低速風(fēng)洞流場(chǎng)數(shù)值模擬與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、風(fēng)洞循環(huán)水槽是上海交通大學(xué)船舶海洋工程國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的重要實(shí)驗(yàn)設(shè)備之一,能形成風(fēng)、浪及分層流環(huán)境,可以觀察測(cè)量船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物流體動(dòng)力性能。裝置主要分為低速風(fēng)洞和循環(huán)水槽兩部分,風(fēng)洞具有大小兩個(gè)試驗(yàn)段。由于該實(shí)驗(yàn)設(shè)施具有極大的獨(dú)特性,因此在設(shè)計(jì)上存在諸多難點(diǎn)。針對(duì)風(fēng)洞設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題,本文采用CFD方法進(jìn)行了一系列探索。
　　現(xiàn)階段風(fēng)洞的氣動(dòng)設(shè)計(jì)主要依靠經(jīng)驗(yàn)公式。隨著CFD技術(shù)的快速發(fā)展,該方法已開(kāi)始用于風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比及

2、流動(dòng)機(jī)理解釋等方面,計(jì)算風(fēng)工程(數(shù)值風(fēng)洞)的研究與應(yīng)用也取得了很大的進(jìn)展,但將CFD運(yùn)用于風(fēng)洞氣動(dòng)設(shè)計(jì)的案例還非常少,且僅限于局部輔助設(shè)計(jì)。盡管現(xiàn)階段風(fēng)洞設(shè)計(jì)無(wú)法完全依靠CFD數(shù)值模擬,但是完全計(jì)入各項(xiàng)因素的影響,對(duì)風(fēng)洞內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行準(zhǔn)確地?cái)?shù)值模擬具有非常重要的意義。
　　本文在國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究基礎(chǔ)上進(jìn)行了進(jìn)一步探索,充分考慮各種因素對(duì)上海交通大學(xué)多功能低速風(fēng)洞進(jìn)行了整體數(shù)值模擬。建模計(jì)算首次全面包含了風(fēng)洞內(nèi)部影響流場(chǎng)指標(biāo)的各要素,如

3、蜂窩器、阻尼網(wǎng),實(shí)體風(fēng)扇等,因而更加精細(xì)地再現(xiàn)了風(fēng)洞的內(nèi)部流場(chǎng)。數(shù)值模擬預(yù)報(bào)了各部段的壓力損失、流量和風(fēng)扇功率。數(shù)值計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的結(jié)果基本一致,計(jì)算結(jié)果再現(xiàn)了風(fēng)洞內(nèi)部的局部流動(dòng)分離現(xiàn)象。此外本文對(duì)地基沉降差造成的風(fēng)洞同軸度下降引起的流場(chǎng)品質(zhì)變化進(jìn)行了定量分析。
　　本文在體積力法代替風(fēng)扇進(jìn)行風(fēng)洞整體數(shù)值模擬方面進(jìn)行了一定的探索,研究表明在合理確定各參數(shù)以后,體積力方法能夠代替風(fēng)扇進(jìn)行整體數(shù)值研究。采用體積力方法以后能夠極大地減

4、少風(fēng)扇段建模的復(fù)雜度。另外,體積力法在確定風(fēng)洞整體損失系數(shù)方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),能夠?yàn)轱L(fēng)洞設(shè)計(jì)者提供更準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)信息。
　　風(fēng)洞試驗(yàn)段流場(chǎng)品質(zhì)是風(fēng)洞設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。而根據(jù)風(fēng)洞的設(shè)計(jì)特點(diǎn),如何保證大試驗(yàn)段的流場(chǎng)品質(zhì)成為關(guān)鍵問(wèn)題之一。為了使大試驗(yàn)段的氣流盡量均勻,本文采用簡(jiǎn)約策略后,運(yùn)用優(yōu)化軟件iSIGHT集成GAMBIT和FLUENT兩個(gè)CFD計(jì)算有關(guān)的軟件,進(jìn)行優(yōu)化策略組合,對(duì)隔板數(shù)量、穩(wěn)定段尺寸、導(dǎo)流片尺寸等設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化