外形氣動性能分析的案例
列車氣動外形分析：車頭越尖越好嗎？
我們所見到高鐵列車車頭大多是近似尖頭狀的，很顯然，這是為了列車頭有更好的外形氣動性能，以降低高速行駛時迎面的垂直于截面的滯止壓力，減小列車風阻。外形氣動性能分析是高鐵列車頭外形設計必經的步驟之一，那么，列車頭的風阻到底能達到一個什么樣的程度呢？
以往對于列車、汽車、飛機等進行外形氣動分析，依靠的主要是按比例縮小的風洞模型試驗。簡單地說，就是按一定比例做一個產品的縮小模型，將它靜置于一個高速空氣流動的環境，風向與模型車頭的方向相逆，以模擬產品在真實環境中行進的情況，并從中測算風阻等數據。目前，很多重要交通、國防裝備依然要進行風洞試驗。央視紀錄片《超級工程》曾出現CRRC動車組縮小比例模型風洞試驗的畫面。
CRRC風洞試驗（圖片來自紀錄片《超級工程》，侵權請聯系刪除）
但隨著20世紀60年代起計算流體力學理論（CFD）和計算機的發展，CFD相關軟件在這些裝備的氣動分析方面起著越來越重要的作用。人們通過質量守恒、動量守恒和能量守恒三大方程為世界上大多數物理、化學現象建立了離散化的數學模型并不斷完善，而計算機技術的發展有支持了復雜幾何和現象的大規模運算。加上對于高速列車、大型飛機的風洞試驗成本極高、周期長，而CFD技術則更有效率上的優勢。有分析稱，目前90%的風洞試驗已被CFD模擬所取代。所以，一個算法完善的CFD工具在計算列車風阻上已不存在問題。
這里散仙使用Star-CCM+進行列車風洞系統建模和CFD模擬。首先依照國內比較常見的A型高鐵列車頭建模，列車截面寬3m，高3.8m，總長約50m，列車頭型按常見的和諧號建模。車底和其余部位做了幾何簡化。并置于一個長60m、寬15m、高10m的長方體風洞中。按直線行進時速300km計，邊界條件設置為入口83.3m/s，計算模型使用穩態、k-ε湍流模型、分離流等模型。
展開 技術鄰周報Q14：時程分析/ABAQUS/動力系統/Fluent/沖壓分析/振動噪聲/LS-DYNA/氣動分析...
我們可以通過仿真進一步分析該技術的聲學特性和非線性性質。
12、列車氣動外形分析：車頭越尖越好嗎？
作者：
白露丹楓
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1821039
近年來，我國的高鐵取得了長足發展，以至于開始在海外的競爭中也開始聲譽顯赫。對于散仙這么一個小老百姓而言，可能最直接的感受就是，從成都到蘭州特快列車需要19小時左右，現在高鐵僅需7小時左右。我們所見到高鐵列車車頭大多是近似尖頭狀的，很顯然，這是為了列車頭有更好的外形氣動性能，以降低高速行駛時迎面的垂直于截面的滯止壓力，減小列車風阻。外形氣動性能分析是高鐵列車頭外形設計必經的步驟之一，那么，列車頭的風阻到底能達到一個什么樣的程度呢？
12、基于ABAQUS的建筑結構時程分析
作者：
??N
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1821345
2021年5月18日下午，位于深圳市華強北商圈的賽格大廈出現強烈晃動現象，一位當時在賽格大廈電子企業工作者坦言大廈出現明顯晃動后，他們沒法在高樓里安心工作。正當人們還不明具體原因時，5月19日中午和20日中午大樓再次出現了晃動。雖然晃動的感覺沒有18日強烈，但依然引發了一定的恐慌情緒，有些公司將自己的重點文件和設備打包帶離了賽格大廈，另覓地點存放。
技術鄰鼓勵創作者發布優質的文章/視頻/問答/文檔，快來發布內容上周報吧~
展開 高超聲速飛機氣動外形概念設計
廖孟豪等[3]對美國軍方和軍工部門提出的4個高超聲速作戰飛機概念方案進行了梳理，對比分析了各個概念方案的氣動布局特點，分析認為，美國高超聲速作戰飛機氣動布局向提升低速特性、降低內外流耦合程度、增加機身容量等方向演變。左林玄等[4]詳細總結了高超聲速飛行器的氣動布局分類，并指出未來高超聲速飛行器的布局將向翼身融合布局和乘波體布局兩個方向發展。李憲開等[5]結合高超聲速飛機的需求，分析了高超聲速飛機氣動布局設計存在的問題、難點和關鍵技術。
氣動布局技術是水平起降高超聲速飛機研制的核心技術之一。崔凱等[6-7]采用前體/發動機一體化設計思想，給出了一種雙旁側進氣翼身融合體概念設計方案。國內對高超聲速飛行器的相關研究日趨活躍，但對高超聲速飛機尤其是氣動布局方面的研究還不多，而且缺乏具體的應用背景和需求指標牽引。劉濟民等對高超聲速ISR平臺的軍事需求進行了分析，并對其在未來海戰中的應用進行了研究[8]。根據軍事需求分析得到的能力需求，目前的技術發展水平和對未來作戰使用的基本構想，對高超聲速ISR 平臺做以下技術想定，見表1。
表1 高超聲速ISR平臺主要技術指標
Table 1 Main technology index of hypersonic ISR vehicle
本文以上述高超聲速ISR 平臺目標圖像為需求牽引，擬采用類乘波體氣動布局，對高超聲速ISR平臺的氣動外形進行初步設計與性能分析，并進一步驗證氣動外形概念方案滿足設計需求的程度，找到軍事需求與技術滿足度之間的差距，為高超聲速飛機氣動布局技術研究指明努力的方向。
1 氣動外形設計方法
氣動外形設計包括乘波前體氣動外形優化設計、機翼設計。在此基礎上，進行高超聲速ISR 平臺氣動外形一體化設計，包括乘波前體與機身的集成、機翼與機身的集成，以及后體與機身的集成三部分。
展開 基于CFD 的新能源汽車冷卻風扇氣動性能仿真分析
摘要：以某新能源汽車的7葉片的冷卻風扇為研究模型，通過STAR CCM+軟件中Realizable k-ε湍流模型對其進行定常三維數值計算.首先進行了網格數量的無關性驗證；然后通過試驗驗證了數值計算模型的準確性，并對冷卻風扇內部流場壓力與速度分布進行了分析；最后分析了葉片個數參數對冷卻風扇氣動性能的影響.結果表明：相同轉速的工況下，當冷卻風扇靜壓相同時，隨著葉片個數增多，其產生的流量越大.在冷卻風扇的靜壓效率方面，在風扇靜壓170-200 Pa左右時，9葉片風扇靜壓效率最高.在其他靜壓區間，當葉片數為7、8時，風扇靜壓效率要高于9葉片風扇.研究可以為新能源汽車冷卻風扇氣動性能優化提供依據.
近些年新能源汽車在中國發展迅速，新能源汽車的電子冷卻風扇是整車熱管理重要組成部分，電子冷卻風扇的設計要滿足電驅系統、電池系統與空調系統的冷卻需求；同時，電子冷卻風扇也會對新能源汽車的NVH性能影響很大.因此，設計出冷卻性能好與低噪音的電子冷卻風扇是至關重要的.CFD仿真分析技術的出現可以縮短產品的開發周期，同時降低開發成本，更可以從機理上研究冷卻風扇的流動細節，目前已經廣泛應用到冷卻風扇的開發中.當前對冷卻風扇的研究主要集中在輪轂比、葉片個數、葉頂間隙、葉片安裝角與葉片形狀等方面對冷卻風扇性能的影響.
展開 
車輪踏面外形對機車曲線通過性能的影響
摘要: 不同的輪軌外形配合, 對機車曲線通過性能的影響較大。本文采用仿真軟件SIMPACK 建立一種2Co 徑向轉
向架機車模型, 通過在小半徑曲線上的仿真計算, 分析了不同車輪踏面外形對機車曲線通過性能的影響。得出合理的車輪
踏面與鋼軌外形配合可以提高機車車輛的曲線通過性能的結論。
車輪踏面外形對機車曲線通過性能的影響.pdf
STAR-CCM+計算二維翼型氣動性能
STAR-CCM+計算二維翼型氣動性能
一
算例背景
機翼理論主要研究翼型在流體中運動時的力學特性。在工程領域中，機翼以升力面、控制面、葉片或槳葉等形式出現。艦船上的舵、水翼、減搖鰭等都是機翼，螺旋槳、汽輪機葉片和壓縮機葉片也都是利用機翼原理工作的，而在研究船舶操縱性時，甚至還可把船體的水下部分看作一個巨大的機翼。
隨著航空科學的發展，世界各主要航空發達的國家建立了各種翼型系列。美國有NACA系列，德國有DVL系列，英國有RAF系列，蘇聯有ЦΑΓИ系列等。這些翼型的資料包括幾何特性和氣動特性，可供氣動設計人員選取合適的翼型。
展開 【技術帖】軸流風機的氣動性能優化
軸流式風機通常用在流量要求較高而壓力要求較低的場合，由此軸流風機的氣動性能成為評判其性能優劣的重要指標。
本文即將展示的是某軸流風機的氣動性能優化的全流程介紹。通過對軸流風機的葉片和風道進行調整優化以提高其流量與效率。
01
優化前準備工作：
為了方便對葉片進行調整，建立葉輪的全參數化模型，并將葉片分為六個控制截面來調整參數變化。之后設定參數變化規律或給定算法，在優化軟件中會自動生成不同模型并啟動CFD軟件進行仿真計算。
021
優化目標：PQ性能與效率
模型優化過程中，主要分為風道及葉片的調整，調整內容如下：
031
優化過程：
首先我們在軟件當中建立全參數化的模型，然后優化軟件設置中的參數以及參數變化范圍，接下來與CFD軟件進行耦合，最后進行全自動的性能優化。其中對于優化參數部分，主要是對扇葉進行優化：有葉片的翼形、弦長、三個方向的角度以及葉片數量，除此之外本次對風道也進行了一定程度的優化。
展開 陳珂，等：天然氣管道摻氫輸送對離心壓縮機氣動性能的影響
Meira等[11]擴展了美國航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）提出的沖擊損失理論，考慮到壓縮機內部的單向可壓縮流，結合索阿韋-雷德利希-鄺氏（Soave-Redlich-Kwong，SRK）和貝內迪克特-韋德-魯賓（Benedict-Webb-Rubin，BWR）兩種狀態方程對壓縮機模型進行修正，該模型對于壓縮機摻氫后的性能預測更加準確。
綜上，目前采用 CFD 軟件研究摻氫比例對天然氣管網性能的影響已較為普遍，但天然氣管道摻氫比對壓縮機性能影響的研究主要采用相似理論，這需要壓縮機流動完全相似；而天然氣摻氫會導致壓縮機工質物性的變化，降低了摻氫后壓縮機的性能預測精度。因此，為了提高天然氣管道摻氫輸送的安全性和可靠性，深入探究天然氣摻氫后對離心壓縮機氣動性能和喘振裕度的影響尤為重要。根據現有川氣東送管道的GE PCL503 天然氣壓縮機實測工況數據[12-13]和搜集到的主要幾何尺寸，對其進行三維數學建模，利用數值模擬手段分析了不同摻氫比、環境溫度下壓縮機內部的三維流場，重點研究不同天然氣摻氫比對離心壓縮機氣動性能和喘振邊界的影響，以期為天然氣摻氫管網的安全運行、管網壓縮機的設計及選型提供理論指導。
1 模型建立
1.1
幾何模型
依據目前公開發表論文中的關于 GE PCL503 壓縮機各工況點實驗數據[12-13]和搜集到的主要幾何尺寸（表 1），采用 Concepts NREC 軟件對該壓縮機進行一維氣動設計及三維幾何建模。
展開 高性能變幾何渦輪氣動設計技術研究 哈爾濱工程大學高杰
來源：熱機氣動熱力學與流體機械
樹優公司-XFlow培訓-無網格CFD-1-車身外流氣動性能
樹優公司(SOYOTEC)攜手MSC為中國用戶提供新一代流體力學分析技術——XFlow,它基于無網格、拉格朗日粒子法和大渦模擬(LES) ,已被波音、寶馬、保時捷等作為CFD工具,節省昂貴的風洞、散熱噪聲試驗成本：特點：1. 無需劃分網格,提高分析效率2. 直接導入CAD,真實分析復雜幾何3. 近壁面自動提高精度,動態追隨尾流和渦發展4. 復雜耦合換熱、跨/超音速、多孔介質、非牛頓流問題分析5. 物體運動過程和自由液面流場變化
樹優公司-Sculptor-網格變形-車身外流場優化.pdf
Fidelity Turbo（原Numeca）氣動性能模擬（壓氣機專題）免費線下培訓·上海
Fine Turbo是葉輪機械行業快速和準確的結構化網格求解器，求解快速、結果準確、內存消耗低是他最大的優勢。Fine Turbo是全二階精度結構化網格求解器，其基于密度的求解方法保證了快速的高速流場收斂速度，采用多重網格技術使得計算速度顯著提高。基于Fine系列葉輪機械CFD技術，Cadence 推出Fidelity CFD仿真平臺，其包括一個完整的葉輪機械端到端解決方案：1D 到 3D 設計、網格劃分、計算流體力學和優化功能全部整合在一個環境中。依托我們在旋轉機械領域超過數十年的技術專長，Fidelity CFD 可以提供優異的準確度，同時簡單易用。支持的組件種類多樣，從多級軸向到徑向，再到混流結構：壓縮機、渦輪機、泵、風扇、螺旋槳。本次培訓以壓氣機為案例，介紹Fidelity CFD葉輪機械模塊的仿真流程。包含典型工程案例、軟件練習等，歡迎報名參加！
? 聯系人：王先生（微信昵稱：CAE助手阿育@技術鄰）
報名請掃描上方二維碼聯系
? 日程安排：2024年3月28日
? 培訓講師：Cadence Fidelity CFD官方工程師
? 適用人群：壓氣機、通風機等旋轉機械行業的設計者，CFD模擬從業者，高校教師及學生。
展開 
某鋼廠增壓風機與煙囪間存在氣動噪音，通過模擬分析并增加均流裝置消除氣動噪音 ￥20
1、 項目簡介
某鋼廠增壓風機運行時，在風機與煙囪之間存在明顯的低頻噪聲，可能是由于連接管道中存在局部高速氣流而產生的氣動噪音（主要有湍流噪音，旋轉噪音，渦流脫落噪音，激波噪音，二次流與分離流噪音），其中本次噪音我們考慮主要以湍流噪音，旋轉噪音，渦流脫落噪音為主，現對風機及管道做CFD模擬，研究風機葉片后的流場分布，以期找到氣動噪聲的的產生原因并加以解決。
2、 三維模型
三維模型
3、 計算參數及邊界條件
進口設置為速度進口（velocity-inlet），按95℃工況下最大風量換算進口平均速度33.13m/s，出口為壓力出口（pressure-outlet），出口壓力設置為0Pa，固壁面均設置為無滑移壁面。
風機葉輪區域設置為旋轉域，轉速為995rpm，沿氣流方向逆時針旋轉，旋轉域模型采用MRF，旋轉域與靜止域之間以Domain Interface連接，以保證數據的傳遞。
風機葉輪后部流場的監測面如下圖所示：
監測面位置示意
4、 計算結果及分析
4.1原始狀態
原始狀態下，風機后部流場的模擬狀態如下：
速度流線圖
切面三速度云圖及速度矢量
根據速度流線圖及切面三速度云圖及矢量，可以看出經過增壓風機后氣流偏向連接煙道的一側，最大風速達到約100m/s，同時在煙囪內形成旋渦。
切面一速度云圖及速度矢量
切面二速度云圖
根據切面一速度云圖及矢量和切面二速度云圖，可以看出經過增壓風機后氣流偏向連接煙道的一側及底部，進入煙囪前的局部最大風速達到約89.1m/s，可能因為局部高風速帶動低速氣流形成氣流脈動，引發噪聲。
4.2添加導流
展開 基于AMESim仿真分析軟件的氣動閥門運動特性研究 AMESim氣動附軟件下載
摘要：基于AMESim仿真分析軟件，對氣動閥門內部的運動規律、閥門內部零組件相互運動關系進行了研究，并采取了非接觸測量方法，測量了閥門內部閥桿運動速度，確定了仿真分析的正確性。結果表明：氣動閥門在打開瞬間，閥桿會有較大的運動速度，并可能發生頂桿與閥桿的反向碰撞問題，給頂桿或閥桿帶來損傷。
關鍵詞：氣動閥門；內部運動規律；運載火箭
引 言
氣動閥門廣泛應用于運載火箭的加注、泄出、排氣等系統，在飛型號的排氣閥、安溢閥，在研型號的加注閥、排氣閥等多采用氣動控制閥。隨著閥門的直徑、流量的 增大，閥門的結構尺寸和重量也越來越大。氣動閥門的控制氣一般為高壓氣（約5 MPa），在此氣體壓力下，強制作動器內的頂桿迅速運動，推動活閥打開。隨著閥門口徑的增大，頂桿、活閥的快速運動和撞擊，帶來了閥門的動強度問題。因此 對閥門內部閥芯、強制頂桿運動規律的研究越來越重要。
張永彬等基于Adams軟件對一種快速泄放閥的響應特性進行了仿真與分析，得出泄放閥閥芯運動規律和內部氣體壓力變化規律；吳建軍等通過Simulink軟件對抽油泵泵閥進行仿真，得到泵筒內的液體壓力變化規律曲線、泵閥打開高度曲線及泵閥運動速度曲線；余鋒等采用ABAQUS軟件分析了保險閥導向桿斷裂故障，得到導向桿設計動強度不足的故障原因；
孫海亮等研究了充氣開關閥桿斷裂問題，得到閥桿斷裂失效機理；潘英朋等提出了一種低溫氣動閥門方案，并對波紋管等關鍵零件進行了計算和分析；王春民等研究了自鎖閥在振動和沖擊環境下性能變化情況。
本文以某火箭用加注閥為例，對氣動閥門內部運動規律進行了研究，采用AMESim軟件對閥門運動特性進行了分析，確定了閥門內部頂桿和閥桿間的運動關系，并采用非接觸測量手段得到閥門在打開時的活閥運動速度，以驗證仿真分析的正確性。
展開 新型風扇氣動噪聲組合分析方法
通過上面的兩個步驟，便獲得了兩組氣動噪聲：
①一個DFT得到BPF及其諧波的噪聲。
②多重DFT方法得到的寬頻帶噪聲。使用兩組互補的結果，并使用腳本進行合并，就可以獲得組合氣動聲學仿真的總體頻率響應，如圖2所示。
圖2：音調和寬頻帶結果相結合以獲得模擬的頻率響應
結果分析
使用A計權法和Hanning窗，以25600[Hz]的采樣率和1[Hz]的頻率分辨率在多個位置記錄持續一分鐘的聲壓級。使用快速傅里葉變換來獲得頻域數據。本研究中的接收器距離設備56英寸，距離地面68英寸，如圖3。
CFD學習：氣動彈性顫振分析
基于 CFD 的氣動彈性顫振分析包括對流體-結構相互作用進行建模，以研究飛機在受到來自周圍氣流的空氣動力載荷時的響應。
飛機性能的計算分析
模擬飛機進行氣動彈性顫振分析
使用 CFD 進行氣動彈性顫振分析的過程包括合并流體流動和結構模型以計算氣動載荷和相關的結構應力和變形。流體模型使用Navier-Stokes 方程模擬定義的流動條件下的流場，并計算結構周圍的作用力。同樣，結構模型使用運動方程來求解結構的變形。
通過流體結構仿真和分析，可以了解飛機是否正在經歷正反饋回路或負反饋回路。CFD 工具還可以分析機翼或螺旋槳等飛機結構的行為，以識別不同操作條件下的任何不穩定顫振模式。顫振誘發因素的識別和氣動載荷與結構變形之間循環效應的分析可以反復進行，直到獲得理想的解決方案，即降低顫振和提高性能的單一優化設計。
訂閱我們的時事通訊以獲取最新的 CFD 更新或瀏覽 Cadence 的CFD 軟件套件，包括Fidelity和Fidelity Pointwise，以了解有關 Cadence 如何為您提供解決方案的更多信息。
展開 