基于URANS的Ahmed模型外流场分析
发布时间：2021-07-14 03:53
基于URANS（unsteady Reynolds averaged navier-stockes）方法,采用标准k-ε湍流模型对Ahmed模型的外流场进行数值模拟.结果表明:网格划分对模拟结果产生较大的影响,故在对Ahmed模型外流场进行数值模拟时,需要进行严格的网格无关性分析; Ahmed模型外流场呈现周期性变化的瞬态特征,采用Q准则能够识别出流场中3个典型涡系; Ahmed模型底涡由流体脱离下表面时产生,并周期性地向下游输运,而角涡由尾部的倾斜段诱导产生.
【文章来源】：扬州大学学报(自然科学版). 2020,23(04)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
Ahmed模型几何尺寸(单位: mm)
表1为3套网格的阻力系数计算结果与文献[8]中采用大涡模拟结果的对比.结果表明, Mesh 1与Mesh 2的计算结果有较大差异; 随着网格数量的增加,Mesh 3与Mesh 2的预测结果误差在5%以内, 故Mesh 2能给出网格无关性的模拟结果; 采用标准k-ε湍流模型进行瞬态计算的结果与采用大涡模拟的预测结果相近, 这表明基于URANS的标准k-ε湍流模型模拟方案能够给出可靠的仿真结果.表1 网格无关性分析结果Tab.1 Results of mesh independence analysis 网格 CD Mesh 1 0.382 Mesh 2 0.430 Mesh 3 0.429 文献[8] 0.431
为便于与试验结果对比, 在计算域中分别离Ahmed模型的后表面0,80, 200, 500 mm处截取4个截面.图3为不同截面上速度矢量分布.从图3可以看出, 在x=0 mm的截面上u≥0, 表示该处没有出现回流现象, 但模拟结果显示位于尾部上方两侧存在流体旋涡; 在x=80 mm的截面上, u值出现了负值, 说明该处流体有回流, 且由上游发展而来的漩涡在此处仍然存在,其影响区域有扩大的趋势,模拟预测的速度分布与试验结果较为一致; 在x=200 mm的截面上, u的负值区域开始减小,两侧漩涡向靠近地面的方向发展, 使得该处出现丰富的流动现象, 此截面处模拟预测结果与试验测量结果吻合; 在x=500 mm的截面距离Ahmed模型尾部较远, 仿真结果表明此处回流区域基本消失, 两侧漩涡发展范围进一步扩大至地面区域, 而试验结果表明, 此处两侧漩涡中心的低速区域呈现凹型分布特征[11].为进一步研究Ahmed模型两侧漩涡的发展规律, 将模拟结果的时均速度场进行处理以获取涡量在x方向上的分布.图4为Ahmed模型在不同截面上时均涡量分量ωx的分布情况.从图4可以看出, 在Ahmed模型的平直段, 两侧涡量分量均为0 s-1, 表示此处没有产生漩涡;在Ahmed模型尾部倾斜段位置, 涡量ωx在两侧分别出现一正一负的区域, 表明2个漩涡的旋转方向相反; 在Ahmed模型尾部倾斜段的下游位置(见图4(c)), 两侧漩涡处的涡量分量正负值区域进一步扩大, 但漩涡强度并未减弱, 表明漩涡在不断发展.图4(d)显示, 在距离Ahmed模型尾部区域的截面上,两侧漩涡的影响区域继续扩大, 但漩涡强度明显降低.因此, Ahmed模型尾部的倾斜段是产生两侧漩涡的诱因,漩涡生成以后沿着尾部倾斜段不断发展,在脱离模型后漩涡影响区域不断扩大,但其强度逐渐减小.
本文编号：3283354
【文章来源】：扬州大学学报(自然科学版). 2020,23(04)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
Ahmed模型几何尺寸(单位: mm)
表1为3套网格的阻力系数计算结果与文献[8]中采用大涡模拟结果的对比.结果表明, Mesh 1与Mesh 2的计算结果有较大差异; 随着网格数量的增加,Mesh 3与Mesh 2的预测结果误差在5%以内, 故Mesh 2能给出网格无关性的模拟结果; 采用标准k-ε湍流模型进行瞬态计算的结果与采用大涡模拟的预测结果相近, 这表明基于URANS的标准k-ε湍流模型模拟方案能够给出可靠的仿真结果.表1 网格无关性分析结果Tab.1 Results of mesh independence analysis 网格 CD Mesh 1 0.382 Mesh 2 0.430 Mesh 3 0.429 文献[8] 0.431
为便于与试验结果对比, 在计算域中分别离Ahmed模型的后表面0,80, 200, 500 mm处截取4个截面.图3为不同截面上速度矢量分布.从图3可以看出, 在x=0 mm的截面上u≥0, 表示该处没有出现回流现象, 但模拟结果显示位于尾部上方两侧存在流体旋涡; 在x=80 mm的截面上, u值出现了负值, 说明该处流体有回流, 且由上游发展而来的漩涡在此处仍然存在,其影响区域有扩大的趋势,模拟预测的速度分布与试验结果较为一致; 在x=200 mm的截面上, u的负值区域开始减小,两侧漩涡向靠近地面的方向发展, 使得该处出现丰富的流动现象, 此截面处模拟预测结果与试验测量结果吻合; 在x=500 mm的截面距离Ahmed模型尾部较远, 仿真结果表明此处回流区域基本消失, 两侧漩涡发展范围进一步扩大至地面区域, 而试验结果表明, 此处两侧漩涡中心的低速区域呈现凹型分布特征[11].为进一步研究Ahmed模型两侧漩涡的发展规律, 将模拟结果的时均速度场进行处理以获取涡量在x方向上的分布.图4为Ahmed模型在不同截面上时均涡量分量ωx的分布情况.从图4可以看出, 在Ahmed模型的平直段, 两侧涡量分量均为0 s-1, 表示此处没有产生漩涡;在Ahmed模型尾部倾斜段位置, 涡量ωx在两侧分别出现一正一负的区域, 表明2个漩涡的旋转方向相反; 在Ahmed模型尾部倾斜段的下游位置(见图4(c)), 两侧漩涡处的涡量分量正负值区域进一步扩大, 但漩涡强度并未减弱, 表明漩涡在不断发展.图4(d)显示, 在距离Ahmed模型尾部区域的截面上,两侧漩涡的影响区域继续扩大, 但漩涡强度明显降低.因此, Ahmed模型尾部的倾斜段是产生两侧漩涡的诱因,漩涡生成以后沿着尾部倾斜段不断发展,在脱离模型后漩涡影响区域不断扩大,但其强度逐渐减小.
本文编号：3283354
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