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计算流体力学(CFD)在建筑、造船以及飞行器设计领域作用日益增强,其实用化势在必行。本文利用现代数值方法分别对南通体育场馆、株州体育中心、古巴安提瓜和巴布达板球场以及带有附体XTW4地效翼飞行器进行研究,旨在加速CFD实用化发展的进程,推动CFD研究向更高、更广的方向发展。
本文首先以南通体育场馆为研究对象,在三种不同粗细网格上进行了粘性流场的数值模拟,获得屋盖升力系数和流场细节,并将计算结果同实验结果进行充分比较,结果符合较好,并获得该类型建筑模型流场计算所适合的大致网格数,可以为数值研究中网格数量的选取提供了可以借鉴的方法。
本文还针对具有复杂外形建筑物及其复杂运动飞行器进行模拟、它们分别为株州体育中心、古巴安提瓜和巴布达板球场、XTW4地效翼飞行器,以及具有复杂运动的直升机进行数值模拟,即将螺旋桨和机身作为整体进行分析。以上各种模型数值模拟是根据不同复杂外形几何特点及其连接方式,构造了特定网格拓扑结构,使用分块结构化网格对各种复杂外形进行数值模拟。模拟结果和试验数据以及涡方法的数值方法结果进行比较,结果表明可以解决了具有复杂外形三维建筑物和或复杂运动的飞行器气动力设计问题,具有较好的计算精度。
本文还应用动网格技术对具有典型流线型桥断面进行气弹性分析,得到升力系数以及力矩系数历程,然后用最小二乘法得到气动导数,计算气动导数与实验有较好的一致性,证明了该类型动网格技术可以进行桥梁振动气动设计,但目前仍还有很多动网格形式急需开发,为今后模拟流固耦合问题提供一个种重要方法。
了解雷诺数变化对建筑物外形气动力贡献,是建筑物CFD设计者最为关心的问题之一,本文在不同的雷诺数下对某建筑物进行流场数值计算,探索了实雷诺数下数值计算难题的解决方法。