡模拟的计算方法，对某轿车在侧风工况下的风振噪声特性进行了研究。首先，通过实车道路试验验证仿真方法的准确性；其次，采用上述计算方法分析不同侧风速度、角度对风振噪声的影响；最后，提出在B柱内壁上使用V型沟槽抑制风振噪声的方案。结果表明，数值仿真与试验结果比较吻合；在侧风速大于5m/s、侧风角度小于140°时的风振噪声比没有侧风高，根据侧风角度不同最高可达26dB，不适合开窗；所采用的控制方案降噪幅度可达7dB，效果明显。

某Bump进气道流动控制计算研究

赵振山, 马晓光, 杜羽

2016, 34(4): 476-481. doi: 10.7638/kqdlxxb-2014.0111

摘要(176) PDF(380)

摘要:
以某Bump（凸包）进气道为研究对象，采用CFD数值模拟技术对其内、外流场进行计算，重点研究超声速来流马赫数M_∞=1.60下进气道气动、流场特性；根据进气道内、外流场特点，分别设计机身棱线涡扰流片、进气道抽吸及射流流动控制装置，目的在于提高飞机M_∞=1.60来流、进/发匹配点条件下进气道总压恢复、降低出口流场畸变；采用CFD技术对各流动控制装置效能进行计算，基于计算结果，对各流动控制装置效能及典型装置流动控制机理进行了分析。研究表明，M_∞=1.60来流、负迎角下，扰流片作用不明显；采用进气道抽吸或射流控制措施，对提高进气道总压恢复有效。研究结果可为类似F-35那样的隐身战机Bump进气道流动控制或工程发展提供一定的技术参考。

内埋武器舱关键气动及声学问题研究

吴继飞, 罗新福, 徐来武, 范召林

2016, 34(4): 482-489. doi: 10.7638/kqdlxxb-2014.0101

摘要(121) PDF(404)

摘要:
以风洞试验为手段，在高速风洞中对内埋武器舱关键气动问题进行了深入研究。利用静态压力测量、脉动压力测量、网格测力等测试手段，获取了典型弹舱流场静压分布特性、气动声学特性以及武器分离特性。研究结果表明：舱内静压分布变化明显，可以此定义弹舱流场类型；开式弹舱流场气动声学环境恶劣，总声压级强度可达170dB以上，且频谱曲线上存在多个明显的能量尖峰；武器从舱内分离过程中可能产生较大的抬头力矩，影响机/弹安全分离；在弹舱前缘施以流动控制能降低舱内静压梯度、抑制气动噪声，且有利于改善武器分离特性。

子母弹不同舱段分离流场特性及运动特性研究

王金龙, 王浩, 陶如意, 江坤, 王政伟

2016, 34(4): 490-496. doi: 10.7638/kqdlxxb-2014.0127

摘要(143) PDF(362)

摘要:
为研究子弹药在不同装配舱段下抛撒分离过程的干扰气动特性，以2层弹舱轴向排布子母弹系统为模型，基于有限体积法，结合非结构动网格技术，通过耦合求解任意拉格朗日欧拉（ALE）描述下的三维非定常可压缩N-S流体控制方程及六自由度刚体运动方程，对时序抛撒方式下子弹在不同舱段分离的三维非定常流场进行了数值模拟。得到了不同舱段下子母弹分离流场的干扰特性及子弹药气动参数变化曲线，分析了子弹分离过程的运动特性，揭示了子弹与母弹激波在不同分离阶段的相互作用过程。为进一步研究子母弹分离干扰流场机理提供了依据。

一种新的计算非稳态流动的自适应无网格方法

王亮, 许厚谦, 吴伟, 薛锐

2016, 34(4): 497-502. doi: 10.7638/kqdlxxb-2015.0185

摘要(147) PDF(292)

摘要:
基于带权点填充布点方法，结合指定流场参数梯度的分布，提出了一种新的无网格自适应方法计算非稳态问题。该方法的自适应探测器E由节点的权重和参数梯度组成。使用自适应探测器识别出加密或者粗化的区域，形成加密空腔和粗化空腔，然后重新填充布点。新节点的权重由自适应探测器E结合该处的梯度大小通过预测-校正迭代算法计算得到。另外，由于参数梯度在激波附近波动范围比较大，所以新节点的权重存在最大值和最小值。首先对预先设置压强梯度的流场区域进行自适应布点，并与传统自适应布点结果进行对比，点云分布图显示所提自适应方法重新生成的点云结构疏密分布更加合理。进一步，将此自适应方法应用于Riemann问题和激波碰撞圆柱问题，计算结果表明该方法可以在节点数目较低的情况下显著提高运动激波的分辨率。在激波碰撞圆柱问题中，比较了使用自适应算法和非自适应算法得到相当的结果所使用时间，前者是后者的20.6%，因此该自适应算法在计算效率方面也具有较大的优势。

基于三维数字图像相关法(DICM)的输电导线风致动态位移测试及分析

王述良, 梁枢果, 邹良浩, 杨威, 吴鹏

2016, 34(4): 503-510. doi: 10.7638/kqdlxxb-2014.0138

摘要(147) PDF(272)

摘要:
基于三维DICM的非接触位移测试技术对导线气弹模型沿跨位移时程进行了测试，并对其进行统计与频谱分析，得到了导线风致位移的变化规律与概率分布特性。分析结果表明：导线在风荷载作用下，水平向振动表现为以一阶面外振型为主导、面内亦有一定贡献的振动形式，且随着风速的增加，面内振型的贡献也相应提高，从而使得导线在高风速下的面内振型的贡献不可忽略；对于竖向振动而言，其主导振型为面外一阶以及面内对称一、二阶；总体而言，在考虑导线风致响应时，选择包含面外一阶、面内一、二阶对称振型在内的三阶振型能够较为精确地反映其风致振动的主要能量组成；随着风速的增加，输电线面内、外非线性耦合程度增强，其风致响应不再满足高斯分布，位移响应峰因子应作相应调整。

火花放电合成射流与超声速来流相互干扰特性数值模拟研究

周岩, 刘冰, 罗振兵, 王林, 夏智勋

2016, 34(4): 511-516. doi: 10.7638/kqdlxxb-2014.0142

摘要(128) PDF(331)

摘要:
为了指导火花放电式合成射流激励器在超声速流动控制中的应用，数值模拟研究了火花放电合成射流与超声速来流的相互干扰特性。研究表明火花放电式合成射流在超声速流场中产生强烈扰动，产生较强的激波结构；随着射流的喷出，激励器上游分离区和流场中激波呈先增强后减弱的趋势，激波由弓形激波逐渐弱化为斜激波，并且随着放电能量的增加射流与主流的动量通量比不断增大，射流的干扰和控制能力显著增强。由于超声速流的较大惯性及其对腔内气体的引射作用，激励器的腔体回填速率大幅下降、回填时间明显增长，使得激励器的工作频率受到很大限制。

横肋粗糙元地表的风场阻力特征研究

李冰, 江岸, 武建军

2016, 34(4): 517-523. doi: 10.7638/kqdlxxb-2015.0025

摘要(147) PDF(325)

摘要:
使用雷诺应力模型（RSM）模拟横肋粗糙元地表的风场，将粗糙元横截面的高宽比h/b、粗糙元间距宽度比w/b以及间距高度比w/h作为粗糙表面的特征参数，利用数值方法定量研究了粗糙表面阻力随粗糙元密度的变化规律以及粗糙元横截面尺寸改变对阻力的影响。研究结果表明：粗糙元横截面尺寸改变不影响粗糙表面阻力随粗糙元分布密度的变化规律，粗糙元的间距高度比w/h是横肋粗糙表面的关键特征参数，且粗糙表面的平均总阻力在w/h=7时取得最大值。

垂直轴风力机桨叶气膜加热的数值研究

于静梅, 陈诚, 孟凡丹, 张兴, 黄远远

2016, 34(4): 524-529. doi: 10.7638/kqdlxxb-2015.0001

摘要(114) PDF(266)

摘要:
为观察风力机叶片在前缘开孔和不开孔两种情况下旋转叶片表面成膜情况，基于双向多流管理论模型，采用MATLAB软件编写程序及Fluent进行数值模拟，将程序计算结果与数值模拟结果进行比对，基于数值模拟分析两种模型在不同孔射流速度下的气动特性及流场情况。结果表明，数值模拟能够很好地反映流场特性，在来流风速及转速一定的条件下，孔射流速度过大会极大地削弱旋转叶片的气动性能，过小又不能形成很好的气膜保护。研究结果对H型垂直轴风力机防除冰叶片的设计具有一定的参考意义。

计算风工程中k-ε模型的边界条件研究

郭威, 张悦

2016, 34(4): 530-535. doi: 10.7638/kqdlxxb-2014.0075

摘要(138) PDF(297)

摘要:
从k-ε湍流模型控制方程入手，对两类满足平衡大气边界层理论要求的入口边界条件进行了详细分析，比较了二者的理论差异。然后以我国公路桥梁抗风规范中建议的A类风场为来流条件，定义了相应的k-ε模型常数与壁面条件，使用两类边界条件进行数值模拟。计算结果表明：两类边界条件结合相应的模型常数与壁面条件，均能在数值模拟中构建基本满足规范要求的平衡大气边界层，但各有其适用范围。在此基础上，对模型常数C₁和湍动能耗散率与数值模拟结果之间的关系进行了研究，采用修改模型常数与边界条件的方法，改善了数值模拟结果。

曲面形栅格翼气动特性研究

李永红, 黄勇, 陈建中, 苏继川

2016, 34(4): 536-540. doi: 10.7638/kqdlxxb-2014.0084

摘要(163) PDF(279)

摘要:
与常规栅格翼布局相比，曲面形栅格翼布局减小了栅格翼翼元的等固壁通道的长度，从而有效降低了翼元内气流的壅塞，另外，这种栅格翼布局结构简单，易于折叠，减小了飞行器的轮廓尺寸，具有很好的工程应用前景。本文通过数值模拟方法，在亚、跨、超声速条件下，研究了曲面形栅格翼布局的减阻效果和减阻机理，对比了曲面形栅格翼和常规后掠形栅格翼布局的减阻效果，并对不同迎风方式的曲面形栅格翼气动特性进行了分析。

海上湿气对翼型气动特性的影响初探

刘燕, 岳巍澎

2016, 34(4): 541-547. doi: 10.7638/kqdlxxb-2015.0205

摘要(147) PDF(345)

摘要:
研究高湿度空气对风力机翼型气动性能影响对海上风力机翼型优化、提高发电效率具有重要意义。首先采用组分输运模型数值计算湿空气条件下翼型升阻力特性，其次在组分输运模型基础上，考虑湿空气中水蒸气的凝结，建立用户自定义函数定义凝结体积源项，求解输运方程。对湿空气流过翼型表面气动性能的初步研究发现：升阻力系数随湿度变化而改变，不考虑凝结时，升阻力系数随湿度增大而减小，当发生凝结时，升力系数增加。翼型表面前缘点附近凝结流量最大，翼型表面凝结流量随湿度增大而增大，温度越高，凝结流量越大。

留言板

2016年第34卷第4期

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