本文關(guān)鍵詞：低速風(fēng)洞流場數(shù)值模擬與優(yōu)化設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：風(fēng)洞循環(huán)水槽是上海交通大學(xué)船舶海洋工程國家實驗室的重要實驗設(shè)備之一，能形成風(fēng)、浪及分層流環(huán)境，可以觀察測量船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物流體動力性能。裝置主要分為低速風(fēng)洞和循環(huán)水槽兩部分，風(fēng)洞具有大小兩個試驗段。由于該實驗設(shè)施具有極大的獨特性，因此在設(shè)計上存在諸多難點。針對風(fēng)洞設(shè)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(xiàn)階段風(fēng)洞的氣動設(shè)計主要依靠經(jīng)驗公式。隨著CFD技術(shù)的快速發(fā)展，該方法已開始用于風(fēng)洞試驗結(jié)果對比及流動機理解釋等方面，計算風(fēng)工程（數(shù)值風(fēng)洞）的研究與應(yīng)用也取得了很大的進展，但將CFD運用于風(fēng)洞氣動設(shè)計的案例還非常少，且僅限于局部輔助設(shè)計。盡管現(xiàn)階段風(fēng)洞設(shè)計無法完全依靠CFD數(shù)值模擬，但是完全計入各項因素的影響，對風(fēng)洞內(nèi)流場進行準確地數(shù)值模擬具有非常重要的意義。 本文在國內(nèi)外學(xué)者的研究基礎(chǔ)上進行了進一步探索，充分考慮各種因素對上海交通大學(xué)多功能低速風(fēng)洞進行了整體數(shù)值模擬。建模計算首次全面包含了風(fēng)洞內(nèi)部影響流場指標的各要素，如蜂窩器、阻尼網(wǎng)，實體風(fēng)扇等，因而更加精細地再現(xiàn)了風(fēng)洞的內(nèi)部流場。數(shù)值模擬預(yù)報了各部段的壓力損失、流量和風(fēng)扇功率。數(shù)值計算和經(jīng)驗設(shè)計法的結(jié)果基本一致，計算結(jié)果再現(xiàn)了風(fēng)洞內(nèi)部的局部流動分離現(xiàn)象。此外本文對地基沉降差造成的風(fēng)洞同軸度下降引起的流場品質(zhì)變化進行了定量分析。 本文在體積力法代替風(fēng)扇進行風(fēng)洞整體數(shù)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(shù)以后，體積力方法能夠代替風(fēng)扇進行整體數(shù)值研究。采用體積力方法以后能夠極大地減少風(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)方面有著獨特的優(yōu)勢，能夠為風(fēng)洞設(shè)計者提供更準確的設(shè)計信息。 風(fēng)洞試驗段流場品質(zhì)是風(fēng)洞設(shè)計的一個關(guān)鍵指標。而根據(jù)風(fēng)洞的設(shè)計特點，如何保證大試驗段的流場品質(zhì)成為關(guān)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(guān)的軟件，進行優(yōu)化策略組合，對隔板數(shù)量、穩(wěn)定段尺寸、導(dǎo)流片尺寸等設(shè)計參數(shù)進行了優(yōu)化設(shè)計，得到最優(yōu)解并加以驗證。 本文的研究結(jié)果對于風(fēng)洞的設(shè)計具有參考意義。后續(xù)的研究結(jié)果還可以進一步提高模擬的精度，提高優(yōu)化設(shè)計的可靠性，使其具備更顯著的實用性。
【關(guān)鍵詞】：低速風(fēng)洞 數(shù)值模擬 流場品質(zhì) 優(yōu)化設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：U661.71
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1 研究背景9-16
• 1.1.1 風(fēng)洞的發(fā)展概況10-14
• 1.1.2 上海交通大學(xué)風(fēng)洞循環(huán)水槽14-16
• 1.2 計算流體力學(xué)的應(yīng)用16-17
• 1.3 本文主要工作17-19
• 第二章 CFD 基本理論19-30
• 2.1 流體力學(xué)控制方程19-21
• 2.1.1 質(zhì)量守恒方程19
• 2.1.2 動量守恒定律19-20
• 2.1.3 能量守恒方程20
• 2.1.4 控制方程通用形式20-21
• 2.2 湍流模式21-23
• 2.2.1 Reynolds 平均和 RANS 方程21-23
• 2.2.2 SST k-ω湍流模式23
• 2.3 湍流模式近壁處理23-25
• 2.4 數(shù)值計算方法25-29
• 2.4.1 網(wǎng)格生成26-28
• 2.4.2 控制方程離散格式28-29
• 2.5 本章小結(jié)29-30
• 第三章 低速風(fēng)洞內(nèi)部流場數(shù)值模擬30-53
• 3.1 風(fēng)洞氣動設(shè)計30-34
• 3.1.1 流場品質(zhì)要求31-33
• 3.1.2 改善流場品質(zhì)的方法33-34
• 3.2 試驗段 B 流場數(shù)值模擬34-41
• 3.2.1 模型說明35-36
• 3.2.2 參數(shù)設(shè)定36
• 3.2.3 計算結(jié)果分析及推論36-41
• 3.3 風(fēng)洞整體流場數(shù)值模擬41-48
• 3.3.1 建模及計算41-42
• 3.3.2 計算結(jié)果分析42-48
• 3.4 風(fēng)扇轉(zhuǎn)速計算48-50
• 3.5 沉降研究50-52
• 3.6 本章小結(jié)52-53
• 第四章 體積力法運用探索53-60
• 4.1 體積力法介紹53-54
• 4.2 基于體積力法的風(fēng)洞整體數(shù)值模擬54-59
• 4.2.1 Hough-Ordway 公式54-55
• 4.2.2 建模及計算55-57
• 4.2.3 結(jié)果及分析57-59
• 4.3 本章小結(jié)59-60
• 第五章 基于 iSIGHT 的局部性能優(yōu)化60-75
• 5.1 iSIGHT 介紹60-66
• 5.1.1 DOE 試驗設(shè)計62-63
• 5.1.2 Kriging 近似模型63-65
• 5.1.3 遺傳算法65-66
• 5.2 隔板優(yōu)化66-71
• 5.3 第二擴散段優(yōu)化71-74
• 5.4 本章小結(jié)74-75
• 第六章 結(jié)論與展望75-77
• 6.1 進一步工作展望76-77
• 參考文獻77-81
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表或錄用的論文81-83
• 致謝83-85

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前9條

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本文編號：319918