基于CFD-DEM耦合数值模拟的全尺寸直升机沙盲形成机理

发布时间：2024-04-20 01:29

　　为了研究直升机发生沙盲时沙尘云在悬停流场中的状态和分布规律,采用基于雷诺平均Navier-Stokes方程和Menter剪切应力输运(SST)k-ω湍流模型的数值模型,通过应用程序编程接口耦合基于Hertz-Mindlin(No Slip)碰撞接触模型的离散元模型,并基于"多球法"构建了更加真实的非球形沙尘颗粒,计算了沙尘颗粒在流场中的运动和分布状态。与可得到的试验结果进行对比,验证了数值方法的有效性,并进行了地效状态旋翼拉力系数、桨尖涡位置以及沙尘云形成的宏观轮廓图的计算。应用所建立的方法,对不同悬停高度的直升机地效流场进行了计算,给出了流场的涡量以及速度云图,着重对比了不同悬停高度下沙尘云中沙尘颗粒速度和分布情况,分析了地效流场对沙尘颗粒状态的影响及沙尘云的形成机理,并计算出了沙尘云宏观分布图。结果表明:流场中大部分沙尘颗粒只能在地表随流场扩散而并不能形成沙尘云;沙尘云中外层空间的沙尘浓度比内层高;位于桨盘平面下层区域的沙尘颗粒以径向运动为主,切向速度较小,而位于桨盘平面上层的沙尘颗粒速度方向各异,速度大小接近。

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【部分图文】：

图2重叠网格系统

为了分析沙尘云中沙尘颗粒的运动状态，对计算域按图3所示的方式共划分出8块长方体区域，其中，区域1、区域5、区域3和区域7这4个矩形区域位于桨盘平面下方，旋转轴周向间隔均为90°，长宽高分别为6.67R、1.5c和1H(H为悬停高度），区域1位于机头正前方；区域2、区域6、区域4....

图3区域划分

图2重叠网格系统图4上、下层区域划分

图4上、下层区域划分

图3区域划分1.3DEM求解器和沙尘颗粒物理模型

图5流场和离散相之间通过API传递数据的过程[22]

由于沙尘颗粒在整个流场计算域的体积分数（VolumeFraction）小于10-6，这意味着流场能够对沙尘颗粒的运动产生影响，而反过来，沙尘颗粒几乎不对流场产生影响，因而可以通过API(ApplicationProgrammingInterface）采用单向的Lagrang....

本文编号：3958674