学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

跨声速风洞槽壁试验段流动特性初步研究

作　者: 汪伏波
导　师: 廖达雄
学　校: 中国空气动力研究与发展中心
专　业: 飞行器设计
关键词: 跨声速风洞槽壁试验段流场均匀性数值模拟
分类号: V211.74
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 42次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

许多航空航天器的气动设计模型都需要在跨声速风洞进行试验。跨声速风洞产生跨声速气流主要有四个问题:解决风洞的堵塞现象;产生均匀的低超音速流动;减少或消除亚音速洞壁干扰;减少或消除激波反射的影响。如何解决这四个问题是得到良好流场品质的关键。国内目前的跨声速生产性风洞基本上是采用开孔壁跨声速试验段。而美国的Langley 8Foot风洞和欧洲的ETW风洞等都是采用的开槽壁跨声速试验段,无论是流场均匀性、湍流度、雷诺数还是噪声指标,都是世界一流的。“十一五”以来,我国大飞机工程、先进战斗机、新型航天运载系统的研制工作已经启动,对空气动力试验设备提出了新的、更高的要求,而国内现有跨声速风洞试验能力的不足已成为制约我国先进飞行器研制和航空航天事业自主创新发展的瓶颈。因此,十分有必要对跨声速槽壁试验段进行研究,为下一代跨声速风洞的设计工作做技术储备。CFD技术的发展使得数值模拟成为各类流动研究的有效途径之一。为了准确描述流动的特征,需要解决数值模拟的方法问题。无论是计算网格数量、湍流模型、求解精度还是求解方法等,都需要事先和理论研究或试验研究进行对比,确定其可靠性,保证其模拟结果和物理问题的差异最小。在引言中,我们介绍了关于跨声速风洞槽壁试验段问题的研究背景,主要对槽壁流动的国内外研究现状进行了阐述,并对本文的研究方法进行了说明,最后介绍了本文的工作。在第二章中,我们首先回顾了计算流体力学三种主要离散格式的各自特点及相互之间的比较,对本文所选的差分格式进行了说明。通过对Fluent的介绍,让读者对本文的计算工具有了初步认识。同时对流场的控制方程组进行了描述,对流动机理的分析有了理论依据。然后对湍流的数值模拟做了介绍,说明湍流模型的选取对模拟结果是一个重要的影响因素,最后确定了求解器的选择。在第三章中,我们基于Autocad和SolidWorks等工具软件,建立了模拟对象的三维几何模型,特别是对两种不同槽型进行了详细的说明。然后利用Gridgen对几何模型进行了网格划分。最后对模拟的初始条件和边界条件进行了说明。在第四章中,我们对研究对象采用多少计算网格量和选取何种湍流模型进行了详细说明。通过对0.67百万、1.07百万和1.60百万三个不同量级的计算网格数所得到的流场结果进行对比分析,得出1.07百万的网格量能够得到合适的计算精度以及较少的计算花费。通过对Skw、Sstkw、SA和Ske四种湍流模型和已有的文献试验结果进行对比,确定Skw湍流模型适合本研究对象。在第五章中,我们对不同槽壁壁板对试验段流场的影响进行了研究。首先是对ETW和Langley 8Foot两种槽型在试验段马赫数为0.9和1.1两个工况下进行了对比研究,发现ETW槽型总体流场均匀性要优于8Foot槽型。然后对ETW槽型的不同开槽数目、不同开闭比、不同壁板角度和不同抽气量均进行了对比研究,分析了各个参数对流场均匀性的影响。最后对低超声速流场(M=1.6)时槽壁变实壁时产生的台阶对流场均匀性的影响也进行了初步研究。最后,在结束语中,我们对已有的工作作了回顾,指出存在的不足和今后的研究方向。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章引言  10-18
  1.1 背景  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-16
    1.2.1 开槽壁外形  11-12
    1.2.2 已有的试验  12-16
  1.3 研究方法  16-17
  1.4 本文所做工作  17-18
第二章数值计算方法  18-30
  2.1 计算流体力学的实现方法  18-20
    2.1.1 有限差分法  18
    2.1.2 有限元法  18-19
    2.1.3 有限体积法  19
    2.1.4 三种方法的分析比较  19
    2.1.5 差分格式  19
    2.1.6 Fluent 软件介绍  19-20
  2.2 流场基本控制方程组  20-25
  2.4 湍流的数值模拟  25-28
    2.4.1 湍流数值模拟方法  25-27
    2.4.2 湍流模型  27-28
  2.5 求解器的选择  28-30
第三章槽壁试验段三维模型的建立  30-35
  3.1 几何模型的建立  30-31
  3.2 网格生成  31-32
  3.3 初始条件  32
  3.4 边界条件  32-35
    3.4.1 压力进出口边界条件  32-33
    3.4.2 固壁边界条件  33-34
    3.4.3 对称边界条件  34-35
第四章槽壁试验段内流场计算分析  35-40
  4.1 不同网格量的对比  35-37
  4.2 不同湍流模型的对比  37-40
第五章不同壁板对试验段内流场的影响  40-57
  5.1 数据处理  40-41
  5.2 不同槽型的对比  41-45
  5.3 不同开槽数目的对比  45-47
  5.4 不同开闭比的对比  47-48
  5.5 不同壁板角的对比  48-51
  5.6 不同抽气量的对比  51-53
  5.7 槽壁型面台阶对低超声速流场的影响  53-57
结束语  57-59
致谢  59-60
参考文献  60-63
附录  63

跨声速风洞槽壁试验段流动特性初步研究

内容摘要

全文目录

相似论文