风洞收缩段曲线数值模拟研究.pdf

风洞收缩段曲线的数值模拟研究 李军 上海交通大学动力机械与工程教育部重点实验室，上海（200030 ） E-mail ：lljjj@ 摘 要：由于计算机技术和计算流体力学(CFD)的发展，本文采用商用软件 fluent 对两种收 缩段曲线进行了数值模拟，对于风洞设计及流动优化提供了重要依据。从流函数、静压、速 度图中可以看到，收缩段曲线一各横截面参数均匀，可以达到很好的收敛效果，在当今风洞 设计使用的选择上，曲线一有利于风洞流场综合效果的提高，其是被推荐的。 关键词：风洞，收缩段，数值模拟，收缩曲线 中图分类号：V211.7 文献标识码：A 1 前言 随着实验空气动力学研究的深入发展，对于提高风洞气流品质也愈来愈重视，所以风洞 收缩段的优化设计倍受关注。收缩段是风洞洞体的重要部分，良好的气流品质对于风洞试验 无疑是十分重要的，它的结构形式和加工质量对保证试验段气流均匀度、控制流场紊流度和 附面层厚度起着至关重要的作用。当气流沿收缩段流动时，要求流速单调增加，在洞壁上避 免分离，出口气流分布均匀且稳定。本文对对两种风洞壁型进行了全面的技术比较，探讨和 研究决定风洞曲线更为符合试验的要求。 2 两种风洞类型 收缩段性能的优劣主要决定于两个因素：一是收缩比，二是收缩曲线。作为本文算例的 某低速风洞收缩段的几何尺寸：入口为 620(宽) ×120mm(高) 的长方形，出口是 280(宽) × 120mm(高) 的长方形，收缩段长度 L 是 620mm，面积收缩比 CR 是 5.17 。 根据风洞收缩段入口、出口的边界条件和收缩段内气流模型要求，本文给出了两种收缩 段曲线，如图 1 所示： 图 1 两种收缩段曲线壁型 2.1 曲线一 [1] 图2 示为参考文献一提出的收缩段曲线模型 ： - 1 - 图2 三维收缩段曲线模型 收缩段端壁曲线方程为： ⎧ ⎡ 1 x 3 ⎤ ⎛ ⎞ ( − ) − + ⋅⋅⋅ ⎪h h ⎢1 ⎜ ⎟ ⎥ h x x 1 2 2 m ⎪ X L ⋅ ⎢⎣ m ⎝ ⎠ ⎦⎥ y (or z) ⎨ 3 ⎪(h −h ) ⎛ x ⎞ 1 2 − + ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ ⎪⎩(1−X m )2 ⎜⎝1 L ⎠⎟ h2 x xm 其中h1 0.5H 1 ，h2 0.5H 2 ，X m xm / L 0.50 2.2 维多辛斯基曲线 图3 所示为国内外 80 年代经常使用的维多辛斯基曲线。 图3 维多辛斯基曲线 计算公式如下： r* r 2