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仿生胸鳍的三维尾涡结构与参数影响分析 被引量：4
1
作者 李宁宇 苏广胜 +3 位作者 赵云鹤 孙向东 张嗣祺 苏玉民 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2020年第1期66-76,共11页
为研究仿胸鳍推进的机理和流体动力特性及缩小机器鱼与生物原型之间的性能差距,利用浸入边界法数值模拟了做耦合旋转运动胸鳍的非定常绕流问题。详细探讨胸鳍非定常运动的三维尾涡结构演化和推进机理,并开展胸鳍推进性能与尾涡结构的参... 为研究仿胸鳍推进的机理和流体动力特性及缩小机器鱼与生物原型之间的性能差距,利用浸入边界法数值模拟了做耦合旋转运动胸鳍的非定常绕流问题。详细探讨胸鳍非定常运动的三维尾涡结构演化和推进机理,并开展胸鳍推进性能与尾涡结构的参数影响分析。结果表明:迎流面在背、腹侧边缘及鳍梢部显著涡旋结构的作用下所出现的低压力区,加之鳍表面和上游来流之间好的垂直度共同造成了在动力划水阶段的高推力;在恢复划水阶段的高升力与背侧边缘涡强度的持续增加,以及因鳍表面倾斜而引起的水动力被分解到竖直方向的比重提升有关;胸鳍尾流场被一个三维双环涡结构所支配;当前的模拟为仿胸鳍推进建立了一个最优的斯特劳哈尔数St范围(在0.55附近),在此之后平均推力仍随St的增大而增加,而推进效率则表现出一个缓慢降低的趋势;当前后拍动与纵倾运动之间的相位差为90度时,胸鳍同时取得最佳的推力和效率。 展开更多
关键词 胸鳍 尾涡结构 浸入边界法 推力系数 升力系数 水下机器人
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基于LBM-LES的三维串列多圆柱绕流尾涡结构研究 被引量：10
2
作者 刘闯 黄剑峰 邵晨 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期186-194,共9页
为了研究三维串联多圆柱绕流在不同圆柱间距比L/D(L为圆柱的间距,D为圆柱直径)情况下的尾涡结构,基于格子玻尔兹曼(LBM)方法,采用大涡模拟(LES)方法计算了高雷诺数下三维单圆柱及三维串联多圆柱在不同L/D情况下的尾涡流场。数值结果表明... 为了研究三维串联多圆柱绕流在不同圆柱间距比L/D(L为圆柱的间距,D为圆柱直径)情况下的尾涡结构,基于格子玻尔兹曼(LBM)方法,采用大涡模拟(LES)方法计算了高雷诺数下三维单圆柱及三维串联多圆柱在不同L/D情况下的尾涡流场。数值结果表明:LBM-LES方法可以较好地模拟出三维单圆柱以及串联多圆柱的尾涡结构;高雷诺数下单圆柱绕流尾迹变化具有不稳定性;串联多圆柱绕流存在临界间距比L/D=4,当圆柱间距比小于临界间距比时,圆柱间不会产生尾涡脱落;当圆柱间距比大于临界间距比时才会产生明显的涡脱落现象,且前方圆柱脱落的涡对后方圆柱有冲击作用,会对后方圆柱的升/阻力系数振动幅值有一定的影响;串联多圆柱绕流的上下游时均阻力系数曲线在临界间距比时会发生转折,呈逐渐增大趋势;当圆柱间距比小于临界间距比时,在下游圆柱前增加圆柱会对下游圆柱以及中游圆柱的时均阻力系数产生影响,而当圆柱间距比大于临界间距比时,在下游圆柱前增加圆柱对下游圆柱以及中游圆柱的时均阻力系数基本没有影响。 展开更多
关键词 格子玻尔兹曼方法 大涡模拟 圆柱绕流 尾涡结构 数值模拟
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底部结构对轿车侧风气动特性的影响分析 被引量：4
3
作者 袁志群 谷正气 +2 位作者 杨明智 彭倩 刘显贵 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2017年第1期28-34,共7页
应用计算流体动力学方法分别对带光滑底部和真实底部结构的某轿车进行侧风气动特性对比分析。结果表明:汽车底部结构对气动力影响显著,与光滑底部相比,实际底部结构使尾涡扩散区增大,车底流速减小,导致气动力增加;加装车底阻流板能改善... 应用计算流体动力学方法分别对带光滑底部和真实底部结构的某轿车进行侧风气动特性对比分析。结果表明:汽车底部结构对气动力影响显著,与光滑底部相比,实际底部结构使尾涡扩散区增大,车底流速减小,导致气动力增加;加装车底阻流板能改善侧风状态下汽车的底部、尾部和背风侧的流场结构,降低整车气动力,特别是气动升力。模型风洞试验验证了所采用数值分析方法的可靠性。本研究对指导汽车底部结构设计和侧风稳定性分析具有较好的参考价值。 展开更多
关键词 轿车 底部结构 侧风 气动特性 气动力 尾涡结构 车底阻流板
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平台运动影响下张力腿涡激振动特性研究（英文） 被引量：1
4
作者 谷家扬 杨建民 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2015年第6期677-689,共13页
张力腿涡激振动易引起系泊系统的疲劳损伤,危害张力腿平台的安全性和可靠性。该文借鉴细长立管涡激振动的相关研究,同时考虑张力腿与立管在截面尺度、预张力大小以及边界条件存在的巨大差距,采用切片理论结合CFD数值模拟方法,对平台运... 张力腿涡激振动易引起系泊系统的疲劳损伤,危害张力腿平台的安全性和可靠性。该文借鉴细长立管涡激振动的相关研究,同时考虑张力腿与立管在截面尺度、预张力大小以及边界条件存在的巨大差距,采用切片理论结合CFD数值模拟方法,对平台运动影响下张力腿涡激振动开展了研究。考虑定常张力与时变张力对涡激振动的影响,采用GAMBIT软件分区建立了多切片计算网格,将编制求解涡激振动的UDF程序嵌入Fluent软件中,采用动网格技术实现流场的更新并计算作用于张力腿上的瞬时升力和拖曳力。文中还比较了仅考虑流和考虑浪、流联合作用张力腿的时变张力影响,研究了两种典型波高共计六种工况,计算结果表明:随着流速的增加,各模态权重比例将发生跳转现象;尽管由于平台运动导致张力腿受力的随机性,但平台运动对张力腿涡激振动影响较小。 展开更多
关键词 张力腿 涡激振动 平台运动 尾涡结构
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小角度斜流下导管桨/螺旋桨尾流场数值分析 被引量：2
5
作者 张嶔 何聪 +2 位作者 许情 赵昌宇 郭子康 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期1102-1108,共7页
为了研究典型进速系数J=0.4下,小角度斜流(15°、30°)导管桨/螺旋桨尾流场特性,本文采用延迟分离涡模拟和滑移网格相结合的非定常尾涡演化数值模型对其进行模拟分析。数值研究表明:随着入流倾角的增加,螺旋桨相较于导管桨无外... 为了研究典型进速系数J=0.4下,小角度斜流(15°、30°)导管桨/螺旋桨尾流场特性,本文采用延迟分离涡模拟和滑移网格相结合的非定常尾涡演化数值模型对其进行模拟分析。数值研究表明:随着入流倾角的增加,螺旋桨相较于导管桨无外围导管的保护作用,其尾流场受倾角的影响作用较为明显,且其叶梢涡与桨毂涡的相互作用更加剧烈,流场涡结构也更为复杂。从对尾流场湍流动能的分析可以看出,导管桨的部分湍流动能因转化为导管的推力略低于螺旋桨。 展开更多
关键词 导管桨 螺旋桨 斜流 延迟分离涡模型 滑移网格 数值模型 流场特性 尾涡结构
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高Re数弹性支撑圆柱的涡激振动数值分析 被引量：3
6
作者 周军伟 闫文辉 +3 位作者 杨天福 梅蕾 郭彬 于东 《舰船科学技术》 北大核心 2022年第15期32-36,48,共6页
本文开展较高Re数下圆柱的涡激振动特性研究,以水为介质,基于Fine/Marine求解器,实现圆柱涡激振动现象的水动力及刚体运动的数值耦合求解,得到了4个质量比下的圆柱振幅趋势曲线。结果表明,选用的4个质量比对振幅变化趋势的影响较小。同... 本文开展较高Re数下圆柱的涡激振动特性研究,以水为介质,基于Fine/Marine求解器,实现圆柱涡激振动现象的水动力及刚体运动的数值耦合求解,得到了4个质量比下的圆柱振幅趋势曲线。结果表明,选用的4个质量比对振幅变化趋势的影响较小。同时,对所得曲线中的不同分支进行分析,并对比现有低Re数下的研究结果,表明振幅趋势曲线在较低折合速度下出现了一个新的分支,其尾涡结构表现为2P模式,称为“左分支”;在较高折合速度下,上分支得到延伸,但相比原上分支,尾涡结构发生了明显的变化。 展开更多
关键词 涡激振动 数值模拟 高Re数 振幅特性 尾涡结构
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颗粒沉降问题的高解析度CFD-DEM-IBM流固耦合数值模拟方法 被引量：5
7
作者 底瑛棠 赵兰浩 毛佳 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期286-294,共9页
为实现颗粒沉降问题的精确数值模拟,探索稠密颗粒两相流中流体与颗粒间的影响机制,基于浸入边界法(IBM),建立了高解析度CFD-DEM-IBM流固耦合数值模拟方法。分别通过流体动力学方法(CFD)及离散单元法(DEM)描述连续流体及非连续颗粒,引入... 为实现颗粒沉降问题的精确数值模拟,探索稠密颗粒两相流中流体与颗粒间的影响机制,基于浸入边界法(IBM),建立了高解析度CFD-DEM-IBM流固耦合数值模拟方法。分别通过流体动力学方法(CFD)及离散单元法(DEM)描述连续流体及非连续颗粒,引入浸入边界法处理颗粒移动边界,并在Navier-Stokes动量方程中附加体力项以体现流固相互作用,采用交错迭代算法在同一时间步内多次迭代求解直至收敛以实现流固间的强耦合。通过单、双、群颗粒的沉降行为模拟,结果表明:与传统CFD-DEM方法相比,该方法能够准确考虑颗粒间及流固两相间的相互作用,获得高解析度的流场信息。模拟结果与前人数值计算结果吻合,验证了该方法的准确性与有效性及其对稠密颗粒两相流问题的适用性与优越性。 展开更多
关键词 颗粒沉降 流固耦合 浸入边界 两相流 尾涡结构
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齿形襟翼及跨度对风机气动性能影响的数值研究 被引量：3
8
作者 郑楠 叶学民 +1 位作者 胡佳密 李春曦 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第12期1081-1089,共9页
基于大涡模拟对采用不同跨度齿形襟翼(TGF)的动叶可调轴流风机进行了数值研究,探讨了襟翼及其跨度对风机性能、气动噪声和静压分布的影响,分析了噪声与涡结构分布的内在联系。结果表明:齿形襟翼可显著提高风机全压,且全压增幅与襟翼跨... 基于大涡模拟对采用不同跨度齿形襟翼(TGF)的动叶可调轴流风机进行了数值研究,探讨了襟翼及其跨度对风机性能、气动噪声和静压分布的影响,分析了噪声与涡结构分布的内在联系。结果表明:齿形襟翼可显著提高风机全压,且全压增幅与襟翼跨度成正比,襟翼跨度为0.9时的全压提高1 409 Pa;采用齿形襟翼后的风机降噪量随襟翼跨度的减小而增大,襟翼跨度为0.7时的降噪量达18.33 dB;齿形襟翼削弱了叶片尾迹强度,改善了叶根泡状涡尺寸,在襟翼顶部形成一较长管状涡,减弱了尾涡与叶顶泄漏流的相互作用;襟翼跨度越小,改善成效、降噪效果越显著;襟翼跨度为0.9时的齿形襟翼在改善全压、拓宽高效区和降噪等方面的综合性能最优,且在变安装角工况下可有效提升风机全压、改善大流量侧效率。 展开更多
关键词 动叶可调轴流风机 齿形襟翼 襟翼跨度 气动性能 噪声 尾涡结构
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稳定分层流数值模拟方法及圆球绕流特征研究 被引量：5
9
作者 马卫状 丁勇 +2 位作者 李云波 牛明昌 蓝林欣 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2020年第10期1278-1287,共10页
本文通过分析温度、盐度和压力对海水密度的相对影响,利用标准海水状态方程,联合求解温度形式的能量方程,提出一种新的实现温度主导状态下的密度连续分层数值模拟方法。基于有限体积法(FVM),通过求解连续性方程和动量守恒方程,湍流状态... 本文通过分析温度、盐度和压力对海水密度的相对影响,利用标准海水状态方程,联合求解温度形式的能量方程,提出一种新的实现温度主导状态下的密度连续分层数值模拟方法。基于有限体积法(FVM),通过求解连续性方程和动量守恒方程,湍流状态时采用基于k-ω湍流模型的脱体涡模拟(DES)方法,对连续分层流中的圆球绕流进行数值模拟,重点分析尾流场的旋涡脱落流动特性及尾涡结构特点。定量分析了尾涡结构中无因次涡包络区长度、涡旋脱落斯特罗哈尔数(St)、无因次化后的Lee波波长和无因次分离流线高度等尾涡流场特征。本文数值结果和Lin的圆球实验结果在定性和定量上保持一致,从而验证了本文建立的数值方法的正确性和有效性,可以为进一步研究密度分层流中潜航体航行尾流场问题提供有效的计算流体力学方法。 展开更多
关键词 连续分层流 尾涡结构 海水状态方程 圆球绕流 脱体涡模拟
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细长椭球体在水中自由下落的运动特性实验研究 被引量：1
10
作者 詹军 张杰 +1 位作者 阳倦成 倪明玖 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第3期716-727,共12页
固体颗粒在液体中的运动现象在日常生活和工业应用领域广泛存在,其中因蕴含着丰富的流体力学现象而受到学者们的广泛关注.本文通过实验研究了细长椭球体在水中受浮力影响的下落特性.实验中采用带有两台相互垂直的高速摄像机和光源组成... 固体颗粒在液体中的运动现象在日常生活和工业应用领域广泛存在,其中因蕴含着丰富的流体力学现象而受到学者们的广泛关注.本文通过实验研究了细长椭球体在水中受浮力影响的下落特性.实验中采用带有两台相互垂直的高速摄像机和光源组成的运动跟踪平台并结合荧光染色技术对细长椭球体下落过程中的运动轨迹和尾涡结构进行研究.文中选用的细长椭球体与环境流体的密度比为1.2,其长短轴比范围为2~10,相应的阿基米德数范围为400~1400,对应实现的终态雷诺数范围为120~1350.实验过程中我们观察到细长椭球体在水中下落过程中产生的5种典型路径,分别为:小振幅不规则运动、小振幅高频振荡运动、大振幅低频振荡运动、高度非线性运动以及直线运动,并得到了对应的速度振荡以及倾斜角的演化规律.进一步地,分析了细长椭球体运动过程中受到的阻力系数与雷诺数之间的关系.随后采用荧光可视化技术清晰获得了颗粒下落过程中的尾涡结构特性,并结合颗粒的运动状态详细分析了涡脱落过程对颗粒运动状态转捩的影响.最后,通过对比前人关于圆柱体下落的运动特性的相关结果,获得了细长椭球体和细长圆柱体运动特性之间的异同点以及其潜在的物理机理. 展开更多
关键词 尾迹不稳定性 细长椭球体 运动追踪系统 尾涡结构
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