类车体尾迹流动非定常特性
水翼非定常空化流动中湍流模型研究
水翼非定常空化流动中湍流模型研究李雨濛; 陈晖; 项乐; 张亚太【期刊名称】《《火箭推进》》【年(卷),期】2019(045)006【总页数】9页(P29-37)【关键词】水翼; 空化流动; 非定常; 湍流模型; MFBM【作者】李雨濛; 陈晖; 项乐; 张亚太【作者单位】西安航天动力研究所液体火箭发动机重点实验室陕西西安710100【正文语种】中文【中图分类】V431; TV131.320 引言近年来航天不断发展，液体火箭发动机作为重要的动力来源也不断更新换代。
新一代液体火箭发动机以液氢液氧或液氧煤油作为推进剂，比冲高，推力大，工作时间长，在大型运载火箭上得到广泛应用。
涡轮泵作为液体火箭发动机的核心部件，在高转速的环境下工作易导致涡轮泵内出现空化，影响液体火箭发动机的可靠性[1-5]。
空化作为水力机械中经常出现的一种现象，会造成水力机械性能明显降低[6]，材料表面破坏，引起振动和噪声等[7-8]。
空化对动态响应特性的改变会使流动内部出现不稳定性，多个国家在研究液体火箭发动机涡轮泵时都碰到过空化不稳定带来的问题乃至事故。
例如，在日本H-2火箭的第8次发射中，空化不稳定诱发的脉动频率与泵前导流叶片固有频率相近，引起共振导致叶片疲劳断裂，转子失衡及摩擦，并最终导致发动机停机发射失败。
为了减小空化不稳定带来的危害，各国学者做了多方面研究[9]。
由于水力机械几何过于复杂，便从较为简单的水翼非定常空化入手。
时素果等[10]研究了热力学效应对空化水动力脉动特性的影响，得到了水翼升力在非定常空化阶段的特征频率。
Wang等[11]研究了附着空化流动，对空化初生进行了探究。
Leroux等[12]对水翼的云状空化进行研究，发现翼型表面不同位置压强随时间变化不同，得到云状空化两种不同的动态特性。
尹必行等[13]采用试验研究与数值模拟相结合的方法研究绕水翼ys930的非定常空化流场结构，得到片状空化和云状空泡两个不同的阶段。
【国家自然科学基金】_sst k-ω模型_期刊发文热词逐年推荐_20140801
科研热词 推荐指数 数值模拟 12 湍流模型 5 离心泵 3 sst k-ω 湍流模型 3 耦合传热 2 气动特性 2 数值计算 2 高超声速 1 高层建筑 1 风致连续破坏 1 风压系数 1 风力机翼型 1 风力机 1 非设计工况 1 雷诺平均纳维-斯托克斯方法 1 迷宫密封 1 软性磨粒流加工 1 软性磨粒流 1 计算流体动力学 1 蜗壳 1 蜂窝密封 1 耦合 1 缝槽气膜冷却 1 矩形断面 1 矢量效率 1 球型屋盖 1 滑移网格 1 源项 1 湍流边界层 1 湍流脉动 1 混流泵 1 混合大涡/雷诺平均n-s方程模拟方法 1 混合函数 1 涡脱 1 流动分离 1 流动 1 流体碰撞 1 泵工况 1 泄漏流动 1 水泵水轮机 1 水动力试验 1 水动力性能 1 水力机械 1 水力效率 1 水力性能 1 气动热 1 正交设计 1 模型 1 机组效率 1 机械制造工艺与设备 1 敞水性能 1 改进gurney襟翼 1
推荐指数 6 3 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
科研热词 数值模拟 湍流模型 风环境 非定常尾迹 离心泵 流场 cfd 颤振 非定常特性 非定常流动 阻力系数 阻力 转捩流动 超空泡 超空化 计算流体动力学 蜗壳 船舶操纵 翼身组合体 粘性流 热应力 激波/湍流边界层干扰 源/汇项 湍流模式 温度 混合les/rans方法 流动计算 气热耦合 气冷涡轮 植被绕流 标准k-ε 模型 来流速度 方形土楼 断面型式 攻角 性能预测 微尺度通道 大跨度桥梁 多孔介质 升力系数 动静叶干涉 剪切应力输运k-ω 模型 云状空化 sst k-ω 模型 sst navier-stokes方程 k-ω sst湍流模型 des湍流模型 ausm+-up格式
2级涡轮内部流动定常与非定常计算差异研究
2级涡轮内部流动定常与非定常计算差异研究杨杰;周颖;潘尚能;卢聪明【摘要】为获取进而认识涡轮内部流动状态,以某2级约化形式的动力涡轮为研究对象,分别对其进行定常和非定常数值计算和分析.研究表明:定常计算与非定常计算对涡轮内部流动的模拟结果,如叶片表面的压力分布、叶排进出口的气流角、叶片通道中的二次流流向涡、展向涡、叶片通道中的损失等,均存在差异;流动的非定常性越强,定常与非定常计算结果的差异越大,且该差异大小对于静叶与动叶呈相反的展向分布规律.【期刊名称】《航空发动机》【年(卷),期】2016(042)003【总页数】7页(P21-27)【关键词】涡轮;内部流动;定常;非定常;数值模拟;涡;航空发动机【作者】杨杰;周颖;潘尚能;卢聪明【作者单位】中航工业航空动力机械研究所,湖南株洲412002;中航工业航空动力机械研究所,湖南株洲412002;中航工业航空动力机械研究所,湖南株洲412002;中航工业航空动力机械研究所,湖南株洲412002【正文语种】中文【中图分类】V231.3引用格式：杨杰，周颖，潘尚能，等.2级涡轮内部流动定常与非定常计算差异研究[J].航空发动机，2016,42（3）：21-27.YANG Jie,ZHOU Ying,PANShangneng,et al.Study of differences between steady and unsteady computation for two-stage turbines internalflow[J].Aeroengine,2016,42(3):21-27.对涡轮内部流动的数值模拟是获取进而认识涡轮内部流动状态的重要手段，有定常计算和非定常计算2种方法。
定常计算方法所需的计算机硬件资源少、花费的机时少，能快速获取模拟结果。
涡轮内部的流动本质上是非定常的，定常的数值计算必然会丢失相关的非定常信息，无法获取非定常流动特征。
掌握定常计算结果与非定常计算结果之间的差异是衡量选用何种计算方式的重要依据，更是工程计算中用定常计算代替非定常计算的必要前提。
类车体尾迹区雷诺应力实验分析
同 济 大 学 学 报（ 然 科 学 版） 自
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１ 学地面交通工具风洞中
心空气 动力 学风 洞 １： ５缩 比模 型 ， 图 １所示 ． １ 如 由 风道 、 风机 、 拐角 叶 片 、 阻尼 网、 升降地 板构成 ．
ｓ ｃ ｕ ，ｈ ｅ ｔ ｒ ｆ ｔ ｌｗ ｔｕ ｔ ｒ ｓ ｓ ｏ ｄ ｗｉ ｅ ｒ ｐ ｔ ｍｓ ｔ ｅ ｆａ ｕ ｅ ｏ ｈ ｆ ｅ ｏ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｉ ｈ ｗｅ ｔ ｈ ｄ ａ ｏ ｔ ｘ ｐ ｉ ｎ ｒ ｕ ｄ ｅ ｆ ｃ ｘ ｅ ｄ ｎ ａ ｉ ｌ ． ｅ ｒ ｇ ｖ ｒｅ ａ ｒａ ｄ ｇ ｏ ｎ ｆｅ ｔｅ ｔ ｎ ｉ ｇ ｔ ｆ ｒ ｆ ｄ Ｔｈ ｏ ｅ ｄ ｓ ｒｂ ｔ ｎ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉ ｆｔ ｔｅ ｓｃ ｍｐ ｎ ｎ ｖ ｒｅ ｔ ｉｔ ｉｕ ｉ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔ ｏ ｈ ｓ ｓ ｏ ｏ ｅ ￣ ａ ｉ ｓｗｉ ｏ ｃ ｅ ｒ ｈ ｔ ｉｔ ｎ ｅ ｆｏ ｍｏ ｅ ｏ ｙ ｅ ｈ ｄ ｓ ｃ ｒ ｍ ｄ ｌ ｄ ． ａ ｂ Ｋｅ ｒ ｓ ｈ ｄ ｂ ｄ ｙ ｗｏ ｄ ：ａ ｍｅ ｏ ｙ；Ｒｅ ｎ ｌｓ ｓ ｒ ｓ ；ｗｉ ｄ ｔ ｎ ｅ ｅ ｔ ｙ ｏ ｄ ｔｅ ｓ ｎ ｕ ｎ ｌｔ ｓ
高超声速空气动力学
高超声速空气动力学对于高超声速尾迹稳定性的研究非常少，早期的研究主要是以实验为主，1964年，Lyons等[83]对高超声速圆锥和圆球绕流的阻力、稳定性和尾迹特征进行了实验研究，其得出了圆锥尾迹从层流到湍流的转捩雷诺数，利用阴影技术得到层流和湍流情况下的圆锥尾迹。
1972年，Finson[84]利用阴影法对高超声速高雷诺数尾迹进行了实验研究，得到了圆锥层流和湍流边界层的尾迹阴影图。
2002年，Maslov[85]等利用电子束方法对高超声速钝锥和尖锥绕流的流动稳定性进行了实验研究，对在自然扰动和人工有限振幅扰动情形下的圆锥稳定性进行了实验研究。
2004年，Nishio[86]等利用放电方法对高超声速太空舱的尾迹稳定时间进行了实验研究，得出了其尾迹结构及其稳定时间。
2006年，Danehy和Wilkes[87]等在马赫数10风洞中利用平面激光诱发荧光法（PLIF）对X-33机身尾迹流场、开洞平板绕流、70度钝锥带圆柱尾部模型的尾迹、Apollo太空舱尾迹4个模型进行了实验研究，显示了各种模型尾迹结构图像。
步入21世纪后，研究人员开始逐步采用数值计算的方法来研究底部流动及尾迹结构。
由于底部流动及尾迹结构十分复杂，国外的研究人员大都采用DNS方法、RANS/LES方法以及DES方法，以此获得底部流动及尾迹的湍流结构，但对其演化机理研究甚少。
2005年，Sandberg[88]等利用DNS方法对超声速圆柱底部流动的转捩现象进行了研究，其获得了底部流动演化过程中的多种结构。
2006年，Sivasubramanian[89]等利用RANS/LES方法及DES方法对超声速轴对称导弹外形的底部流动进行了研究，获得了底部流场的湍流结构，并采用船形后体实现了底部流动湍流结构的被动控制。
2007年，Sinha[90]采用DES方法对高超声速再入式飞行器的底部流场进行了研究，获得了底部流动的非定常现象，分析了底部流动的雷诺数效应。
纳米尺度圆柱绕流尾迹区流动形式模拟研究
纳米尺度圆柱绕流尾迹区流动形式模拟研究李印实;何雅玲;孙杰;陶文铨【期刊名称】《力学学报》【年(卷),期】2008(40)3【摘要】采用非平衡分子动力学模拟方法,对微尺度低Re数下的圆柱绕流问题进行了研究,模拟结果表明:当Re＜12时,圆柱下游形成对称、无分离的定常流;当Re ＞20时,圆柱下游形成周期性交替出现的对称涡;当12＜Re＜20时,圆柱下游开始存涡形成,但并不是稳定的涡对,而是处于上述两个区域的过渡阶段.上述前两区域的流动特性与宏观尺度下的特性相同,但得到的Re数范围不同.当来流速度超过当地音速后,没有涡的产生,而是在下游紧靠近壁面的区域内形成了空穴,且下游伴随有物理量的突变.上述微观尺度与宏观尺度的不同流动特性,表现出了流动状态的变化具有明显的尺度特征.【总页数】8页(P323-330)【作者】李印实;何雅玲;孙杰;陶文铨【作者单位】西安交通大学能源与动力工程学院,动力工程多相流国家重点实验室,西安,710049;西安交通大学能源与动力工程学院,动力工程多相流国家重点实验室,西安,710049;西安交通大学能源与动力工程学院,动力工程多相流国家重点实验室,西安,710049;西安交通大学能源与动力工程学院,动力工程多相流国家重点实验室,西安,710049【正文语种】中文【中图分类】O357【相关文献】1.纳米尺度并列双圆柱绕流的分子动力学模拟研究 [J], 李印实;何雅玲;孙杰;陶文铨2.椭圆柱绕流尾迹的PIV测量及DMD分析 [J], 王智慧; 翟红岩; 李庆领; 张文涛; 李忠敏3.合成双射流控制水下圆柱绕流流动分离数值模拟研究 [J], 李潮隆; 夏智勋; 罗振兵; 邓雄; 杨升科; 王林4.介质阻挡放电等离子体对圆柱绕流尾迹区流场影响实验研究 [J], 李钢;李轶明;聂超群;李汉明;张翼;徐月亭;朱俊强5.纳米尺度圆柱绕流现象的分子动力学模拟研究 [J], 李印实;何雅玲;孙杰;陶文铨因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
横风下高速列车的非定常气动特性及安全性_张亮
2
(3)
式中， y 表示第一层网格到物面的最小距离。 在 DES 方法中， lk -ω 由 min(lk -ω , CDES Δ) 代替， 其中 Δ = max(Δx, Δy , Δz ) 为网格单元的最长边长， 常 k -ε k -ω 数 CDES = (1 − F1 )CDES + F1CDES ， 其 中 常 数 项
k -ε k -ω CDES = 0.61 ， CDES = 0.78 。这样，在靠近物面边界
层上， ω 值相当大，且湍动能 k 值有限， lk -ω 远小 于网格单元尺度，SST 湍流模型起作用，采用的是 雷诺时均方法； 在远离物面时，ω 值很小， 当 lk -ω 增 大到大于 CDES Δ 时，改变后的模型充当大涡模拟的 亚格子雷诺应力模型。 1.2 数值模型 高速列车是一个复杂的细长结构，如果对整列 车进行数值模拟，计算量大，计算时间很长，且对 计算机的硬件要求很高。由于列车中部截面形状不 [4, 16] 变，气动力的变化在列车中部趋于稳定 ，所以 本文以国内某 CRH 高速列车为原型，采用头车-中 间车-尾车三节车编组的列车模型， 其中头车和尾车
区域，采用大涡模拟模拟脱体涡运动。基于 Menter k-ω SST 的 DES 方程为
∂( ρ ∂t ∂x j ∂ ∂x j μt ∂k ρ k 1.5 μl + − σ ∂ x k j lk -ω (1)
Unsteady Aerodynamic Characteristics and Safety of High-speed Trains under Crosswinds
尾迹诱导下低压涡轮非定常转捩的数值模拟
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄｅ ｒ ｔ ｏ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｔ ｈｅ ｗａ ｋｅ — ｉ ｎ ｄｕ ｃ ｅ ｄ ｂｏ ｕｎｄ ａ ｒ ｙ — ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｔ ｒ ａ ｎｓ ｉ ｔ ｉ ｏｎ ｉ ｎ ｌ ｏｗ— ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕｒ ｅ ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｎｅ ，ｔ ｈ ｅ ｕ ｎ— ｓ ｔ ｅ ａ ｄｙ Ｒｅ ｙ ｎｏ ｌ ｄｓ — ａ ｖｅ ｒ ａ ｇｅ ｄ Ｎａ ｖ ｉ ｅ ｒ — Ｓ ｔ ｏｋ ｅ ｓ（ ＲＡＮ Ｓ）ｍ ｅ ｔ ｈｏ ｄ ｉ ｓ ａ ｄ ｏ ｐｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈｅ ｕｎ ｓ ｔ ｅ ａ ｄ ｙ ｂ ｏｕ ｎｄ ａ ｒ ｙ —
第 ４ ５卷 第 ５ 期
２ ０ １ ３年 １ Ｏ月
南
京
航
空
航
天
大
学
学 报
Ｖ ０１ ． ４５ Ｎ ｏ． ５ ０ｃ ｔ ．２ ０１ ３
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｎａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ａｅ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｓ＆ Ａ ｓ ｔ ｒ ｏｎａＵｔ ｌ ＣＳ
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Ｓ ｐ ａ ｌ ａ ｒ ｔ ＆ Ａｌ ｌ ｍａ ｒ ａ ｓ湍 流 模 型 、 隐 式 牛 顿 迭 代 时 间推 进 的 非 定 常 雷诺 平 均计 算 方 法 ， 对 上 游 圆柱 周 期 性 尾 迹 作 用 下 Ｔ１ ｏ ６ Ａ 低 压 涡 轮 边 界 层 非定 常 转捩 的 流 动 进 行 了数 值 模 拟 。 定 常 来 流 下 ， 计 算 准 确 捕 捉 了分 离诱 导 转 捩 以 及 雷诺 数 和 负荷 的 影 响 ， 尾 迹 作 用下 的非 定 常 计 算 则 准 确 模 拟 了尾 迹 在 叶栅 通 道 内的 输 运 过 程 、 尾 迹 的 负 射 流
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关键词：Ahmed类车体;大涡模拟;非定常特性
中图分类号：0355； U461.1
文献标志码：A
Transient Feature of Flow Field in Wake of Ahmed Body
WANG Bingxin1, YANG Zhigang1'2, ZHU Hui1
(1. Shanghai Automotive Wind Tunnel Center, Tongji University, Shanghai 210804, China； 2. Beijing Aeronautical Science & Technology Research Institute, Beijing 102211,China)
Key words: Ahmed body； large eddy simulation； transient feature
作为汽车气动减阻方法之一的流动主动控制法 包括定常控制技术与非定常控制技术 ，其中后者较 前者更具优势.Brunn等在35°后倾角Ahmed类 车体背部斜面上侧分离线处采用非定常控制技术 ， 实现减阻率2. 5%； Krentel等闪在25°后倾角 Ahmed类车体背部斜面下侧分离线处采用非定常 控制技术，实现减阻率5.7%；Pastoor等⑷采用非定 常控制技术实现了上下剪切层同步，减阻率达15%. 非定常主动控制技术运用的成功与否依赖于对车体 绕流场的流动结构及其非定常运动特性的研究⑷.
类车体尾迹流动非定常特性
王冰心1,杨志刚1«,朱晖1
(1.同济大学上海地面交通工具风洞中心，上海201804；2.北京民用飞机技术研究中心，北京102211)
摘要：通过与已发表的数据相比对，对大涡模拟方法的有效 性进行验证.采用该数值方法对高雷诺数下25°后倾角 Ahmed类车体背部斜面及尾部垂直面处尾迹区的流动进行 解算.通过对背部斜面处分离泡、背部斜面侧边“C柱”处卷 起的拖曳涡对及尾部垂直面处回流区流场信息的采用及相 关频谱特性分析,研究并明确了尾迹区起主导作用的大尺度 相干结构及运动的非定常特性.在流动的不同区域，类车体 尾迹区流动的非定常特性不尽相同，主要体现为背部斜面分 离泡的拍击振动具有绝对不稳定性特征，由KelvinHelmholtz(KH)不稳定性诱发的大尺度相干结构具有对流 不稳定性特征;两侧“C柱”拖曳涡对在背部斜面上与展向涡 相互耦合,具有较好的对称性;拖曳涡对在垂直面处回流区 内与该区展向涡相互混掺，但无耦合作用且不具有对称性； 垂直面处回流区内上、下侧剪切层卷起的展向涡以类似卡门 涡街形式交替产生并脱落;高雷诺数时，整个尾迹区流动的 特征频率趋于一致.
surface, one pair of counter-rotating longitudinal C-pillar vortices originating from the two side edges of the rear window, and a recirculation torus behind the vertical base. In different regions of flow field, the transient features of the wake are different. The flapping motion of the recirculation bubble over the slanted surface corresponds to an absolute unsteadiness while the activity of the coherent structures is convective. The pair of C-pillar vortices coupled with the spanwise vortices over the slanted surface are symmetric. However, they only mix with the recirculation torus behind the vertical base resulting in asymmetric characteristic. The rolling up and shedding of the recirculation torus behind the vertical base are similar to Karman vortex street. At high Reynolds numbers, the characteristic frequency of different regions tends to be consistent.
Abstract: Compared with the published data, the validity of the large eddy simulation method is verified. The large eddy simulation method is applied to the study of the flow field around slanted surface and rear vertical base of the Ahmed body with a slant angle of 25°at high Reynolds number. This work aims to gain a relatively thorough understanding of the transient features of the predominant coherent structures around the Ahmed body by sampling flow field information and spectrum analyses of a recirculation bubble over the slanted
第47卷第1期 2019年1月
同济大学学报(自然科学版) JOURNAL OF TONGJI UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE)
Vol.47 (2019)01-0113-11
DOI： 10.11908/j. issn. 0253-374x. 2019.01.015