低速風洞流場數值模擬與優(yōu)化設計.pdf

1、風洞循環(huán)水槽是上海交通大學船舶海洋工程國家實驗室的重要實驗設備之一,能形成風、浪及分層流環(huán)境,可以觀察測量船舶與海洋工程結構物流體動力性能。裝置主要分為低速風洞和循環(huán)水槽兩部分,風洞具有大小兩個試驗段。由于該實驗設施具有極大的獨特性,因此在設計上存在諸多難點。針對風洞設計過程中遇到的各種問題,本文采用CFD方法進行了一系列探索。
　　現階段風洞的氣動設計主要依靠經驗公式。隨著CFD技術的快速發(fā)展,該方法已開始用于風洞試驗結果對比及

2、流動機理解釋等方面,計算風工程(數值風洞)的研究與應用也取得了很大的進展,但將CFD運用于風洞氣動設計的案例還非常少,且僅限于局部輔助設計。盡管現階段風洞設計無法完全依靠CFD數值模擬,但是完全計入各項因素的影響,對風洞內流場進行準確地數值模擬具有非常重要的意義。
　　本文在國內外學者的研究基礎上進行了進一步探索,充分考慮各種因素對上海交通大學多功能低速風洞進行了整體數值模擬。建模計算首次全面包含了風洞內部影響流場指標的各要素,如

3、蜂窩器、阻尼網,實體風扇等,因而更加精細地再現了風洞的內部流場。數值模擬預報了各部段的壓力損失、流量和風扇功率。數值計算和經驗設計法的結果基本一致,計算結果再現了風洞內部的局部流動分離現象。此外本文對地基沉降差造成的風洞同軸度下降引起的流場品質變化進行了定量分析。
　　本文在體積力法代替風扇進行風洞整體數值模擬方面進行了一定的探索,研究表明在合理確定各參數以后,體積力方法能夠代替風扇進行整體數值研究。采用體積力方法以后能夠極大地減

4、少風扇段建模的復雜度。另外,體積力法在確定風洞整體損失系數方面有著獨特的優(yōu)勢,能夠為風洞設計者提供更準確的設計信息。
　　風洞試驗段流場品質是風洞設計的一個關鍵指標。而根據風洞的設計特點,如何保證大試驗段的流場品質成為關鍵問題之一。為了使大試驗段的氣流盡量均勻,本文采用簡約策略后,運用優(yōu)化軟件iSIGHT集成GAMBIT和FLUENT兩個CFD計算有關的軟件,進行優(yōu)化策略組合,對隔板數量、穩(wěn)定段尺寸、導流片尺寸等設計參數進行了優(yōu)化