Fluent搅拌器的动力学分析

搅拌器的动力学分析

1、打开workbench，在左侧找到fluent，拖到project schematic中，并双击Geometry，导入模型（不过本人更习惯使用DesignModeler，可右键进行选择，否则默认双击进入Spaceclaim）

2. 导入模型，并Generate

3、画一个圆并进行切分，以划分圆内区域作为转动区域，注意，圆的半径小于叶片的1/10比较合适。

切分完成后看到两个body了，外部和内部区域分别重命名为fix和rotate，表示外部为固定区域，内部为转动区域。

4、退出Geometry，双击Mesh进行网格划分在划分网格之前先要设置接触组

插入接触组之后选择自动生成接触发现有5个接触面，按道理讲，应该只有一个接触面才对，因为只有转动区域和固定区域一组接触面。

原因是什么呢，原因就在与ansys自动检测接触是通过判断区域之间的距离是否小于间隙公差进行的，只要小于这个公差就被ansys自动判断为接触区域了。所以，只要把公差类型改成value然后把公差值调小成1e-5，就行了。这样，满足这一条件的就只有一组接触了

下面开始网格划分，这里我们先对边进行尺寸划分，划分成50份

选中外边界，右键设置named selection

5、退出Mesh，进入Setup选择对应模型进行计算

加载材料

赋予fix材料

赋予rotate材料以及转速

设置叶片和搅拌器的相对速度

其它默认，初始化

求解

6、查看结果

速度云图

总压云图

从结果可以看到压力和速度的分布，叶片末端的速度是最大的，且沿叶片不均匀分布，总压亦是。

1第一章 空气动力学基础知识复习过程

1第一章空气动力学 基础知识

第四单元飞机与飞机系统 第一章空气动力学基础知识 1.1 大气层和标准大气 1.1.1 地球大气层 地球表面被一层厚厚的大气层包围着。飞机在大气层内运动时要和周围的介质——空气——发生关系，为了弄清楚飞行时介质对飞机的作用，首先必须了解大气层的组成和空气的一些物理性质。 根据大气的某些物理性质，可以把大气层分为五层：即对流层(变温层)、平流层(同温层)、中间层、电离层(热层)和散逸层。 对流层的平均高度在地球中纬度地区约11公里，在赤道约17公里，在两极约8公里。对流层内的空气温度、密度和气压随着高度的增加而下降，并且由于地球对大气的引力作用，在对流层内几乎包含了全部大气质量的四分之三，因此该层的大气密度最大、大气压力也最高。大气中含有大量的水蒸气及其它微粒，所以云、雨、雪、雹及暴风等气象变化也仅仅产生在对流层中。另外，由于地形和地面温度的影响，对流层内不仅有空气的水平流动，还有垂直流动，形成水平方向和垂直方向的突风。对流层内空气的组 成成分保持不变。 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢1

从对流层顶部到离地面约30公里之间称为平流层。在平流层中，空气只有水平方向的流动，没有雷雨等现象，故得名为平流层。同时该层的空气温度几乎不变，在同一纬度处可以近似看作常数，常年平均值为摄氏零下56.5度，所以又称为同温层。同温层内集中了全部大气质量的四分之一不到一些，所以大气的绝大部分都集中在对流层和平流层这两层大气内，而且目前大部分的飞机也只在这两层内活动。 中间层从离地面30公里到80至100公里为止。中间层内含有大量的臭氧，大气质量只占全部大气总量的三千分之一。在这一层中，温度先随高度增加而上升，后来又下降。 中间层以上到离地面500公里左右就是电离层。这一层内含有大量的离子(主要是带负电的离子)，它能发射无线电波。在这一层内空气温度从-90℃升高到1 000℃，所以又称为热层。高度在150公里以上时，由于空气非常稀薄，已听不到声音。 散逸层位于距地面500公里到1 600公里之间，这里的空气质量只占全部大气质量的1011 ，是大气的最外一层，因此也称之为“外层大气”。 1.1.2 大气的物理性质 大气的物理性质主要包括：温度、压强、密度、粘性和可压缩性等。 气体的压强p是指气体作用于容器内壁的单位面积上的正压力。大气的压强是指大气垂直地作用于物体表面单位面积上的力。 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢2

fluent计算错误分析

1. FlUENT 1.1 求解方面 1.1.1 floating point error是什么意思？怎样避免它？ Floating point error已经提过很多次了并且也已经对它讨论了许多。下面是在Fluent论坛上的一些答案： 从数值计算方面看，计算机所执行的运算在计算机内是以浮点数（floating point number）来表示的。那些由于用户的非法数值计算或者所用计算机的限制所引起的错误称为floating point error。 1）非法运算：最简单的例子是使用Newton Raphson方法来求解f(x)=0的根时，如果执行第N次迭代时有，x=x(N)，f’(x(N))=0，那么根据公式x(N+1)=x(N)-f(x(N))/ f’(x(N))进行下一次迭代时就会出现被0除的错误。 2）上溢或下溢：这种错误是数据太大或太小造成的，数据太大称为上溢，太小称为下溢。这样的数据在计算机中不能被处理器的算术运算单元进行计算。 3）舍入错误：当对数据进行舍入时，一些重的数字会被丢失并且不可再恢复。例如，如果对0.1进行舍入取整，得到的值为0，如果再对它又进行计算就会导致错误。 避免方法 计算和迭代我认为设一个比较小的时间步长会比较好的。或者改成小的欠松驰因子也会比较好。从我的经验来看，我把欠松驰因子设为默认值的1/3；降低欠松驰因子或使用耦合隐式求解；改变欠松驰因子，如果是非稳态问题可能是时间步长太大；改善solver-control-limits 比例或许会有帮助；你需要降低Courant数；如果仍然有错误，不选择compute from初始化求解域，然后单击init。再选择你想从哪个面初始化并迭代，这样应该会起作用。另外一个原因可能是courant数太大，就样就是说两次迭代之间的时间步太大并且计算结果变化也较大（残差高）。 网格问题当我开始缩放网格时就会发生这个错误。在Gambit中，所有的尺寸都是以mm 为单位，在fluent按scale按钮把它转换成m，然后迭代几百次时就会发生这种错误。但是当我不把网格缩放到m时，让它和在Gambit中一样，迭代就会成功；我认为你应当检查网格，你的网格数太多了，使用较少的网格问题就会解决；网格太多，计算机资源不够用，使使比较粗的网格。 边界条件在我的分析中，我设了一个wall边界条件来代迭axis边界条件，结果fluent拒绝计算并告诉我floating point error。你的边界条件不能代表真实的物理现象；错误的边界条件定义可能会导致floating point error。例如把内边界设成interior；一次我使用对称边界条件模拟2D区间时也遇到这种问题，我把symmetry设为axe symmetric，就发生了floating point error；检查你设的湍流参数，减小湍流强度，先进行50次迭代。 多处理器问题我近来在进行多处理器模拟时也遇到相似的问题。问题的解决方法是在单个处理器上运行，这样就运算得很好。 错误迭代以错误的条件来初始化，在开始迭代时就会发生floating point error。 1.1.2 coupled和segregated求解有什么区别？ Coupled会同时求解所有的方程（质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程）而不是单个方程求解（方程互相分离）。当速度和压力高度耦合（高压和高速）时应该使用耦合求解，但这样会需要较长的计算时间。 在耦合求解中，能量方程中总是包含组分扩散（Species Diffusion Term）项。

fluent 介绍

想起CFD，人们总会想起FLUENT，丰富的物理模型使其应用广泛，从机翼空气流动到熔炉燃烧，从鼓泡塔到玻璃制造，从血液流动到半导体生产，从洁净室到污水处理工厂的设计，另外软件强大的模拟能力还扩展了在旋转机械，气动噪声，内燃机和多相流系统等领域的应用。今天，全球数以千计的公司得益于FLUENT的这一工程设计与分析软件，它在多物理场方面的模拟能力使其应用范围非常广泛，是目前功能最全的CFD软件。 FLUENT因其用户界面友好，算法健壮，新用户容易上手等优点一直在用户中有着良好的口碑。长期以来，功能强大的模块，易用性和专业的技术支持所有这些因素使得FLUENT成为企业选择CF D软件时的首选。 网格技术，数值技术，并行计算 计算网格是任何CFD计算的核心，它通常把计算域划分为几千甚至几百万个单元，在单元上计算并存储求解变量，FLUENT使用非结构化网格技术，这就意味着可以有各种各样的网格单元：二维的四边形和三角形单元，三维的四面体核心单元、六面体核心单元、棱柱和多面体单元。这些网格可以使用FLUENT的前处理软件GAMBIT自动生成，也可以选择在ICEM CFD工具中生成。

六面体核心网格 四边形平铺网格 在目前的CFD市场， FLUENT以其在非结构网格的基础上提供丰富物理模型而著称，久经考验的数值算法和鲁棒性极好的求解器保证了计算结果的精度，新的NITA算法大大减少了求解瞬态问题的所需时间，成熟的并行计算能力适用于NT，Linux或Unix平台，而且既适用单机的多处理器又适用网络联接的多台机器。动态加载平衡功能自动监测并分析并行性能，通过调整各处理器间的网格分配平衡各CPU的计算负载。

空气动力学

空气动力学 科技名词定义 中文名称：空气动力学 英文名称：acerodynamics;aerodynamics 定义1：流体力学的分支学科，主要研究空气运动以及空气与物体相对运动时相互作用的规律，特别是飞行器在大气中飞行的原理。 所属学科：大气科学（一级学科）；动力气象学（二级学科） 定义2：研究空气和其他气体的运动以及它们与物体相对运动时相互作用规律的科学。 所属学科：航空科技（一级学科）；飞行原理（二级学科） 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 百科名片

同名书籍 空气动力学是力学的一个分支，它主要研究物体在同气体作相对运动情况下的受力特性、气体流动规律和伴随发生的物理化学变化。它是在流体力学的基础上，随着航空工业和喷气推进技术的发展而成长起来的一个学科。 目录

编辑本段 1．动量理论 推导出作用在风机叶轮上的功率P和推力T（忽略摩擦阻力）。 由于受到风轮的影响，上游自由风速V0逐渐减小，在风轮平面内速度减小为U1。上游大气压力为P0，随着向叶轮的推进，压力逐渐增加，通过叶轮后，压力降低了ΔP，然后有又逐渐增加到P0（当速度为U1时）。 根据伯努力方程 H=1/2（ρv2）+P (1) ρ—空气密度 H—总压 根据公式（1）， ρV02/2+P0=ρu2/2+p1 ρu12/2+P0=ρu2/2+p2 P1-p2=ΔP 由上式可得ΔP=ρ（V02- u12）/2 (2) 运用动量方程，可得作用在风轮上的推力为： T=m(V1-V2) 式中m=ρSV,是单位时间内的质量流量 所以：T＝ρSu（V0-u1） 所以：压力差ΔP＝T/S=ρu（V0-u1） 由（2）和（3）式可得： u＝1/2[（V0-u1）] (4) 由（4）式可见叶轮平面内的风速u是上游风速和下游风速的平均值，因此，如果我们用下式来表示u。 u=(1-a)*V0 (5) a 称为轴向诱导因子，则u1可表示为： u1=(1-2a)*V0 (6)

Fluent性能分析

Fluent性能分析 仅仅就我接触过得谈谈对fluent的认识，并说说哪些用户适合用，哪些不适合 fluent对我来说最麻烦的不在里面的设置，因为我本身解决的就是高速流动可压缩N-S方程，而且本人也是学力学的，诸如边界条件设置等概念还是非常清楚的同时我接触的流场模拟，都不会有很特别的介质，所以设置起来很简单 对我来说，颇费周折的是gambit做图和生成网格，并不是我不会，而是gambit对作图要求的条件很苛刻，也就是说，稍有不甚，就前功尽弃，当然对于计算流场很简单的用户，这不是问题。有时候好几天生成不了的图形，突然就搞定了，逐渐我也总结了一点经验，就是要注意一些小的拐角地方的图形，有时候做布尔运算在图形吻合的地方，容易产生一些小的面最终将导致无法在此生成网格， fluent里面的计算方法是有限体积法，而且我觉得它在计算过程中为了加快收敛速度，采取了交错网格，这样，计算精度就不会很高。同时由于非结构网格，肯定会导致计算精度的下降，所以我一贯来认为在fluent里面选取复杂的粘性模型和高精度的 格式没有任何意义，除非你的网格做的非常好。 而且fluent5.5以前的版本（包括5。5），其物理模型，（比如粘性流体的几个模型）都是预先设定的，所以，对于那些做探索性或者检验新方法而进行的模拟，就不适合 用。 同时gambit做网格，对于粘性流体，特别是计算湍流尺度，或者做热流计算来说其网格精度一般是不可能满足的，除非是很小的计算区域 所以，用fluent做的比较复杂一点的流场（除了经典的几个基本流场） 其计算所得热流，湍流，以及用雷诺应力模拟的粘性都不可能是准确的， 这在物理上和计算方法已经给fluent判了死刑，有时候看到很多这样讨论的文章，觉得 大家应该从物理和力学的本质上考虑问题。 但是，fluent往往能计算出量级差不多的结果，我曾经做了一个复杂的飞行器热流计算，高超音速流场，得到的壁面热流，居然在量级上是吻合的，但是，从计算热流需要的壁面网格精度来判断，gambit所做的网格比起壁面网格所满足的尺寸的要大了至少2个数量级， 我到现在还不明白fluent是怎么搞的。 综上，我觉得，如果对付老板的一些工程项目，可以用fluent对付过去但是如果真的做论文，或者需要发表文章，除非是做一些技术性工作，比如优化计算 一般用fluent是不适合的。 我感觉fluent做力的计算是很不错的，做流场结构的计算，即使得出一些涡也不是流场本身性质的反应，做低速流场计算，fluent的优势在于收敛 速度快，但是低速流场计算，其大多数的着眼点在于对流场结构的探索，所以计算得到的结果就要好好斟酌一下了，高速流场的模拟中，一般着眼点在于气动力的结果，压力分布

六斜叶式搅拌器流场数值模拟

大学 Zhengzhou University Cae课程论文 六斜叶式搅拌器流场数值模拟 Numerical Simulation of Shell-side Fluid-flow in the Six pitched blade stirrer 专业班级：过程装备与控制工程3班 作者：郝苒杏 作者学号：20090360310 完成时间：2012年12月16日

目录 摘要 (1) Abstract (1) 1、背景与意义 (1) 2、研究现状 (2) 3、数学物理模型 (2) 3.1基本控制方程 (2) 3.2湍流模型介绍 (3) 4、六斜叶搅拌器fluent数值模拟 (3) 4.1搅拌器结构 (3) 4.2几何建模 (4) 4.3网格划分 (4) 4.4模型求解设置 (5) 4.5边界条件设置 (6) 4.6残差设置 (7) 4.7初始化并且迭代求解 (8) 5结果分析 (8) 5.1网格独立性考核 (8) 5.2搅拌器流场速度矢量分析 (9) 5.3搅拌器压力场分析 (10) 6结论 (11) 7参考文献 (11)

六斜叶式搅拌器流场数值模拟 摘要 本文以常规六斜叶搅拌器设备为研究对象，采用数值模拟的方法，研究了搅拌器搅拌釜的流场特性的分布规律。研究结果表明:六斜叶搅拌器流动呈现为一个位于搅拌叶片外侧的大漩涡和一个位于叶片下方的小漩涡，两个漩涡之间存在流体和能量的交换，在六斜叶搅拌器中，桨叶区湍动能较大，能量耗散率高。将CFD技术应用于搅拌器搅拌流场的分析，基于Naives-Stokes方程和标准k－e 紊流模型，求解搅拌器的湍流场，数值模拟的结果对搅拌器水力优化设计具有指导意义。 Abstract In this paper, numerical simulation is eateries out to study the flow fields in three stirred tanks such as the general Pitched blade turbines(PDT)，the standard RUSHTON，and a stirred equipment with special usage. The results show that there is a large-scale vortex in the outer of the blade and a small vortex below the blade. The ruction stirred is vary little flow exchange between the vortices. The region of the stirred bale has a relative large turbulence and high turbulence dissipation rate. Stirrer CFD technology is applied to the analysis of the flow field, which is based on the Naives-Stokes equations and the standard k-e turbulence model and to solve agitator turbulence field. The numerical simulation results of the agitator is helpful to guide the design of its hydraulic optimization. 1、背景与意义 搅拌与混合是应用最广泛的过程操作之一，搅拌设备也大量应用于化工、轻工、医药、食品、造纸、冶金、生物、废水处理等行业中。由于相际接触面积大、传热传质效率高、操作稳定、结构简单、制造方便等优点，使得搅拌设备既可以当做反应器应用于很多场合，例如在合成橡胶，合成纤维和合成塑料这三大合成材料的生产中，搅拌设备作为反应器的约占反应器总数的85%一90%。同时也有大量的搅拌设备并不是仅用在化学反应中应用物料的混合、传热、传质以及制备乳液、悬浮液等。在很多化工过程中，例如水煤浆和原油的输送是煤化工，石油化的重要特征，这种高浓度的液体输送前需要有相应的搅拌过程来防止进行前可能的沉淀。 在发酵工业中，搅拌操作同样占有非常重要的地位。发酵工业涉及到很多有氧呼吸的微生物，同时氧气在发酵液中的溶解度一般都很低。为了保证微生物基本代活动所需要的氧气，氧气的迅速有效的供给尤为重要。有氧发酵过程中所涉及到的搅拌操作主要是气液传质和分散。此外，(l)发酵过程中一般都伴随有中间补给，搅拌操作可以使补给原料和基料迅速混合，避免了局部的浓度过高。(2)微生物的代活动和搅拌过程都能产生大量的热，这些可以通过搅拌来强化传热从而使搅拌釜的物料温度保持均匀。(3)可以使发酵液中的菌体和固体基质均匀的悬浮。 在实现混合操作的过程中，转轮的搅拌推流形式起着很重要的作用。不同的转轮造成的搅拌推流效果差别很大，而不同的生产过程有不同的搅拌推流目的。本文将CFD软件应用于搅拌器的搅拌流场分析，对以后的设计和分析具有指导性的意义。

汽车车身的空气动力学应用

研究性学习论文 小组成员： 班级：机电1011 指导教师：卢梅

汽车车身的空气动力学应用摘要：汽车在行驶中由于空气阻力的作用，围绕着汽车重心同时产生纵向，侧向和垂直等三个方向的空气动力量，对高速行驶的汽车都会产生不同的影响。因此轿车的车身设计既要服从空气动力学，要有尽量低的空阻系数，降低发动机的输出负担，又要采取措施，降低诱导阻力，以保证轿车的行驶安全。 关键词：空气动力学，车身外形设计，导流板，扰流板背景：迄今为止，汽车的发展已经过了112 年，无论是汽车的速度，还是汽车的配置，或者是汽车的造型多有了长足的发展。随着汽车速度的提高，空气阻力成为汽车前进的最大障碍。在此因素下，汽车造型经历了马车型汽车,箱型汽车,甲壳虫型汽车,船型汽车,鱼型汽车以及楔型汽车等六个阶段的演变，从而越来越符合空气动力学的要求，越来越符合人们的审美观。在这一发展历程，也可看 做是人们对空气动力学的认识及应用过程。 1934 年，流体力学研究中心的雷依教授，采用模型汽车在风洞中试验的方法测量了各种车身的空气阻力，这是具有历史意义的试验。它标志着人们开始运用流体力学原理研究汽车车身的造型。1937年，德国设计天才费尔南德保时捷开始设计类似甲壳虫外形的汽车。它是第一代大量销售的空气动力学产物的汽车。1949年福特公司推出了福特V8汽车，这种车型改变了以往汽车造型模式、使前翼子板和发动机罩,后翼子板和行李舱溶于一体,大灯和散热器罩也形成整体,车身两侧是一个平滑的面,驾驶室位于中部,整个造型很象一只小船,因此,我们把这类车称为“船型汽车”。船形汽车不论从外形上还是从性能上来看都优于甲壳虫形汽车，并且还较好地解决了甲壳虫形汽车对横风不稳定的问题。船型汽车尾部过分向后伸出,形成阶梯状,在高速行驶时会产生较强的涡流,为了克服这一缺点,人们把船型车的后窗玻璃逐渐倾斜,倾斜的极限即成为斜背式。由于这个背部很象鱼的背脊,所以这类车称为“鱼型汽车”。“鱼”型虽然解决了涡流的困难，但也引起了一些空气动力学缺陷。是当汽车高速行驶时汽车的升力会比较大。鉴于鱼形汽车的缺点，设计师在鱼形汽车的尾部安上了一个上翘的“鸭尾巴”以此来克服一部分空气的升力，这便是“鱼形鸭尾式”车型。这是最早为克服气动升力而做的空气动力学设计。为了从根本上解决鱼型车的升力问题,科学家们设想了种种方案,最后终于找到了一种楔型造型。就是将车身整体向前下方倾斜,车身后部像刀切一 样平直，这种造型有效地克服了升力。目前,各种身价过百万元的超级跑车设计都基本上采用楔型。各大车厂也都开发带有楔型效果的小客车，如两厢式旅行车, 子弹头面包车等形式的轿车。在此基础上，增加扰流板等装置，进一步解决了空气升力的问题。 正文： 汽车气动阻力分析：从种类上分，汽车气动阻力由形状阻力、干扰阻力、摩擦阻力、诱导阻力和内部阻力五部分迭加构成。 形状阻力：由于气流分离现象。在汽车后面形成尾流区，前后气流压力不相等，从而形成压差阻 力。压差阻力的大小是由车身外部形状决定的，所以一般称为形状阻力。它约占空气阻力的58％，是气动阻力的主要部分。 干扰阻力：车身表面凸起物、凹槽和车轮等局部影响气流流动，从而引起空气阻力，约占14％。 摩擦阻力：空气的粘滞性使气流在经过车身表面时产生一个切向力. 其综合 合力在汽车行驶方向的分力就是摩擦阻力。约占气动阻力的10%。

FLUENT 15.0 VOF模型测试报告

ANSYS 15.0 系列测试报告 FLUENT 15.0 VOF模型 测试人：崔亮安世亚太公司 测试时间：2013.12.01

1、仿真平台 HP Z820工作站，Intel Xeon E5-2690 * 2，内存64GB，2TB SATA硬盘。安装ANSYS 15.0 Preview3版本。 2、仿真模型 对某车型上带有底部隔板的油箱，在车辆加速时油箱内燃油晃动的瞬态过程进行瞬态仿真分析，网格单元数约10万，使用FLUENT的VOF模型计算空气和燃油的两相交界面。重点考察FLUENT 15.0中VOF模型的计算效率和两相交界面捕捉精度的提升。 测试案例的几何形状 测试案例的网格模型 3、试用情况 1）.稳定性 在整个试用过程中，软件保持稳定，未出现任何不流畅、死机、系统崩溃等情况。2）.流畅度 模型拖动、旋转、缩放等操作十分流畅，模型设定及求解过程操作十分流畅。 3）.效率 该模型使用0.0005秒的时间步长进行瞬态计算，共计算了2000步，共计1.0秒时长。使用15.0 Preview3版本所用的计算时间为3693秒。之前使用13.0版本计算该模型所用计算时间为4381秒。新版本提速15.7%。 4）.硬件资源调用情况 由于该模型网格数量较少，仅使用单核进行求解计算。在整个计算过程中，单核占用率达到100%，内存占用峰值约为400 MB。之前使用13.0版本计算该模型的内存占用峰值约

为450兆。新版本对内存的峰值占用约为旧版本的90%左右。 5）.计算精度 VOF模型的计算精度体现在两相交界面捕捉的清晰程度，15.0版本的交界面捕捉清晰程度比旧版本略有提升，对于一些较小的气泡有着更好的捕捉能力。 t=0.45s时，15.0版本和13.0版本计算的两相交界面对比 t=0.45s时，15.0版本和13.0版本计算的两相交界面对比 4、总结 在ANSYS 15.0 Preview3版本的试用过程中，对FLUENT 15.0中VOF模型的计算效率提升感到满意，相比较于旧版本，约有15%的计算速度提升，这对缩短仿真分析的周期有极大帮助；还有约10%的内存峰值占用量下降，这对于合理利用现有硬件资源进行更大规模的模型计算有着重要意义。此外，新版本VOF模型的计算精度也有所提升，两相交界面捕捉更加锐利，对于一些较小的气泡，相对于旧版本有着更好的捕捉能力

空气动力学

基于空气动力学的车身设计方法 14车辆卓越雷方龙1408032214 现如今工业技术急速进步，为汽车工业发展创造了良好的契机，汽车变得越来越普及、越来越高速，由此车身空气动力学曲线问题得到诸多研究人员的热点关注。 众所周知，车速越快阻力越大，空气阻力与汽车速度的平方成正比。如果空气阻力占汽车行驶阻力的比率很大，会增加汽车燃油消耗量或严重影响汽车的动力性能。据测试，一辆以100km/h速度行驶的汽车，发动机输出功率的80%将被用来克服空气阻力，减少空气阻力，就能有效地改善汽车的行驶经济性。如图1为空气流动对汽车的各方面影响。 图1 自卡尔·本次在1886年发明生产出世界上第一辆汽车起，汽车已有了百年的发展历史。从汽车造型角度而言，自最初的马车型汽车(无空气动力学阶段)，到现如今的复合型汽车(空气动力学高度化阶段)，车身空气动力学曲线发展收获了显著的成效[1]。车身空气动力学一方面重要影响着汽车的各式各样关键性能，好比动力性能、安全性能、环保性能以及经济性能等，另一方面也重要影响着汽车的外观转变及审美发展潮流。随着社会经济发展，人们生活水平日益改善，人们对于出行必备交通工具汽车的性能要求愈来愈高，汽车生产商对于车辆的气动特征也越来越关注，气动性能的好坏以转变成汽车行业竞争的关键因素。 汽车在行驶中由于空气阻力的作用，围绕着汽车重心同时产生纵向，侧向和垂直等三个方向的空气动力量，对高速行驶的汽车都会产生不同的影响，其中纵向空气力量是最大的空气阻力，大约占整体空气阻力的80%以上。

一、在研究汽车空气动力学的过程中的三种方法。 （1）、理论研究方法理论研究方法通过抓住所分析问题的主要影响因素，抽象出合理的简化理论模型，并根据总结出来的相关物理定律和有关介质性质的试验公式来建立描述介质运动规律的积分或微分方程。然后利用各种数学工具及相应的初始、边界条件解出方程组，通过对解分析来揭示各种物理量的变化规律，包括将它与实验或观察资料对照，确定解的准确度和适用范围。 （2）、数值计算研究方法由于数学发展水平的局限，理论研究只能建立较为简单的近似模型，无法完全满足研究更复杂更符合实际的气流的要求。于是近年来出现了依托快速电子计算机进行有效数值计算的方法CFD，其中包括有限元法、有限差分法等，它属于汽车计算机辅助空气动力学CAA的设计范畴，并已成为与理论分析和实验并列或具有同等重要性的研究方法。其优点是能够用来预测或解决一些理论及实验无法处理的复杂流动问题，取代部分实验环节，省时省工。但它要求事前对问题的物理特性有足够的理解，提炼出较精确的数学方程及相应的初始、边界条件等。但这些都离不开试验和理论方法的支持，并且数值方法通常无法直接反映同类问题中有普遍指导意义的结论或规律。 （3）、试验研究方法试验研究方法在空气动力学研究中占有重要地位，如风洞试验法、道路试验法。它使人们能在与所研究问题相同或相近条件下进行观测，提供建立运动规律及理论模型的依据，检验理论或计算结果的准确性、可靠性和适用范围，其作用是不可替代的。但试验方法受限于试验手段、设备和经费等物质条件，甚至有些问题尚无法在实验室中进行研究。 理论、数值计算和试验三种方法相互促进，彼此影响，取长补短从而推动汽车空气动力学的不断发展。 二、轿车外形设计的两种方法 （1）、局部最优化方法。基本思路是在满足功能、工艺学、人机工程学、安全法规以及美学造型等方面的要求下设计出汽车车身造型，然后再进行空气设计程序。此方法的优点是：操作简单，在流线型较差的车上有较好的效果。通过对原始模型仿真，从结果中得出某细节修改的模型，再重新进行仿真分析。像这样循环反复，最终达到自己预期的目标。这种方法在现实设计中运用广泛。 （2）、整体最优化方法。整体最优化是基于空气动力学原理，在汽车造型设计初期获得极佳的气动特性的理想外形，接着再根据功能结构需求，调整集合的局部外形，使其满足人机工程学、国家安全法规等各个必要因素的汽车[1]。所以，对于这种汽车的空气动力学设

南航直升机空气动力学习题集17页

直升机空气动力学习题集 绪论 (0-1)试计算Z-8直升机的旋翼实度σ、桨尖速度ΩR和海平面标准大气条件下的桨尖M数。 (0-2)Z-9直升机的旋翼桨叶为线性负扭转。试画出以桨距Ф7=11。作悬停飞行的桨叶上r=（0.29～1.0）一段的剖面安装角()rφ→分布。 (0-3)关于反扭矩的是非题： a) 尾桨拉力用以平衡发动机的反扭矩，所以尾桨的位置要比发动机高。（） b) 尾桨拉力用以平衡旋翼的反扭矩，所以尾桨位置距旋翼轴很远。（） c）双旋翼直升机的两付旋翼总是彼此反向旋转的。（） d) 尾桨没有反扭矩。（） (0-4) 关于旋翼参数的是非题： a）旋翼的半径就是桨叶的长度。（） b) 测量桨叶的根部宽度及尖部宽度，就可以得到桨叶的根梢比。（） c) 测量桨叶的根部及尖部之间的倾斜角之差，就得到桨叶的扭度。（）

d) 台式电风扇实度接近1。 （ ） (0-5) 假定Y-2直升机在某飞行状态下，旋翼拉力T=1200公斤，试计算 其C T 值。(海平面标准大气) 第一章 (1-1) 论证在垂直上升状态旋翼的滑流形状是图（a ）而不是图（b ） (1-2) 假定Y-2直升机在垂直飞行状态发动机的功率有84%传递给旋翼， 且悬停时悬疑的 型阻功率为诱导功率的一半，桨端损失系数к=0.92； a) 求在海平面标准大气条件下悬停时桨盘外的诱导速度； b) 求在海平面标准大气条件下悬停时的诱导功率、相对效率和直升机的单位马力载 荷； c) 若以V 0=(1/3)v 10的速度作垂直爬升，此时桨盘处的诱导速度多大？诱导功率多大？ 若型阻功率与悬停时相同，旋翼消耗的总功率多大？ (1-3) 上题中，若飞行重量增大20%，除增大桨距外保持其他条件及型阻 功率不变，那么其悬停诱导功率及相对效率将是多大？ (1-4) 既然 a) 是否可以认为，只要把旋翼直径做得很大，就可以用很小功率的 发动机做成重型直升机？ b) 直升机的发展趋势为什么是p 趋向增大？ (1-5) 试根据0η的定义导出0η与桨盘载荷p 的关系。假定型阻功率与p

空气动力学

空气动力学 崔尔杰* (中国航天科技集团第701研究所) 本文简要回顾空气动力学发展的历史及其在航空航天飞行器研制中的作用，对现代空气动力学新的发展趋势和新一代航天飞行器研制中可能遇到的关键气动力问题进行探讨和分析，并对今后发展提出看法。 一、空气动力学与航空航天飞行器发展 空气动力学是研究空气和其他气体的运动规律以及运动物体与空气相互作用的科学，它是航空航天最重要的科学技术基础之一。 1．空气动力学推动20世纪航空航天事业的发展 1903年莱特兄弟研制成功世界上第一架带动力飞机，实现了人类向往已久的飞行梦想。为了研制这架飞机，他们进行过多次滑翔试验，还为此建造了一座试验段为0.01m2的小型风洞。正是这些努力，加上综合运用早期的空气动力学知识，最终获得了成功。 20世纪初，建立在理想流体基础上的环量和升力理论以及普朗特提出的边界层理论奠定了低速飞机设计基础，使重于空气的飞行器成为现实。40年代中期至50年代，可压缩气体动力学理论的迅速发展，以及对超声速流中激波性质的理论研究，特别是跨音速面积积律的发现和后掠翼新概念的提出，帮助人们突破“音障”，实现了跨音速和超音速飞行。50年代中期，美、苏等国研制成功性能优越的第一代喷气战斗机，如美国的F-86、F-100，苏联的米格-15、米格-19等。50年代以后，进入超音速空气动力学发展的新时期，第二代性能更为先进的战斗机陆续投入使用，如美国的的F-4、F-104，苏联的米格-21、米格-23，法国的幻影-3等。 1957年苏联发射第一颗地球人造卫星和1961年第一艘载人飞船“东方号”升空，被认为是空间时代的开始。美、苏两国在战略导弹和航天器发展方面的激烈角逐，促使超音速和高超音速空气动力学得到迅速发展。两个超级大国都投入巨大力量，致力于发展地面模拟设备，开邻近高超出音速空气动力学和空气热力学的研究。航天方面的研究重点放在如何克服由于高超音速飞行和再入大气层，严重气动加热所引起的“热障”问题上在钱学森先生倡导下诞生了一门新的学科，即物理力学，为航天器重返大气层奠定了科学基础。航空方面的研究重点则放在了发展高性能作战飞机、超音速客机、垂直短距起落飞机和变后掠翼飞机。这一时期，空气动力研究方面的另一项重要成就是“超临界机殿”新概念的提出，它可以显著提高机翼的临界马赫数。20世纪70年代后，脱体涡流型和非线性涡升力的发现和利用，是空气动力学的又一重要成果。它直接导致了第三代高机动性战斗机的产生，如美国的F-15、F-16，苏联苏-27、米格-29和法国的“幻影2000”。

fluent经验总结

1什么叫松弛因子？松弛因子对计算结果有什么样的影响？它对计算的收敛情况又有什 么样的影响？ 1、亚松驰（Under Relaxation）：所谓亚松驰就是将本层次计算结果与上一层次结果的差值作适当缩减，以避免由于差值过大而引起非线性迭代过程的发散。用通用变量来写 出时，为松驰因子（Relaxation Factors）。《数值传热学-214》 2、FLUENT中的亚松驰：由于FLUENT所解方程组的非线性，我们有必要控制的变化。一般用亚松驰方法来实现控制，该方法在每一部迭代中减少了的变化量。亚松驰最简 单的形式为：单元内变量等于原来的值加上亚松驰因子a与变化的积, 分离解算器使用亚松驰来控制每一步迭代中的计算变量的更新。这就意味着使用分离解算器解的方程，包 括耦合解算器所解的非耦合方程（湍流和其他标量）都会有一个相关的亚松驰因子。在FLUENT中，所有变量的默认亚松驰因子都是对大多数问题的最优值。这个值适合于很多问题，但是对于一些特殊的非线性问题（如：某些湍流或者高Rayleigh数自然对流问题），在计算开始时要慎重减小亚松驰因子。使用默认的亚松驰因子开始计算是很好的习惯。如 果经过4到5步的迭代残差仍然增长，你就需要减小亚松驰因子。有时候，如果发现残差 开始增加，你可以改变亚松驰因子重新计算。在亚松驰因子过大时通常会出现这种情况。 最为安全的方法就是在对亚松驰因子做任何修改之前先保存数据文件，并对解的算法做几 步迭代以调节到新的参数。最典型的情况是，亚松驰因子的增加会使残差有少量的增加， 但是随着解的进行残差的增加又消失了。如果残差变化有几个量级你就需要考虑停止计算 并回到最后保存的较好的数据文件。注意：粘性和密度的亚松驰是在每一次迭代之间的。 而且，如果直接解焓方程而不是温度方程（即：对PDF计算），基于焓的温度的更新是要进行亚松驰的。要查看默认的亚松弛因子的值，你可以在解控制面板点击默认按钮。对于 大多数流动，不需要修改默认亚松弛因子。但是，如果出现不稳定或者发散你就需要减小 默认的亚松弛因子了，其中压力、动量、k和e的亚松弛因子默认值分别为0.2，0.5，0.5和0.5。对于SIMPLEC格式一般不需要减小压力的亚松弛因子。在密度和温度强烈耦合 的问题中，如相当高的Rayleigh数的自然或混合对流流动，应该对温度和/或密度（所用 的亚松弛因子小于1.0）进行亚松弛。相反，当温度和动量方程没有耦合或者耦合较弱时，流动密度是常数，温度的亚松弛因子可以设为1.0。对于其它的标量方程，如漩涡，组分，PDF变量，对于某些问题默认的亚松弛可能过大，尤其是对于初始计算。你可以将松弛因子设为0.8以使得收敛更容易。 SIMPLE与SIMPLEC比较 在FLUENT中，可以使用标准SIMPLE算法和SIMPLEC（SIMPLE-Consistent）算法，默认是SIMPLE算法，但是对于许多问题如果使用SIMPLEC可能会得到更好的结果，尤其是可以应用增加的亚松驰迭代时，具体介绍如下: 对于相对简单的问题（如：没有附加模型激活的层流流动），其收敛性已经被压力速

直升机空气动力学现状和发展趋势

直升机空气动力学现状 二级学院：航空维修工程学院 班级：航修六班 学号：14504604 姓名：李达伦 日期：2015年6月30日

直升机空气动力学现状 （航修六班14504604 李达伦） 摘要：直升机空气动力学是直升机技术研究及型号研制的基础性学科和先进学 科，本文概述了国外的直升机气动理论与方法研究、基于气动理论和方法的应用基础研究、直升机气动试验技术的研究现状。 关键词：空气动力学；直升机 Abstract：Aerodynamics of helicopter is a helicopter technological research and model development of basic disciplines and advanced subject. This paper summarizes the foreign helicopters gas dynamic theory and method of research, based on the aerodynamic theory and methods of applied basic research, helicopter aerodynamic test technology research status. Key word：Air dynamics; helicopter 1 前言 飞行器的设计和研制必须以其空气动力学为主要依据，这是飞行器研制区别 于其它武器平台的典型特征。直升机以旋翼作为主要的升力面、推力面和操纵面， 这种独特的构型和旋翼驱动方式，更使其气动特征具有复杂的非定常特征，其气 动分析和设计技术固定翼飞行器更具挑战性。 直升机气动研究是指认识直升机与空气之间作用规律、解释直升机飞行原 理、获取提升直升机飞行能力和效率的新知识、新原理、新方法的研究活动，其 主要任务是获得直升机的空气动力学特性[1]。由于直升机气动特征性直接决定了 型号飞行性能、振动特性、噪声水平，且是结构设计、寿命评估等的直接依据， 因此直升机气动研究是直升机技术研究的重要方面，更是型号研制的基础。尤其 是要实现舒适、安全、便利、快捷的直升机型号研制目标，直升机空气动力学将 体现其核心推动作用。 2 内容和范围 直升机空气动力学专业发展涵盖的内容和范围主要有直升机气动理论与方 法的研究、基于气动原理的应用基础研究以及气动特性试验研究三大内容。 直升机气动理论与方法的研究重点关注旋翼与周围空气相互作用现象及机 理的分析模型和方法，通过对气动理论和方法的研究，实现对直升机及其流场的 深入了解，以准确地计算其空气动力学特性。 气动应用研究是指基于气动理论和方法，以直升机研制为目标所展开的应用 基础研究，涵盖气动特性、气动弹性、气动噪声、结冰模拟、流动控制等应用领

(汽车行业)空气动力学在汽车设计中的应用

（汽车行业）空气动力学在汽车设计中的应用

空气动力学 汽车作为壹种商品，首先向人们展示的就是它的外形，外形是否讨人喜欢直接关系到这款车子甚至汽车厂商的命运。汽车的外形设计，专业的说法叫做汽车造型设计，是根据汽车整体设计的多方面要求来塑造最理想的车身形状。汽车造型设计是汽车外部和车厢内部造型设计的总和。它不是对汽车的简单装饰，而是运用艺术的手法、科学地表现汽车的功能、材料、工艺和结构特点。汽车造型的目的是以美去吸引和打动观者，使其产生拥有这种车的欲望。汽车造型设计虽然是车身设计的最初步骤，是整车设计最初阶段的壹项综合构思，但却是决定产品命运的关键。汽车的造型已成为汽车产品竞争最有力的手段之壹。汽车造型主要涉及科学和艺术俩大方面。设计师需要懂得车身结构、制造工艺要求、空气动力学、人机工程学、工程材料学、机械制图学、声学和光学知识。同时，设计师更需要有高雅的艺术品味和丰富的艺术知识，如造型的视觉规律原理、绘画、雕塑、图案学、色彩学等等。二战以后现代主义提倡的民主制度，强调每个人都必须平等。但人和人之间始终存在着许多不同。我们必须承认，所谓清壹色的平等只能够创造出壹种假象，而且不是真正满足了每个人的需要。所以，今后的汽车造型设计将更多注重个体性和差异性。技术的进步为设计师提供了强有力的技术支持，让他们有能力做出更灵活、更多样化的设计满足消费者的需求，旧有的规格化和标准化将被推翻。目前部分技术实力高超的小型汽车厂商已经开始提供个人定制汽车服务，但要价不菲，2007年曾有美国富商向宾西法尼亚订购了壹辆价值300万美元的跑车。消费者参和原始时期，人类使用的器物都是自己制作，且从制作过程中得到满足和成就感，这是人类的本能之壹。大工业生产包办了壹切制作过程，人得到的只有最后的成品。新的世纪里，这种本能将会被重新提倡。既成品的概念已经成为过去。在不完全否定工业大生产的前提下，现代产业体制将会做出灵活的调整。今后的汽车会像今天我们所能见的电脑产品壹样，不再以最终完成品的状态出厂，而是有各种性能升级的空间。汽车产品的使用环境不再固定，而是成了互动的使用环境。汽车的保有量不断增加，而相应配套的市政设施、停车场空间等却和发展不相称，这势必要求汽车整车外形尺寸要越小越好，但又不能对乘坐舒适性产生不利的影响，我们能够从五种途径来增大空间利用率：减少发动机所占空间，驾驶室前移；加长轴距，减少前后悬的长度；行李箱向车尾部后移或向车顶部上移；从三厢式向单厢式发展；改变车门开启方式。为了减少发动机所占空间，需要对底盘和整车总体布置进行充分地研究，以便利用有效空间和增加使用空间的可变性，通常前挡风玻璃总是尽量往前移，形成子弹头形状。轴距加长是在车身总长不变的前提下，能够减少前后悬的突出部分，使后排座位的人上下车更加方便，增加乘坐舒适性。行李箱设计尽量向后移或向上移是为了增大乘坐空间，充分利用车顶部的空间。车身布置尽量紧凑合理，浑然壹体，使得汽车在满足舒适陛的前提下更加轻便化、流线型化。许多日系小型车将这类设计概念发挥到了极致，比如以大空间著称的日产TIIDA。高速、安全、低耗是现代汽车发展的主题。为了适应这个潮流，汽车造型应在严格的风洞试验的基础上做好形态设计，创造楔形车身或流线型楔形车身。未来汽车降低油耗的途径将是多方面的，采用新能源是壹项重要措施。能源的改变使汽车造型、内饰、色彩均和众不同。例如电动汽车，采用蓄电池和电动系统为动力，其动力舱部分空间就要比内燃机小得多，大大增加了造型设计的灵活性。由此可见，未来车身的整体形状由于汽车动力能源的不同，将出现丰富多彩的艺术造型。 研究空气或其他气体的运动规律，空气或其他气体和飞行器或其他物体发生相对运动时的相互作用和伴随发生的物理化学变化的学科。流体力学的壹个分支。它是在流体力学基础上随航空航天技术的发展而形成的壹门学科。研究内容根据空气和物体的相对速度是否小于约100米／秒（相应马赫数约0.3），可分为低速空气动力学和高速空气动力学。前者主要研究不可压缩流动，后者研究可压缩流动。根据是否忽略粘性，可分为理想空气动力学和粘性空气动力学。作用于飞行器的升力、力矩问题，可主要通过理想空气动力学求解。按流场边界

1第一章 空气动力学基础知识

第四单元飞机与飞机系统 第一章空气动力学基础知识 1.1 大气层和标准大气 1.1.1 地球大气层 地球表面被一层厚厚的大气层包围着。飞机在大气层内运动时要和周围的介质——空气——发生关系，为了弄清楚飞行时介质对飞机的作用，首先必须了解大气层的组成和空气的一些物理性质。 根据大气的某些物理性质，可以把大气层分为五层：即对流层(变温层)、平流层(同温层)、中间层、电离层(热层)和散逸层。 对流层的平均高度在地球中纬度地区约11公里，在赤道约17公里，在两极约8公里。对流层内的空气温度、密度和气压随着高度的增加而下降，并且由于地球对大气的引力作用，在对流层内几乎包含了全部大气质量的四分之三，因此该层的大气密度最大、大气压力也最高。大气中含有大量的水蒸气及其它微粒，所以云、雨、雪、雹及暴风等气象变化也仅仅产生在对流层中。另外，由于地形和地面温度的影响，对流层内不仅有空气的水平流动，还有垂直流动，形成水平方向和垂直方向的突风。对流层内空气的组成成分保持不变。 从对流层顶部到离地面约30公里之间称为平流层。在平流层中，空气只有水平方向的流动，没有雷雨等现象，故得名为平流层。同时该层的空气温度几乎不变，在同一纬度处可以近似看作常数，常年平均值为摄氏零下56.5度，所以又称为同温层。同温层内集中了全部大气质量的四分之一不到一些，所以大气的绝大部分都集中在对流层和平流层这两层大气内，而且目前大部分的飞机也只在这两层内活动。 中间层从离地面30公里到80至100公里为止。中间层内含有大量的臭氧，大气质量只占全部大气总量的三千分之一。在这一层中，温度先随高度增加而上升，后来又下降。 中间层以上到离地面500公里左右就是电离层。这一层内含有大量的离子(主要是带负电的离子)，它能发射无线电波。在这一层内空气温度从-90℃升高到 1 000℃，所以又称为热层。高度在150公里以上时，由于空气非常稀薄，已听不到声音。 散逸层位于距地面500公里到1 600公里之间，这里的空气质量只占全部大气质量的1011 ，是大气的最外一层，因此也称之为“外层大气”。 1.1.2 大气的物理性质 大气的物理性质主要包括：温度、压强、密度、粘性和可压缩性等。