风洞T型冲击三通管道流场特性数值模拟

发布时间：2021-10-24 07:07

　　在2.4 m跨声速风洞进气管路T型冲击三通连接处和隔板位置,每隔一定时间会出现裂纹,影响了风洞的安全稳定运行。为了解裂纹出现的原因,同时为改进设计提供依据,采用CFD（computational fluid dynamics）对风洞现有三通和优化方案进行了对比。控制方程为三维黏性不可压缩Navier-Stokes方程。结果表明:无隔板时,三通内的流动为最常见的类型,支管内存在3个分离区,在转向过程中形成第1分离区,即马蹄涡;随后是第2分离区,一对反向旋转的旋涡,即Dean涡,及三通顶部壁面形成第3分离区。流场沿y=0 mm和z=0 mm平面基本呈对称分布。有隔板时,流场的左右和上下结构均不对称;在隔板和外侧壁面间的角点形成范围较小的驻涡,在支管内形成不稳定的螺旋状分离涡,致使气流振荡,从而使得三通连接和隔板处管壁出现裂纹。根据上述流态设计了管路优化方案和整流装置,优化后能有效减小或消除分离;其中去掉隔板最简单易行,可以解决裂纹的问题。 

【文章来源】：航空动力学报. 2020,35(02)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

2.4 m风洞进气管路示意图

管道由上游入口管段A、下游左侧出口管段B、下游右侧出口管段C组成,B与C沿轴线呈对称布置,管道直径D都为1 700 mm。在对进气管路进行建模时,以管路入口流向为x轴,垂直方向为y轴,按右手坐标系法则设定z轴建立坐标系,将三通中心设定为坐标原点。如图2所示。图中虚线表示隔板位置,隔板厚度为30 mm,沿x方向的长度为1 700 mm。1.1 计算网格

1.5 算法验证采用文献[17]的U型管道验证对分离区识别的适用性,入口马赫数为0.1,入口高度h、入口速度、入口密度为基准的雷诺数为1.0×106。从图3(图中CFD指本文模拟结果,EXP.为试验结果)可以看到,CFD能准确预测气流在内壁的摩擦阻力系数Cf分布(图中s为从入口计算的内侧壁面的长度),数值模拟结果在峰值与变化趋势上与试验值吻合较好,对分离点位置的预测比较准确。因此本文的方法可以用于T型管的模拟。

【参考文献】：
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本文编号：3454819