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课程设计说明书 课程名称： 专题讲座 设计题目： 计算流体力学在风工程中的应用 院 系： 力学与工程学院 班 级： 设 计 者： 指导教师： 设计时间： 2015.1 力学与工程学院制 目录 1概述 1 1.1风工程的研究概述 1 1.2研究历程 1 2基本原理 3 2.1基本控制方程 3 2.2 DES方法 3 2.3声学方程 4 2.4结冰计算方法 5 3工程实例 6 3.1结冰计算 6 3.2汽车尾气捧放的数值模拟 7 4结论 8 参考文献 9  摘要 风工程涉及的空气动力学问题非常广泛，对于其中的定常气动力问题，研究已经比较深入．随着国民经济的发展和技术的不断进步，气动噪声问题、污染扩散问题、结冰问题以及动特性问题等非定常和两相流动等气动问题已经成为研究的热点。针对这些问题。本文发展了一系列新的计算方法和软件。并分别对典型噪声源的凸起物外形以及列车的气动噪声问题、汽车尾气捧放问题、圆柱结冰问题、翼型沉浮、复合沉浮俯仰振荡的流动分离特性及非定常气动特性进行了数值模拟研究。计算结果表明。所发展的方法和软件是可靠的，可以用于相关问题的工程应用． 关键词：污染扩散；结冰；动特性；数值模拟 1概述 1.1风工程的研究概述 风工程涉及各种各样的空气动力学问题，用计算空气动力学研究其中的定常气动力问题，发展己相对成熟，如在上一届全国风工程和工业空气动力学学术会议上，我们给出了课题组发展的低速粘流数值计算方法及其在定常气动力方面的应用．在实际的工程问题中，还有许多非定常和两相流动等气动问题，如气动噪声问题、污染扩散问题、结冰问题以及动特性问题等，随着计算技术的发展，采用数值模拟技术研究这些问题已经成为目前研究的热点。 随着经济的发展和人民生活水平的提高，众多污染问题成为关注的焦点，其中气动噪声就是比较突出的一个问题，如当汽车行驶速度大于100 kin／h时，气动噪声成为最主要的噪声源，因此，对包括列车在内的各类乘用车来说，降低气动噪声，以便降低其通过噪声及车内噪声，已经成为乘用车振动、噪声研究的最重要内容。我国将在十一五期间发展京沪高速铁路，其高速列车的噪声问题亟需解决；同样对汽车，其车上的凸起物如后视镜等，都会产生严重的噪声问题。因此，建立一套气动声学数值计算软件，开展对飞行器、汽车、高速列车等进行气动声场模拟，进行噪声分析与评估，一方面为风洞的声学试验提供一个重要补充手段，另一方面也为降噪措施的采取提供理论依据。 1.2研究历程 气动声学的奠基人是英国科学家莱特希尔(Lighthill)，他于1949年提出了莱特希尔方程，这是气动声学最基本的方程。1955年，柯尔(Curie)利用基尔霍夫方法将莱特希尔理论推广到考虑静止固体边界影响，提出了柯尔(Cude)方程．1969年，福茨威廉姆(Ffowcs Williams)和霍金斯(Hawkings)等考虑运动边界影响，应用广义函数法将柯尔的结果进行了推广，提出了福茨威廉姆和霍金斯方程(简 称FW-H方程)，上述方程是计算气动声学的基本方程．基本方程中声源的确定是计算声学需要解决的基本问题，要解决该问题，流场计算就需要很密的网格和很小的时间步长，以保证各种小尺度流场结构的捕捉，原则上可以采用DNS(Direct Numerical Simulation)或LES(Large Eddy Simulation)方法求解，但由于巨大的计算量，工程上并不适用，因此在90年以前，由于受到计算机条件的限制，主要以工程计算方法为主，这些方法统称为格林函数法．在90年以后，随着计算机条件的大为改善，以及成熟的CFD软件涌现，气动和声学的统一求解法成为新的发展趋势，计算声学(CAA)诞生．在90年代末，西方发达国家许多研究机构，利用其成熟的CFD软件和先进计算设备开展三维计算声学研究，其计算结果基本与实验吻合．离解决工程实际问题已经很近，到1999年，由Spalart 141提出，经过JarmsD!、Streletsl61、Scott 17J等人的发展，DES(Detached Eddy Simulation)方法逐步走向成熟，DES结合了LES和RANS(ReynoldAverage Navier Stokes)方法的优点，既保证了计算的精度，又减少了LES计算所需的工作量，为计算声学的工程应用提供了一条新的途经。 2基本原理 2.1基