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风洞试验段闭口与开口模式下流场的数值模拟与实验研究

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廖鹏, 傅继阳, 马文勇, 何运成. 风洞试验段闭口与开口模式下流场的数值模拟与实验研究[J]. 工程力学, 2022, 39(S): 164-172. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.05.S032
引用本文: 廖鹏, 傅继阳, 马文勇, 何运成. 风洞试验段闭口与开口模式下流场的数值模拟与实验研究[J]. 工程力学, 2022, 39(S): 164-172. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.05.S032
Peng LIAO, Ji-yang FU, Wen-yong MA, Yun-cheng HE. NUMERICAL SIMULATION AND EXPERIMENTAL STUDY OF FLOW FIELD IN CLOSED AND OPEN WIND TUNNEL TEST SECTION[J]. Engineering Mechanics, 2022, 39(S): 164-172. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.05.S032
Citation: Peng LIAO, Ji-yang FU, Wen-yong MA, Yun-cheng HE. NUMERICAL SIMULATION AND EXPERIMENTAL STUDY OF FLOW FIELD IN CLOSED AND OPEN WIND TUNNEL TEST SECTION[J]. Engineering Mechanics, 2022, 39(S): 164-172. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2021.05.S032

风洞试验段闭口与开口模式下流场的数值模拟与实验研究

  • 基金项目:
    国家杰出青年科学基金项目(51925802);河北省风工程和风能利用工程技术创新中心(石家庄铁道大学)开放课题项目(ICWEHB202001)
详细信息
    作者简介:

    廖 鹏(1995−),男,广东人,硕士,主要从事结构风工程研究(E-mail: 2111916022@e.gzhu.edu.cn)

    ;

    傅继阳(1976−),男,湖北人,教授,博士,副校长,主要从事结构风工程研究(E-mail: jiyangfu@gzhu.edu.cn)

    ;

    马文勇(1981−),男,陕西人,教授,博士,主要从事结构风工程研究(E-mail: mawenyong@126.com)

    通讯作者: 何运成(1984−),男,河北人,副教授,博士,主要从事结构风工程研究(E-mail: yuncheng@gzhu.edu.cn)
  • 中图分类号: V211.74

NUMERICAL SIMULATION AND EXPERIMENTAL STUDY OF FLOW FIELD IN CLOSED AND OPEN WIND TUNNEL TEST SECTION

More Information
    Corresponding author: Yun-cheng HE, E-mail:  yuncheng@gzhu.edu.cn
    摘要
  • 为了满足不同空气动力学模型安装的需求,风洞设计成一种试验段可拆卸构造,原来闭口式小型风洞进行试验段拆除可成为开口式风洞,为了提高开口式风洞的流场品质,设计一套包括收集器和小收缩段的整流装置。使用CFD方法对不同类型的风洞进行流场三维数值模拟,湍流模型采用 SST k-ω湍流模型,同时,采用眼镜蛇探针对实际的不同类型的风洞流场进行测试实验,主要研究风洞的速度均匀性和湍流强度的变化趋势,对风洞的流场品质进行评估和对比。实验和数值仿真结果证明:模拟的速度和湍流强度剖面与实测具有良好一致性,在风洞试验段平均风速在一定测试风速下,闭口式风洞具备低湍流强度和高流动均匀度的特点的流场品质,其中心区域湍流强度在0.3%以下。此外,证明了这套整流装置的设计可提高了开口式风洞的流场品质,在风洞试验段风速最大速度50%左右时,其中心区域湍流度在0.5%以下,边界层厚度减少到50 mm。这些结论将对小型风洞装置的设计、改进奠定了基础。

    • 小型风洞  / 
    • 流场品质  / 
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    • 数值仿真  / 
    • 湍流强度
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  • 图 1  整体风洞设计模型

    Figure 1.  The overall wind tunnel design model

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    图 2  整流装置

    Figure 2.  Wind tunnel rectification device

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    图 3  风洞模型计算域

    Figure 3.  Part of the model grid diagram

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    图 4  部分风洞模型网格示意图

    Figure 4.  Part of the model grid diagram

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    图 5  眼镜蛇探针安装与细节

    Figure 5.  Corba probe installation and details

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    图 6  测试点位置

    Figure 6.  Test point location

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    图 7  截面X=0.50 m无量纲速度和湍流强度

    Figure 7.  Dimensionless mean velocity and turbulence intensity of the flow at the X=0.50 m test section

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    图 8  截面X=0.75 m无量纲速度和湍流强度

    Figure 8.  Dimensionless mean velocity and turbulence intensity of the flow at the X=0.75 m test section

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    图 9  截面X=0.10 m无量纲速度和湍流强度

    Figure 9.  Dimensionless mean velocity and turbulence intensity of the flow at the X=0.10 m test section

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    图 10  Z=0垂直截面的速度云图(工况S1)

    Figure 10.  Contours of Z=0 vertical section velocity magnitude (working condition S1)

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    图 11  截面X=0.50 m无量纲速度和湍流强度

    Figure 11.  Dimensionless mean velocity and turbulence intensity of the flow at the X=0.50 m test section

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    图 12  Z=0垂直截面的速度云图(工况S2)

    Figure 12.  Contours of Z=0 vertical section velocity magnitude (working condition S2)

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    图 13  截面X=0.50 m无量纲速度和湍流强度

    Figure 13.  Dimensionless mean velocity and turbulence intensity of the flow at the X=0.50 m test section

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    图 14  Z=0垂直截面的速度云图(工况S3)

    Figure 14.  Contours of Z=0 vertical section velocity magnitude (working condition S3)

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    图 15  Z=0垂直截面的速度云图(工况S4)

    Figure 15.  Contours of Z=0 vertical section velocity magnitude (working condition S4)

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    图 16  Z=0垂直截面的速度云图(工况S5)

    Figure 16.  Contours of Z=0 vertical section velocity magnitude (working condition S5)

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    表 1  各类风洞入口边界条件

    Table 1.  Various wind tunnel entrance boundary conditions

    工况风洞类型速度/(m/s)湍流强度/(%)
    S1完整风洞2.274.6
    S2拆除试验段2.0110.3
    S3拆除试验段安装收集器2.1210.5
    S4拆除试验段安装小收缩段1.9816.0
    S5拆除试验段安装整套整流装置2.1115.3
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出版历程
收稿日期:  2021-05-30
修回日期:  2022-03-22
刊出日期:  2022-06-25
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