基于SST-SAS方法与FW-H方程的串列双圆柱数值模拟研究
发布时间：2022-01-06 08:30
在飞机起降过程中,起落架噪声作为主要的机体噪声,越来越受到广泛的关注。串列双圆柱绕流是飞机起落架的简化模型,能够体现起落架复杂流动现象以及气动噪声的主要特征。本文采用基于SST湍流模型的自适应尺度模拟方法（SST-SAS）,结合FW-H（Ffowcs Williams-Hawkings）方程的数值计算方法研究了来流雷诺数为1.66×105且两圆柱圆心之间的距离与圆柱直径之比为3.7的串列双圆柱绕流的流动特征和声场特性。将结果与已有文献中的数据作了详细地比较,二者吻合很好,平均误差在5%以内。验证了本文气动声学数值计算方法对高雷诺数下大分离流动模拟的可靠性和有效性。
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(03)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
BART和QFF风洞中的串列双圆柱实验装置Fig.2TandemcylinderarrangementintheBARTandQFF(b)QFF[3]
cofcomputationdomaintandemcylinderconfigure为了考察计算结果对网格的依赖性，选取三组稀疏程度不同的网格进行非定常气动力的计算，具体计算结果如表1所示。表中：CL和CD分别为升力系数和阻力系数；网格1为稀网格，网格总数为1216780；网格2为中等密度网格，网格总数为3538460；网格3为密网格，网格总数为7306240。三种网格的计算结果几乎一致，且与其他学者的计算结果和实验结果吻合较好。其中中等密度的网格计算结果可靠，因此本文采用中等密度的网格开展后续的计算。图4zOy平面上圆柱附近局部区域的计算网格Fig.4ComputationalgridnearthecylindersonxOyplane表1圆柱气动力特性Tab.1Aerodynamicresultsforcylinders阻力系数(dragcoefficient)CD升力系数(liftcoefficient)CL上游圆柱(upstreamcylinder)下游圆柱(downstreamcylinder)上游圆柱(upstreamcylinder)下游圆柱(downstreamcylinder)平均值(mean)均方根值(RMS)平均值(mean)均方根值(RMS)平均值(mean)均方根值(RMS)平均值(mean)均方根值(RMS)网格1(grid1)0.550.0220.450.061-0.025740.1051-0.012150.5283网格2(grid2)0.550.01210.430.046-0.019620.086-0.009520.5924网格3(grid3)0.560.01880.430.065-0.015740.0812-0.010690.5883数值[15](numericalcode)0.480.0180.420.0760.0780.612试验[2](experiment)0.59~0.630.29~0.313.3求解过程本文的计算分为定常流尝非定常流尝远场噪声计算三部分。流场计算采用开源CFD软件OpenFOAM。首先基于SST湍流模型进行定常RANS计算，
上的平均流常图6和图7比较了本文数值计算结果与已有风洞实验所测得的压力系数平均值和均方根值。图中θ为方位角，以上游圆柱的驻点为起点。由图6可知：双圆柱数值计算的结果与实验测试的结果所得到的分离点相差在3°以内；整体上，上游圆柱压力系数平均值与实验结果吻合得很好，在圆柱表面大部分位置点的误差都在5%以内，在分离点附近压力均值的误差约为10%；而下游圆柱背风面压力系数恢复情况与实验值存在一定的差异，误差约为15%。图6(a)上游圆柱(upstreamcylinder)图6(b)下游圆柱(downstreamcylinder)图6上下游圆柱表面压力系数的平均值Fig.6Time-averagedpressurecoefficientonthesurfaceoftandemcylinders由图7可以看出，计算所得到的双圆柱压力系数的均方根值均大于实验值。这主要是因为圆柱迎风面存在一定的顺压区，在这个很薄的区域里主要以层流流动为主，而本文所采用的SAS方法是一种完全湍流的模拟方法，所以会导致壁面边界层内压力脉动的过高估计。除此之外，数值计算中的周期性边界条件使得在圆柱的整个展向上产生了比较强的均一性而使得该处的脉动变得更为强烈[16]。由于上流圆柱流动较为简单，其尾流属于典型的卡门涡街，因此其壁面压力脉动的平均特性与实验结果曲线的趋势基本一致，曲线峰值所对应的分离点也较为接近，约为80°和280°。由图7(b)可以看出，下游圆柱压力脉动要强于上圆柱，且曲线整体趋势和实验结果有一定偏差。这主要是由于上游圆柱尾流对下游圆柱有强烈的非定常作用，增加了壁面脉动压力，使流动更为复杂。曲线的最大峰值所对应的角度为下游圆柱上下两个面的流动分离点，计算值与实验值较为一致，约为
【参考文献】：
期刊论文
[1]高雷诺数下并列双圆柱绕流的DES法三维数值模拟[J]. 李燕玲,苏中地,李雪健. 水动力学研究与进展A辑. 2014(04)
[2]低雷诺数下串联双圆柱涡激振动机理的数值研究[J]. 郭晓玲,唐国强,刘名名,吕林,滕斌. 振动与冲击. 2014(04)
[3]双圆柱绕流的大涡模拟[J]. 贾晓荷,刘桦. 水动力学研究与进展A辑. 2008(06)
[4]串列双圆柱绕流问题的数值模拟[J]. 刘松,符松. 计算力学学报. 2000(03)
本文编号：3572125
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(03)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
BART和QFF风洞中的串列双圆柱实验装置Fig.2TandemcylinderarrangementintheBARTandQFF(b)QFF[3]
cofcomputationdomaintandemcylinderconfigure为了考察计算结果对网格的依赖性，选取三组稀疏程度不同的网格进行非定常气动力的计算，具体计算结果如表1所示。表中：CL和CD分别为升力系数和阻力系数；网格1为稀网格，网格总数为1216780；网格2为中等密度网格，网格总数为3538460；网格3为密网格，网格总数为7306240。三种网格的计算结果几乎一致，且与其他学者的计算结果和实验结果吻合较好。其中中等密度的网格计算结果可靠，因此本文采用中等密度的网格开展后续的计算。图4zOy平面上圆柱附近局部区域的计算网格Fig.4ComputationalgridnearthecylindersonxOyplane表1圆柱气动力特性Tab.1Aerodynamicresultsforcylinders阻力系数(dragcoefficient)CD升力系数(liftcoefficient)CL上游圆柱(upstreamcylinder)下游圆柱(downstreamcylinder)上游圆柱(upstreamcylinder)下游圆柱(downstreamcylinder)平均值(mean)均方根值(RMS)平均值(mean)均方根值(RMS)平均值(mean)均方根值(RMS)平均值(mean)均方根值(RMS)网格1(grid1)0.550.0220.450.061-0.025740.1051-0.012150.5283网格2(grid2)0.550.01210.430.046-0.019620.086-0.009520.5924网格3(grid3)0.560.01880.430.065-0.015740.0812-0.010690.5883数值[15](numericalcode)0.480.0180.420.0760.0780.612试验[2](experiment)0.59~0.630.29~0.313.3求解过程本文的计算分为定常流尝非定常流尝远场噪声计算三部分。流场计算采用开源CFD软件OpenFOAM。首先基于SST湍流模型进行定常RANS计算，
上的平均流常图6和图7比较了本文数值计算结果与已有风洞实验所测得的压力系数平均值和均方根值。图中θ为方位角，以上游圆柱的驻点为起点。由图6可知：双圆柱数值计算的结果与实验测试的结果所得到的分离点相差在3°以内；整体上，上游圆柱压力系数平均值与实验结果吻合得很好，在圆柱表面大部分位置点的误差都在5%以内，在分离点附近压力均值的误差约为10%；而下游圆柱背风面压力系数恢复情况与实验值存在一定的差异，误差约为15%。图6(a)上游圆柱(upstreamcylinder)图6(b)下游圆柱(downstreamcylinder)图6上下游圆柱表面压力系数的平均值Fig.6Time-averagedpressurecoefficientonthesurfaceoftandemcylinders由图7可以看出，计算所得到的双圆柱压力系数的均方根值均大于实验值。这主要是因为圆柱迎风面存在一定的顺压区，在这个很薄的区域里主要以层流流动为主，而本文所采用的SAS方法是一种完全湍流的模拟方法，所以会导致壁面边界层内压力脉动的过高估计。除此之外，数值计算中的周期性边界条件使得在圆柱的整个展向上产生了比较强的均一性而使得该处的脉动变得更为强烈[16]。由于上流圆柱流动较为简单，其尾流属于典型的卡门涡街，因此其壁面压力脉动的平均特性与实验结果曲线的趋势基本一致，曲线峰值所对应的分离点也较为接近，约为80°和280°。由图7(b)可以看出，下游圆柱压力脉动要强于上圆柱，且曲线整体趋势和实验结果有一定偏差。这主要是由于上游圆柱尾流对下游圆柱有强烈的非定常作用，增加了壁面脉动压力，使流动更为复杂。曲线的最大峰值所对应的角度为下游圆柱上下两个面的流动分离点，计算值与实验值较为一致，约为
【参考文献】：
期刊论文
[1]高雷诺数下并列双圆柱绕流的DES法三维数值模拟[J]. 李燕玲,苏中地,李雪健. 水动力学研究与进展A辑. 2014(04)
[2]低雷诺数下串联双圆柱涡激振动机理的数值研究[J]. 郭晓玲,唐国强,刘名名,吕林,滕斌. 振动与冲击. 2014(04)
[3]双圆柱绕流的大涡模拟[J]. 贾晓荷,刘桦. 水动力学研究与进展A辑. 2008(06)
[4]串列双圆柱绕流问题的数值模拟[J]. 刘松,符松. 计算力学学报. 2000(03)
本文编号：3572125
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