小型高速水洞实验段形状对流场影响的数值模拟.pdf

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1、2012年6月润滑与密封June2012第37卷第6期LUBRICATIONENGINEERINGVo1．37No．6DOI：10．3969／j．issn．0254—0150．2012．06．003小型高速水洞实验段形状对流场影响的数值模拟张岩汪家道陈大融(清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084)摘要：介绍小型高速水洞的设计原则，在现有圆形水洞的基础上，建立2种实验段截面为方形的水洞模型；利用Fluent对3种模型的收缩段和实验段流场进行对比。结果表明，当实验段的截面由圆形改为其内接正方形时，满足流速不均匀度小于1％的区域缩小为原来的0．6倍；在实验段入口

2、前添加过渡段，增加收缩段出口到实验段人口的距离，可以降低实验段的湍流度。关键词：水洞；流体力学；摩擦阻力中图分类号：U661．74文献标识码：A文章编号：0254—0150(2012)6～009—6NumericalSimulationoftheEflfectoftheTestSectionShapeontheFlowFieldinaMinitypeHigh·speedWater-tunnelZhangYanWangJiadaoChenDarong(StateKeyLaboratoryofTribology，TsinghuaUniversity，Bering10

3、0084，China)Abstract：Thedesignprinciplesofwater-tunnelwereintroduced，andtwomodelswithsquaretestsectionswerepro-posedderivingfromaminitypehigh—speedwater—tunne1．ThesoftwareFluentwasusedtoanalyzetheperformanceofcon—tractionsandtestsectionsofthewater—tunnels．Itisf0undthat，inthesquaretest

4、section，theareawherevelocityuneven—nessisbelow1％shrunkto0．6ofthatinthecircularone．Theturbulenceintensitydecreaseswhenthereisatransitionalsectionbetweenthecontractionandthetestsection．Keywords：watertunnel；fluiddynamic；frictionresistance水洞是流体动力学研究中的重要实验装置，主要他的测量方法。粒子图像测速技术PIV，可以无扰动包括收缩

5、段、实验段、扩散段、轴流泵、拐角、稳定地测量整个流场的瞬时速度场以及流场微观结构，进段等构成。。一般的水洞，总体尺寸长度～般都在而为理论和实验提供详细的数据，因此PIV对于水洞10～30m、高度一般都在8m左右，结构复杂，水泵实验有重要的作用。然而PIV在工作过程中，要利用功率在几百千瓦、几千千瓦以上，流速一般都较低激光对所测平面进行照射，形成光照平面，并且要求(低于15m／s)，造价昂贵，运行维护成本都比较高。这个平面在测试区域越薄越好。考虑到聚焦问为满足高流速(达到20m／s)的实验条件，同时考题，水洞的实验段如果采用圆形截面，就会对PIV的虑到实验室有限的

6、空间，以及制造、运行成本的问工作产生较大影响。题，清华大学开发了一套小型高速循环水洞，将大型出于对实验模型的外形、装卸，以及PIV工作需水洞小型化，并保证了实验段具有较高的流场品质。要的考虑，就要把目前实验段的圆形截面改造为方形该水洞用于测量回转体表面摩擦阻力特性，因此实验截面。然而水洞小型化之后，由于截面积的减小，水段在常见的圆形、方形和矩形截面中，选择了圆形截洞壁面对实验段流场的影响就会变得很明显，因此在面。改造时，必须保证实验段的流场品质不会因为截面形要获得更多更细节的流场信息，为水下航行器的状以及截面积的变化而发生太大改变，才能确保实验设计与改进提供进一

7、步的参考依据，就还需要引进其的顺利进行及其准确性。本文作者针对以上实验和工程需要，建立了3种收缩段及实验段截面形状不同的水洞模型，并进行了基金项目：国家自然科学基金创新研究群体科学基金项目数值计算，分析对比了3种模型在不同流速下的流场(51021064)；国家自然科学基金项目(51075228)．品质。收稿日期：2012—01—17作者简介：张岩(1986一)，男，硕士研究生，从事界面减阻效1水洞模型应研究．E—mail：zhang—yan09@mails．tsinghua．edu．(311．针对回转体表面摩擦阻力特性的测量，现有的小10润滑与密封第37卷型高速

8、循环水洞采用了圆形截面的