大氣邊界層
關(guān)注創(chuàng)建者：ALTAIR 創(chuàng)建時(shí)間：2023-06-30
大氣邊界層的視頻教程
Altair Simlab教程：建筑物上空流動的大氣邊界層問題
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Hyper mesh 2D邊界層繪制
邊界層網(wǎng)格創(chuàng)建： 深入講解邊界層網(wǎng)格的概念和重要性。 演示如何在HyperMesh中創(chuàng)建邊界層網(wǎng)格，包括選擇表面、設(shè)置邊界層參數(shù)和生成網(wǎng)格。 視頻特色： 實(shí)操性強(qiáng)：通過實(shí)際案例演示，讓您在操作中掌握技能。 詳細(xì)講解：對每個(gè)步驟進(jìn)行細(xì)致講解，確保您能夠跟上節(jié)奏。 互動性強(qiáng)：視頻中包含問答環(huán)節(jié)，幫助您鞏固所學(xué)知識。
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大氣邊界層的實(shí)例教程
飛船返回艙穿過大氣層時(shí)，速度能達(dá)到8km/s。即便粗略按地表音速算，也達(dá)到了23個(gè)馬赫。飛行器前方迎風(fēng)面能達(dá)到2000度也就可以理解了。
氣動壓縮離不開高速運(yùn)動，常見的就是在航天領(lǐng)域，但帶來的卻是負(fù)面影響，增加了航天器回收的難度。
但是，氣動加熱也有點(diǎn)兒好的方面，而且很浪漫。夜晚，望向星空，發(fā)現(xiàn)顆顆流星劃過，戀人們雙手合十虔誠許愿。
而我，只希望氣動加熱一定要給力，趁落地前把隕石燒干凈，千萬別砸到我。好了，本期就到這了~下期見！拜拜~
太陽能無人機(jī)也被稱為“大氣層衛(wèi)星”，其長航時(shí)、節(jié)能環(huán)保等各項(xiàng)優(yōu)勢突出，深受世界主要國家關(guān)注。目前，我國已經(jīng)完成了太陽能無人機(jī)臨近空間飛行試驗(yàn)，成為繼美、英之后第三個(gè)掌握這一技術(shù)的國家。
應(yīng)用前景廣闊
之所以能夠獲得全球各個(gè)大國的青睞，太陽能無人機(jī)的應(yīng)用優(yōu)勢自然是主因。據(jù)悉，太陽能無人機(jī)不但具備傳統(tǒng)航空、航天飛行器的諸多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具備自身獨(dú)特能力，一定程度上具有“準(zhǔn)衛(wèi)星”應(yīng)用特征。
太陽能無人機(jī)飛行高度可達(dá)20千米以上，機(jī)動性強(qiáng)，憑借太陽能驅(qū)動還可以實(shí)現(xiàn)長時(shí)間滯空，可以作為空中通信中繼平臺，部分替代通信衛(wèi)星功能，為偏遠(yuǎn)地區(qū)或是災(zāi)害地區(qū)提供應(yīng)急通信等服務(wù)。
而且，太陽能無人機(jī)采用清潔能源，與傳統(tǒng)以化學(xué)燃料驅(qū)動的飛行器相比，其節(jié)能屬性十分明確，基本不會造成大氣污染。另外，太陽能無人機(jī)還能夠根據(jù)任務(wù)需求，靈活搭載不同設(shè)備與模塊，應(yīng)用于動產(chǎn)登記、城市測繪、國土資源調(diào)查、土地確權(quán)等領(lǐng)域。
通信服務(wù)是主業(yè)
雖然太陽能無人機(jī)優(yōu)勢突出，應(yīng)用范圍廣泛，但是從目前的研發(fā)、測試現(xiàn)狀，以及開發(fā)公司的規(guī)劃來看，這種無人機(jī)的主要使命依然是通信服務(wù)。
一直以來，在偏遠(yuǎn)山區(qū)、離岸海島等地區(qū)，通信十分不便，即便安裝了相關(guān)設(shè)施，通信質(zhì)量也差強(qiáng)人意；此外，在發(fā)生自然災(zāi)害時(shí)，一旦遭遇通信中斷，盡快回復(fù)通信對于救援行動的開展相當(dāng)重要。
所以，太陽能無人機(jī)的應(yīng)用能夠在通信服務(wù)領(lǐng)域扮演四類關(guān)鍵角色，以體現(xiàn)自身價(jià)值。
展開 事實(shí)上，燒蝕熱屏蔽一直用于協(xié)助飛行器承受重返大氣層時(shí)產(chǎn)生的高熱載荷。
一位畫家繪制的再入飛行器上的熱屏蔽。
燒蝕建模要求設(shè)置一個(gè)計(jì)算固體材料溫度隨時(shí)間變化的模型并對其求解，同時(shí)要考慮升華熱和產(chǎn)生的材料去除。首先，必須設(shè)置一個(gè)熱邊界條件，確保固體材料溫度不超過升華溫度。其次，要制訂一種方法，對相關(guān)域中的質(zhì)量去除建模。讓我們來看一下如何在 COMSOL Multiphysics 中完成這兩項(xiàng)任務(wù)。
在 COMSOL Multiphysics 中對熱燒蝕建模
首先，我們考慮為上方展示的飛行器上的熱屏蔽建立一個(gè)高度簡化的模型。假設(shè)分布在熱屏蔽上的熱通量在時(shí)間和空間上一致。另一個(gè)假設(shè)是，熱屏蔽的材料屬性不變，并且與沿厚度的溫度變化相比，屏蔽平面上的溫度變化忽略不計(jì)。在這兩個(gè)假設(shè)條件下，我們可以將模型簡化成一個(gè)一維域，如下圖所示。
熱通量一致的熱屏蔽（上一張圖中）可以簡化為一個(gè)一維模型。
一維域的熱邊界條件開始于一側(cè)的熱絕緣條件，這意味著飛行器機(jī)身不排熱。另一側(cè)的熱通量一致且固定，與重返大氣層時(shí)大氣傳熱的效果相似。
最后，我們需要加入一組邊界條件，用于對材料燒蝕引起的熱損耗模擬。材料溫度達(dá)到其燒蝕溫度時(shí)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，并從我們的建模域中去除。因此，固體材料的溫度不可能比燒蝕溫度高，當(dāng)材料溫度達(dá)到其燒蝕溫度時(shí)，表面會損失一定的質(zhì)量，具體取決于材料密度和升華熱。為了對這種固體材料建模，我們需要一個(gè)熱邊界條件，以及一種對材料去除進(jìn)行建模的方法。
我們針對燒蝕建模引入的熱邊界條件是一個(gè)燒蝕熱通量條件，其形式為：
(1)
其中， 表示材料燒蝕吸收的熱通量， 表示燒蝕溫度，表示與溫度相關(guān)的傳熱系數(shù)， 時(shí)為零， 時(shí)呈線性增長。
這條曲線的斜率很陡，這就確保固體溫度不可能明顯超過燒蝕溫度。除了熱邊界條件之外，我們還必須加入材料去除。
展開 文章原題：W
ind-Tur
bine and Wind-Farm Flows: A Rev
ie
w，英國杜倫大學(xué)
文章的主要內(nèi)容如下：
隨著水平軸風(fēng)力機(jī)的發(fā)展，以及空氣動力學(xué)的進(jìn)步，現(xiàn)代的水平軸風(fēng)力機(jī)實(shí)現(xiàn)了約0.5的功率系數(shù)，非常接近貝茨極限（0.593），但對實(shí)際的風(fēng)力機(jī)以及風(fēng)場的性能預(yù)測仍然是一個(gè)比較復(fù)雜的事，這是由于風(fēng)力渦輪機(jī)與大氣邊界層（atmospheric boundary layer）之間的復(fù)雜相互作用。
本文總結(jié)了影響風(fēng)能的四個(gè)不同尺度，從翼形尺度到宏觀尺度。如圖1，
近年來，研究人員主要通過以下四種方法分析湍流，大氣邊界層與風(fēng)力渦輪機(jī)以及風(fēng)場的相互作用：分析模型（analytical modelling），計(jì)算機(jī)流體動力學(xué)（CFD）,風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)（wind tunnel experients），現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)（field experiments）。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)對流場的影響包括上游（也稱為感應(yīng)區(qū)域）和下游（即渦輪機(jī)前方，及渦輪機(jī)后方），且對上游的影響主要是降低風(fēng)速，
x代表流向方向，風(fēng)輪處為0，逆風(fēng)方向?yàn)樨?fù)，d為轉(zhuǎn)子直徑,a表示轉(zhuǎn)子感應(yīng)系數(shù)。
渦輪機(jī)的下游區(qū)域，也就是尾流，通常分為兩個(gè)區(qū)域，分別為：1近尾流（長度為2~4個(gè)轉(zhuǎn)子直徑）2遠(yuǎn)尾流，如圖2，
近尾跡區(qū)域會受到葉片，葉片形狀，輪轂，機(jī)艙形狀的影響，所以流場非常復(fù)雜，相反，遠(yuǎn)尾跡區(qū)域受風(fēng)力機(jī)的影響較小。
風(fēng)輪近尾跡區(qū)域最重要的特點(diǎn)，是葉尖與葉根脫落的周期性螺旋渦結(jié)構(gòu)，也就是圖2中藍(lán)色的圈圈，在文獻(xiàn)中已得到廣泛證明。
展開 作者Cadence CFD 解決方案
關(guān)鍵要點(diǎn)
比較和對比層流和湍流。
深入研究層流邊界層的特性。
重點(diǎn)關(guān)注層流邊界層的熱力學(xué)。
層流邊界層的特征決定了低流速的相對有序行為
足夠慢地打開水槽水龍頭頭，您可能會看到一些有趣的東西。在低流速下，水以易于觀察的整體形狀流動，但在達(dá)到一定流速后，這種形狀就會變成混亂、不透明的激流。流速有影響，但推動變化的底層結(jié)構(gòu)是什么？答案是流動可以分為層流或湍流，并且每一種都與某些特性相關(guān)聯(lián)。
對于外行人來說，“動蕩”是一個(gè)人們可能有一些經(jīng)驗(yàn)的術(shù)語，即使他們不了解這種現(xiàn)象的細(xì)節(jié)。兩者之間的主要區(qū)別歸結(jié)為邊界層——與固體相鄰的一段流體，其大小和功能可能因流體和固體而異。層流邊界層的特征因其結(jié)構(gòu)化性質(zhì)和它們提供的性能優(yōu)勢而特別值得注意。
描述層流邊界層的特征
當(dāng)流體流過固體時(shí)，會建立一個(gè)邊界層，其中流體粒子相對于表面的速度為零。由于流體和固體之間的粘附力克服了液體顆粒之間的內(nèi)聚力，因此存在這種稱為無滑移條件的特性。邊界層的存在可以產(chǎn)生具有低雷諾數(shù)（慣性力與粘性力之比）的粘性層連續(xù)體，其粘性隨距邊界層的距離成比例增加。這是層流的情況，由于類似表面水平阻力的減少，層流通常被視為與密切相關(guān)的湍流相比更可取的狀態(tài)。
雖然表現(xiàn)良好的層流相對不穩(wěn)定 - 如果距離流體經(jīng)過浸沒固體的點(diǎn)有足夠的距離 - 層流讓位于湍流。稱為邊界層控制的流體動力學(xué)的一個(gè)子集涉及設(shè)計(jì)技術(shù)以最大化流動過渡之前的距離。通常，實(shí)體的最厚點(diǎn)應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離邊界層的初始點(diǎn)，以降低雷諾數(shù)以獲得盡可能長的距離。
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大氣邊界層的最新內(nèi)容
SpaceX的星艦進(jìn)行了第三次發(fā)射試驗(yàn)，吸引了全世界的眼球。盡管這次只有發(fā)射，沒有回收，但還是讓人類朝著低成本太空運(yùn)輸，前進(jìn)了一大步。也許星艦的下次試驗(yàn)，你就能看到這枚超重型火箭的回收過程了。航天器回收所面臨的挑戰(zhàn)眾多，其中之一就是要戰(zhàn)勝其返回大氣層所產(chǎn)生的高溫。
比如2003年哥倫比亞號航天飛機(jī)失事，就是因?yàn)楦魺嵯到y(tǒng)損壞，飛機(jī)被高溫穿透并解體。再比如，神舟飛船返回艙安全回到地面過程中，
之前的視頻中有時(shí)會提到一些流體力學(xué)名詞，之后應(yīng)該也會用到，因?yàn)榭次恼碌呐笥褌儾灰欢ㄊ橇黧w領(lǐng)域的，所以可能對這些名詞不太熟悉，建議我解釋解釋。咱們今天的視頻就解釋三個(gè)名詞：邊界層、層流和湍流。我盡量用和流體沒有關(guān)系的語言來表述表達(dá)，讓所有領(lǐng)域的伙伴們都能聽得懂。
首先，邊界層。書本定義是：當(dāng)流體流過固體表面時(shí)，由于流體的粘性，會在固體表面形成一個(gè)厚度逐漸增加的薄層。薄層內(nèi)垂直壁面方向，流體速度逐漸增大
混凝土的細(xì)觀結(jié)構(gòu)決定著其宏觀破壞行為，對混凝土在結(jié)構(gòu)尺度上采用細(xì)觀模型將導(dǎo)致巨大的計(jì)算量而難以實(shí)現(xiàn)，表征體元（?REV）?方法可選取一定的平均范圍來描述混凝土的性質(zhì)和行為，這對于理解和模擬混凝土的損傷機(jī)理至關(guān)重要。
本案例在Abaqus內(nèi)采用Random Sphere RVE 3D（Mesh
隨著風(fēng)能開發(fā)利用規(guī)模的擴(kuò)大，需要對大氣邊界層流場中更多微尺度的運(yùn)動過程進(jìn)一步研究。Raithby 等基于 CFD 開展的山地風(fēng)場研究是這方面最早的工作之一。然而，CFD 對于復(fù)雜下墊面高雷諾數(shù)的大氣邊界層風(fēng)場模擬仍面臨挑戰(zhàn)。
Hypermesh聯(lián)合Fluent仿真：教你創(chuàng)建CFD邊界層網(wǎng)格
導(dǎo)言：本教程適合采用Hypermesh作為CFD前處理軟件的新手，主要解決做流體仿真分析時(shí)，邊界層網(wǎng)格如何創(chuàng)建，以及內(nèi)部的四面體網(wǎng)格如何創(chuàng)建的問題，不包含求解器分析部分。
目錄：數(shù)據(jù)導(dǎo)入、數(shù)據(jù)清理、網(wǎng)格劃分、網(wǎng)格導(dǎo)出
1、 數(shù)據(jù)導(dǎo)入
在數(shù)據(jù)導(dǎo)入hypermesh之前確保一些大的清理步驟，比如塊的創(chuàng)建、切割
一、邊界層概念
邊界層是高雷諾數(shù)繞流中緊貼物面的粘性力不可忽略的流動薄層，又稱流動邊界層、附面層。這個(gè)概念由近代流體力學(xué)的奠基人，德國人Ludwig Prandtl
各向異性細(xì)化
V2S網(wǎng)格劃分方法主要用于自由表面或大氣邊界層的各向異性細(xì)化。細(xì)化是在各向異性遠(yuǎn)場網(wǎng)格的網(wǎng)格生成過程結(jié)束時(shí)進(jìn)行的。
S2V 網(wǎng)格劃分可為前緣和鈍邊生成各向異性表面網(wǎng)格，并生成高質(zhì)量的粘性層。這種網(wǎng)格劃分方法可以大大減少細(xì)胞計(jì)數(shù)（與各向同性細(xì)胞相比），同時(shí)保留表面捕獲。此外，使用 S2V 生成的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格非常適合預(yù)測空化。
Shamsoddin and Porté-Agel（2016）通過計(jì)算100多種不同的葉尖速比、葉片弦長（就是組合成不同的實(shí)度）參數(shù)下的功率系數(shù)，模型基于大氣層邊界，最佳功率系數(shù)下的實(shí)度與葉尖速比的組合為0.18與4.5，此時(shí)的功率系數(shù)有0.47。
目前世界各國有關(guān)冷卻塔的荷載規(guī)范僅適用于良態(tài)氣候條件大氣邊界層風(fēng)場，缺少對于風(fēng)場特異性較強(qiáng)的龍卷風(fēng)荷載效應(yīng)的評估。
CFD-1200: CFD Meshing with Automatic BL Thickness Reduction
1. Load the CFD User Profile
2. Open the Model File
安裝目錄下的： manifold_inner_cylinder.hm 網(wǎng)格文件。
