涡格法算例
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#include "iostream.h"#include "stdio.h"#include "math.h"#define PI 3.1415926class AIRFOIL //用来存放翼型的信息{public:double L,Bg,S;double Xo,Xc;double Y,Cy;AIRFOIL(){Y=0.0f,S=0.0f,L=0.0f,Bg=0.0f,Xo=0.0f,Xc=0.0f;}};class GIRD //网格信息{public:double x1,z1,x2,z2;//左右自由涡的坐标double x3,z3,x4,z4;//3/4弦线处的坐标double x,z;//控制点的坐标,3/4弦线中点GIRD(){x1=0.0f,x2=0.0f,z1=0.0f,z2=0.0f,x3=0.0f,x4=0.0f,z3=0.0f,z4=0.0f,x=0.0f,z=0.0f;}};double vec(double x,double z,double x1,double z1,double x2,double z2 ){double a,b,c,d,e;a=1/((x2-x)*(z1-z)-(x1-x)*(z2-z));b=((x2-x1)*(x1-x)+(z2-z1)*(z1-z))/sqrt(pow((x1-x),2)+pow((z1-z),2));c=((x2-x1)*(x2-x)+(z2-z1)*(z2-z))/sqrt(pow((x2-x),2)+pow((z2-z),2));d=(1-(x1-x)/sqrt(pow((x1-x),2)+pow((z1-z),2)))/(z1-z);e=(1-(x2-x)/sqrt(pow((x2-x),2)+pow((z2-z),2)))/(z2-z);return (a*(b-c)+d-e)/4/PI;}void Gaussseidel(int n,double *M,double **a,double *x,double *b)//高斯--塞得尔迭带法{int t=0,i,j;//迭代次数while(t<20)//次数限制,精度要求,此处可修改,是迭带开关{for(i=0;i<n;i++){M[i] = 0;for(j=0;j<n;j++){if(i!=j){M[i]+=a[i][j]*x[j];}}x[i] = (b[i] - M[i])/a[i][i]; //迭代}cout<<++t;for(i=0;i<n;i++){if(i%5==0){cout<<endl;}cout<<" "<<x[i];}cout<<endl;}}void main(){AIRFOIL airfoil;int Ng,Nq,i,j,k,l,m,n,x,y;double Y=0.0,M,a,ep=1e-10,p=1.22505,Cy=0.0; //p为海平面空气密度cout<<"这是一个用涡格法计算机翼升力的程序!"<<endl;cout<<"请输入翼型个参数:展长L, 根弦Bg,前缘后掠角Xo,后缘后掠角Xc"<<endl;while(1){cin>>airfoil.L>>airfoil.Bg>>airfoil.Xo>>airfoil.Xc;if(airfoil.Bg-airfoil.L*(tan(airfoil.Xo*PI/180)+tan(airfoil.Xc*PI/180))/2>0){cout<<airfoil.L<<" "<<airfoil.Bg<<" "<<airfoil.Xo<<""<<airfoil.Xc<<" "<<endl;break;}else{cout<<"翼型的稍弦为0!请重新输入翼型数据"<<endl;}}cout<<"请输入来流马赫数和攻角"<<endl;cin>>M>>a;a=a*PI/180;cout<<M<<'\t'<<a<<endl;cout<<"请输入根弦上的节点数,前缘上的节点数:"<<endl;cin>>Ng>>Nq;cout<<Ng<<" "<<Nq<<" "<<endl;Nq--;Ng--;//变成分多少块double *baseq=new double[Nq+1];double *baseB=new double[Nq+1];double *result=new double[2*Nq*Ng];double *b=new double[2*Nq*Ng];double *M1=new double[2*Nq*Ng];GIRD **girdleft,**girdright;//左半边机翼,右半边机翼girdleft=new GIRD*[Ng];for(i=0;i<Ng;i++){girdleft[i]=new GIRD[Nq];}girdright=new GIRD*[Ng];for(i=0;i<Ng;i++){girdright[i]=new GIRD[Nq];}double width=airfoil.L/Nq/2;//展长每个分块的长度//前缘节点的x坐标cout<<"前缘节点处的x坐标"<<endl;for(i=0;i<Nq+1;i++){baseq[i]=0+i*width*tan(airfoil.Xo*PI/180);cout<<baseq[i]<<" "<<endl;}//每一条平行于根弦的弦的长度cout<<"每一条平行于根弦的弦的长度"<<endl;for(i=0;i<Nq+1;i++){baseB[i]=airfoil.Bg-i*(tan(airfoil.Xo*PI/180)+tan(airfoil.Xc*PI/180))*width;cout<<baseB[i]<<" "<<endl;}for(i=0;i<Ng;i++){for(j=0;j<Nq;j++){girdleft[i][j].x1=baseq[j]+baseB[j]/4/Ng+i*baseB[j]/Ng;girdright[i][j].x1=girdleft[i][j].x1;girdleft[i][j].x3=girdleft[i][j].x1+baseB[j]/2/Ng;girdright[i][j].x3=girdleft[i][j].x3;girdleft[i][j].z1=0+j*width;girdright[i][j].z1=-1*girdleft[i][j].z1;girdleft[i][j].z3=girdleft[i][j].z1;girdright[i][j].z3=-1*girdleft[i][j].z3;girdleft[i][j].z2=girdleft[i][j].z1+width;girdright[i][j].z2=-1*girdleft[i][j].z2;girdleft[i][j].z4=girdleft[i][j].z2;girdright[i][j].z4=-1*girdleft[i][j].z4;girdleft[i][j].x2=baseq[j+1]+baseB[j+1]/4/Ng+i*baseB[j+1]/Ng;girdright[i][j].x2=girdleft[i][j].x2;girdleft[i][j].x4=girdleft[i][j].x2+baseB[j+1]/2/Ng;girdright[i][j].x4=girdleft[i][j].x4;girdleft[i][j].x=(girdleft[i][j].x3+girdleft[i][j].x4)/2;girdright[i][j].x=girdleft[i][j].x;girdleft[i][j].z=(girdleft[i][j].z3+girdleft[i][j].z4)/2;girdright[i][j].z=-1*girdleft[i][j].z;cout<<"************************left**********************"<<endl;cout<<"(x1,z1):"<<"("<<girdleft[i][j].x1<<","<<girdleft[i][j].z1<<")"<<"";//将坐标打出cout<<"(x2,z2):"<<"("<<girdleft[i][j].x2<<","<<girdleft[i][j].z2<<")"<<endl;cout<<"(x3,z3):"<<"("<<girdleft[i][j].x3<<","<<girdleft[i][j].z3<<")"<<"";cout<<"(x4,z4):"<<"("<<girdleft[i][j].x4<<","<<girdleft[i][j].z4<<")"<<"";cout<<"(x,z):"<<"("<<girdleft[i][j].x<<","<<girdleft[i][j].z<<")"<<endl;cout<<"************************right**********************"<<endl;cout<<"(x1,z1):"<<"("<<girdright[i][j].x1<<","<<girdright[i][j].z1<<")"<<"";//将坐标打出cout<<"(x2,z2):"<<"("<<girdright[i][j].x2<<","<<girdright[i][j].z2<<")"<<endl;cout<<"(x3,z3):"<<"("<<girdright[i][j].x3<<","<<girdright[i][j].z3<<")"<<"";cout<<"(x4,z4):"<<"("<<girdright[i][j].x4<<","<<girdright[i][j].z4<<")"<<"";cout<<"(x,z):"<<"("<<girdright[i][j].x<<","<<girdright[i][j].z<<")"<<endl;}}//存储系数矩阵double **array;array=new double*[2*Ng*Nq];for(i=0;i<2*Ng*Nq;i++){array[i]=new double[2*Ng*Nq];}for(i=0;i<Nq*Ng;i++){k=i%Nq;l=i/Nq;for(j=0;j<Nq*Ng;j++){m=j%Nq;n=j/Nq;x=2*i;y=2*j;array[x][y]=vec(girdleft[l][k].x,girdleft[l][k].z,girdleft[n][m].x1,girdleft[n ][m].z1,girdleft[n][m].x2,girdleft[n][m].z2);array[x][y+1]=vec(girdleft[l][k].x,girdleft[l][k].z,girdright[n][m].x1,girdrig ht[n][m].z1,girdright[n][m].x2,girdright[n][m].z2);array[x+1][y]=vec(girdright[l][k].x,girdright[l][k].z,girdleft[n][m].x1,girdle ft[n][m].z1,girdleft[n][m].x2,girdleft[n][m].z2);array[x+1][y+1]=vec(girdright[l][k].x,girdright[l][k].z,girdright[n][m].x1,gir dright[n][m].z1,girdright[n][m].x2,girdright[n][m].z2);}}cout<<"****************方程组系数矩阵***************"<<endl;for(i=0;i<2*Ng*Nq;i++){for(j=0;j<2*Ng*Nq;j++){cout<<array[i][j]<<" ";}cout<<endl;}cout<<"***************线性方程组的右端项*************"<<endl;for(i=0;i<2*Ng*Nq;i++){b[i]=-1*340*M*a;cout<<b[i]<<endl;}cout<<"***************Gauss-seidel法解线性方程组迭代20步的结果(每个涡格的环量)*************"<<endl;for(i=0;i<2*Ng*Nq;i++){result[i]=0.0;}Gaussseidel(2*Nq*Ng,M1,array,result,b);for(i=0;i<Ng*Nq;i++)airfoil.Y=airfoil.Y+2*p*M*340*width*result[2*i];airfoil.S=(baseB[0]+baseB[Nq])*airfoil.L/2;airfoil.Cy=2*airfoil.Y/p/pow(M*340,2)/airfoil.S;cout<<"Y="<<airfoil.Y<<'\t'<<"Cy="<<airfoil.Cy<<endl;}为了验证代码的正确性,此处的算例采用的是《空气动力学》一书中关于涡格法的一道算例,书中给出了算例的过程和解。
A VL使用说明1.什么是A VLA VL (Athena V ortex Lattice)是MIT的Mark Drela教授开发的一个气动分析程序。
程序最初由Harold Youngren 1988年为MIT Athena TODOR 航空软件集编写。
经过Mark Drela 和Harold Youngren大量修改后,现在已发展到3.15版了。
A VL 的气动分析部分用FORTRAN编写而成,图形显示则是基于XWindows,用C语言编写,正是因为基于这两种以速度著称的语言,A VL运算起来特别快。
而且它的的跨平台性也比较好,在UNIX和Windows系统下都能运行。
2.A VL能做什么A VL利用涡格法对给定的外形作气动分析,采用关键字描述几何外形,计算出数据并绘制图形,而且数据和图形都能够输出。
这在计算后利用其结果十分方便。
A VL具有为飞机外型快速分析的大量特性,主要的特征如下:气动分力升力面细长体外型描述关键字驱动的几何外型输入文件使用线形插值描述截面截面特性翼型可以是NACA xxxx, 或者来自于翼型输入文件操纵面偏转抛物线形剖面极线,尺度放缩对整个表面或机身做缩放、平移、旋转复制整个表面或机身特性马蹄涡(表面)源线+双合线(机身)有限主体选择离散化归一化正弦余弦组合操纵面偏转通过倾斜法向量前缘襟翼后缘襟翼铰轴线独立于离散过程普通自由流描述alpha, beta 气流角p,q,r 飞机旋转分力亚音速Prandtl-Glauert 可压缩流处理空气动力分力输出直接力和力矩特瑞夫兹平面(Trefftz-plane)力及力矩的导数,w.r.t自由流,旋转,控制力在体坐标或固定坐标下配平计算控制变量alpha, betap, q, r操纵面偏转约束对变量的直接约束通过指定升力系数、力矩来间接约束一次定义多个配平算例保存配平算例设置以备以后调用可选质量定义文件(仅在配平设置,模态分析中)用户选择单位逐条列出部件位置,质量和惯性约束下的配平设置平直或带斜坡的水平飞行固定速率的俯仰飞行模态分析准稳定模型下的刚体分析显示带参数的特征根级数实时显示模态运动输出动态系统矩阵3.涡格法模型使用的原则就如同其它数值算法一样,A VL的用处同样有所限制。
格子Bolt刁Il觚n方法研究近壁面圆柱涡激振动4.1物理模型…………………………………………………………………….264.2数据处理…………………………………………………………………….264.3结果分析…………………………………………………………………….274.3.1频率…………………………………………………………………一274.3.2升力系数……………………………………………………………..324.3.3阻力系数……………………………………………………………一354.4/J、结…………………………………………………………………………………………………。
365近壁面圆柱涡激振动模拟…………………………………………………………385.1物理模型…………………………………………………………………….385.2网格技术…………………………………………………………………….385.3数据处理…………………………………………………………………….4l5.4结果讨论…………………………………………………………………….4l5.4.1计算范围……………………………………………………………..415.4.2频率与流场特性……………………………………………………..425.4.3阻力系数和升力系数………………………………………………一495.4.4流向及横向振动位移………………………………………………一525.4.5结论…………………………………………………………………………………………555.5小结…………………………………………………………………………………………………一55结{仑…………………………………………………………………………………………………………..56参考文献……………………………………………………………………………57攻读硕士学位期间发表学术论文情况………………………………………………..60致谢……………………………………………………………………………………………………6l大连理工大学学位论文版权使用授权书……………………………………………一62大连理工大学硕士学位论文1绪论1.1选题背景圆柱是工程中常见的结构形式,如各种输送管线、建筑、悬索等。
飞机T型尾翼颤振计算的若干关键问题杨飞;杨智春【摘要】由于飞机T型尾翼的结构与气动布局特点,T型尾翼颤振计算不能套用常规尾翼的分析方法,而需要考虑平尾面内运动以及静升力等因素的影响.从T型尾翼的工程颤振分析出发,讨论了T型尾翼颤振计算中的若干关键问题,阐述了T型尾翼颤振特性的特点和影响T型尾翼颤振特性的关键参数,分别介绍了现有的几种T型尾翼颤振计算中的气动力修正方法,提出了T型尾翼颤振工程计算中必须注意的问题.%The flutter calculation method for convensional aircraft tail wing can not be used directly to T-tail flutter analysis due to T-Tail features in structural and aerodynamic configurations, and the effects of in-plane motion and steady aerodynamic force of horizontal plane must be considered in T-tail flutter calculation.From the view point of engineering analysis for T-tail flutter, some key issues of T-tail flutter calculation were discussed here, the characteristics of T-tail flutter problem and the key parameters affecting T-tail flutter properties were described.Especially, four methods to correct aerodynamic force of T-tail in its flutter calculation were intrduced and finally some specific problems to be noticed in T-tail flutter analysis were presented.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2011(030)005【总页数】4页(P136-139)【关键词】T型尾翼;颤振;气动力;偶极子格网法;涡格法;片条理论;模态局部化【作者】杨飞;杨智春【作者单位】中国商飞上海飞机设计研究院,强度部,上海,200232;西北工业大学,航空学院,西安,710072【正文语种】中文【中图分类】V215.3T型尾翼是指平尾位于垂尾稍部,平尾和垂尾组成一个“T字”结构形式的尾翼。
AVL教学A VL使⽤说明1.什么是A VLA VL (Athena V ortex Lattice)是MIT的Mark Drela教授开发的⼀个⽓动分析程序。
程序最初由Harold Youngren 1988年为MIT Athena TODOR 航空软件集编写。
经过Mark Drela 和Harold Youngren⼤量修改后,现在已发展到3.15版了。
A VL 的⽓动分析部分⽤FORTRAN编写⽽成,图形显⽰则是基于XWindows,⽤C语⾔编写,正是因为基于这两种以速度著称的语⾔,A VL运算起来特别快。
⽽且它的的跨平台性也⽐较好,在UNIX和Windows系统下都能运⾏。
2.A VL能做什么A VL利⽤涡格法对给定的外形作⽓动分析,采⽤关键字描述⼏何外形,计算出数据并绘制图形,⽽且数据和图形都能够输出。
这在计算后利⽤其结果⼗分⽅便。
A VL 具有为飞机外型快速分析的⼤量特性,主要的特征如下:⽓动分⼒升⼒⾯细长体外型描述关键字驱动的⼏何外型输⼊⽂件使⽤线形插值描述截⾯截⾯特性翼型可以是NACA xxxx, 或者来⾃于翼型输⼊⽂件操纵⾯偏转抛物线形剖⾯极线,尺度放缩对整个表⾯或机⾝做缩放、平移、旋转复制整个表⾯或机⾝特性马蹄涡(表⾯)源线+双合线(机⾝)有限主体选择离散化归⼀化正弦余弦组合操纵⾯偏转通过倾斜法向量前缘襟翼后缘襟翼铰轴线独⽴于离散过程普通⾃由流描述alpha, beta ⽓流⾓p,q,r 飞机旋转分⼒亚⾳速Prandtl-Glauert 可压缩流处理空⽓动⼒分⼒输出直接⼒和⼒矩特瑞夫兹平⾯(Trefftz-plane)⼒及⼒矩的导数,w.r.t⾃由流,旋转,控制⼒在体坐标或固定坐标下配平计算控制变量alpha, betap, q, r操纵⾯偏转约束对变量的直接约束通过指定升⼒系数、⼒矩来间接约束⼀次定义多个配平算例保存配平算例设置以备以后调⽤可选质量定义⽂件(仅在配平设置,模态分析中)⽤户选择单位逐条列出部件位置,质量和惯性约束下的配平设置平直或带斜坡的⽔平飞⾏固定速率的俯仰飞⾏模态分析准稳定模型下的刚体分析显⽰带参数的特征根级数实时显⽰模态运动输出动态系统矩阵3.涡格法模型使⽤的原则就如同其它数值算法⼀样,A VL的⽤处同样有所限制。
卡门涡街的计算一、现象简述粘性不可压的定常来流绕过某些物体时,物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、并排列规则的双列线涡。
开始时,这两列线涡分别保持自身的运动前进,接着它们互相干扰,互相吸引,而且干扰越来越大,形成非线性涡街。
卡门涡街的形成与雷诺数有关,雷诺数为40-300时,脱落的涡旋有周期规律,雷诺数大于300,涡旋开始随机脱落,随着雷诺数的增大,涡旋脱落的随机性也增大,最后形成湍流。
现通过二维圆柱绕流问题对涡街现象进行数值模拟。
二、模型建立几何模型建立如下,数值计算中雷诺数为200,即入口速度为0.031m/s。
圆柱体半径为50mm.三、创建网格通过Ansys ICEM CFD进行预处理,生成二维平面网格。
观察发现,圆周周围网格较密,向外逐步变疏,同时圆周围有理想边界层。
四、计算结果将所生成的网格导入FLUENT,检查网格质量合格后,通过二维求解器求解。
因为模型设定雷诺数为200,所以选择层流模式进行流动模拟。
默认空气为默认材料,并采用系统默认的物性参数。
进一步定义边界条件,设置速度入口和出流边界。
应用SIMPLE速度-压强关联算法,通过二阶迎风格式计算通量。
初始化后,先进行基于压力的定常求解。
而后将上一阶段求解结果作为之后非定常求解的初值进一步求解。
求解结束后生成的涡量云图如下:计算最后阶段的静压云图如下:速度云图如下:五、问题、收获总结收获:1、初步了解了ICEM CFD和FLUENT的操作使用2、简单了解了卡门涡街现象例如:通过监视升力能看到升力系数随时间不断波动,且波动幅度在逐步增大,后来渐渐稳定。
通过涡量云图看到了涡街的大致形态。
并在定常计算过程中,观察到监控残差在不断的快速上下大幅度波动,且波动幅度越来越大。
存在的问题:1、只能大体知晓软件操作流程,对其中的物理意义和数学方法还无法理解。
2、对于计算所得的数据也是一头雾水3、软件使用并不熟练。
例如:监控升力画出的曲线是可以以图片格式导出的(write),可是我在一开始的操作过程中并没有这样做,导致最后找不到曲线图。
link刘 佳1 1.上海飞机设计研究院;2.刘佳,男,上海飞机设计研究院硕士研究生在读,研究方向为飞机结冰。
本文对离散涡方法加以改进,并将改进后的离散涡方法与型结合,用于对二维翼型绕流及其结冰过程的数值模拟,兼顾了结冰数值模拟中精度与效率的需求,有望在民机型号研制与试飞中得到良好应用。
(1)(2)为动力粘度,为速度矢量,为涡量。
(4)在二维流中,(4)式右端项够大时,式(5)右端项可以忽略不计。
由此,在二维不可压无粘条件下,我们可以得到(6)式如下:(6)为流场中的涡团数,为涡团的环量,表示涡团的涡量分布函数。
在涡量分布已知的情况下,根据Biot-为了计入粘性对流动的影响,可采用(9)其中是满足的高斯分布的随机数,其均值为零,方差通过壁面无穿透边界条件确定流场中生成的涡量。
(14)(15),,分别表示涡团的涡量,位置和涡元半径。
当涡元合并后其半径会增加,为了防止涡元半径的无限,迎角为。
将上文(2.3节)中提到的两种方法计算壁面压力系数的结果与非结构混合网格流场求解器HUNS3D 的模拟结果进行了比较。
图2是表面压力系数的比较,图 2(b)是图 2(a)附近的放大图,图3是流场压力系数的比较。
Ultman 方法计算壁面压力系数与HUNS3D 计算结果较为吻合,但是在分离区仍然无法消除离散涡元的奇性影响,壁面压力系数在该区域呈振荡分布。
但相比于通过壁面涡量生图1 涡元数目控制机制示意图(a)(b)带冰NACA0012翼型5°迎角时的表面压力系数对比带冰NACA0012翼型5°迎角时的流场压力系数对比图4 各时刻冰形生长图(从左到右依次为-4.4℃,-10.0℃,-19.6℃,-28.3℃)成率来计算压力系数分布的方式,采用Ultman方法无需关心驻点位置,并且不会有误差的累积,计算结果更加合理。
压,长,角,水滴直径,液态水含量,结冰总时间360s,60s,来流静温依次为、、。
两种静弹修正方法的对比曹旭;刘永辉;郭兆电【摘要】本文针对工程应用的实际情况,采用线化理论和非线化理论对同一模型进行了静气动弹性计算,并对不同马赫数、不同高度的刚弹性计算结果进行了对比分析.结果表明,低速时可忽略弹性变形对气动力的影响,而高速时必须考虑弹性变形对气动力的影响,在工程应用初期,可用线化理论对非线性段气动力进行静弹修正,虽然精度有所降低,但效率却大大提高,在后期可用非线化理论进行校核计算.【期刊名称】《航空工程进展》【年(卷),期】2010(001)002【总页数】4页(P155-158)【关键词】静气动弹性;线化理论;非线性修正;流固耦合【作者】曹旭;刘永辉;郭兆电【作者单位】中国航空工业集团公司,第一飞机设计研究院,西安,710089;中国航空工业集团公司,第一飞机设计研究院,西安,710089;中国航空工业集团公司,第一飞机设计研究院,西安,710089【正文语种】中文【中图分类】V215.30 引言在工程应用中,出于各种因素的考虑,静弹修正[1]大多是使用线化理论进行修正,修正结果的精度及非线性段的修正问题都值得商榷。
本文使用同一个计算模型,分别采用线化理论(涡格法)和非线化理论(欧拉方程)进行了静气动弹性[2]计算,并给出了对比分析的结果。
1 方法及模型简述1.1 弹性气动力求解基于线化理论求解小扰动方程有多种方法,本文采用涡格法,将机翼简化为平板,在上面划分多个气动小块,每一个气动小块上布置涡,并选取控制点,所选择的控制点满足边界条件。
弹性变形的影响以下洗矩阵形式引入气动方程,从而得到弹性的气动力和力矩[3-4]。
非线化理论采用求解不考虑粘性的影响欧拉方程,它对于升力计算有很好的精度,而静气动弹性变形基本是由升力引起的,因此足以满足静气动弹性分析的要求。
弹性气动力的求解通过松耦合方式进行流固耦合求解,流程图见图1。
图1 流固耦合求解流程图Fig.1 Flowchart of solving fluid-solid coupling关于涡格法及欧拉方程的理论求解方法在很多参考书籍中都有详细的描述,本文就不再赘述了。
涡格法算例:螺旋桨理论:::教授: 2009年6月27日1螺旋桨的升力面理论最早可以追溯到1955年Ginzel发表的宽叶螺旋桨理论。
至今无论是升力面模型的建模,以及数学处理和数值计算方法上均有很大发展。
螺旋桨升力面理论有涡分布法,偶极子分布法和加速度势法等。
经过多年的应用实践,现在普遍采用的是涡分布法。
随着计算机速度和内存的不断提高和扩大,涡格法(Vortex Lattice Method,即VLM)得到越来越广泛的应用。
至今,各学者所发表的各种涡升力面理论的论文,就原理而言都是一致的,而主要差别仅在于涡模型包括尾涡处理和数值方法两方面。
为了加深理解升力面理论以及应用方式,我们试图通过自编程序在计算机上进行简单的涡格法实现。
鉴于螺旋桨的几何形状较为复杂,我们的目的在于初步认识升力面涡格法,因此我们对螺旋桨作一定程度上的简化,既能反映涡格法的计算特征,又能使计算相对简便。
在对涡格法理论模型进行简单的介绍之后,本文以抛物型拱弧面为例,给出涡格法的实现程序,对不同攻角和不同拱高下的计算结果进行分析比较。
22.1本文使用一空间曲面(抛物面)代替螺旋桨桨叶,桨叶厚度可由离散的源汇分布来模拟,为使模型简单化,文中不予考虑翼型厚度影响。
该拱弧面在xoy平面的投影为展长2.0,弦长1.0的矩形平面,在xoz平面上的投影为一剖面拱弧。
本文取两种不同的最大拱高,fmax=0.02*c和fmax=0.04*c,其中c为弦长1.0,比较不同的最大拱高值对桨叶性能的影响;同时将对不同攻角下环量值做比较。
2.2涡格法的思想是将升力面设置在拱弧面上,然后在升力面上进行涡格划分,并在每个涡格上布置马蹄涡和控制点,而每个马蹄涡的强度是未知的,可以通过在控制点处满足拱弧面上法向速度为零的边界条件进行求解。
本文中涡格为均匀网格划分,展向划分m个涡格,弦向划分n个涡格,在每个涡格中将马蹄涡的展向涡段布置在每格的1/4弦向格长位置处,而控制点置于3/4弦向格长及1/2展向格长位置,Weissinger证明了这样做已隐含着库塔条件的满足。
第7章 涡度、散度与垂直速度涡度、散度与垂直速度,是天气分析预报中经常使用的三个物理量。
在天气学教科书(例如:朱乾根等,2000)与动力气象学教科书(例如:吕美仲与彭永清,1990)中都有详尽介绍。
本章内容,主要取材于朱乾根等的教科书。
§7.1 涡度的表达式涡度是衡量空气质块转运动强度物理量,单位为s 1。
根据右手定则,逆时针旋转时为正,顺时针旋转时为负。
从动力学角度分析,根据涡度的变化,就可了解气压系统的发生和发展。
更确切地说,我们这里的涡度是指相对涡度,其表达式为:w v uz yx k j i∂∂∂∂∂∂=Λ∇ 3V k yu x v j y w z u i z v y w )()()(∂∂-∂∂+∂∂-∂∂+∂∂-∂∂= k j i ζηξ++= (7.1.1)其中)(3k w j v i u ++=V 是三维风矢。
虽然涡度是一个矢量,但在天气分析中,一般却只计算它的垂直分量,亦即:相对涡度垂直分量或垂直相对涡度ζ。
ζ的表达式为:yu x v ∂∂-∂∂=ζ (7.1.2) 需要注意的是,在日常分析预报中说的涡度ζ,其全称应是垂直相对涡度。
将式(7.1.2)变微分为差分,得:yu x v ∆∆-∆∆= ζ (7.1.3)§7.1.2 相对涡度ζ的计算方法犹如风矢有实测风与地转风一样,相对涡度ζ有实测风涡度o ζ与地转风涡度g ζ两种。
下面分别介绍它们的计算方法。
1. 实测风涡度o ζ计算方法用实测风计算涡度时要按照式(7.1.3)所列各项分别进行。
首先把实测风分解为u 、v 分量,然后分别读取图7.1.1所示的A 、C 点的u 值和B 、D 点的v 值,最后代入式(7.1.3)即得O 点的涡度:y u u x v v C A B D o ∆--∆-=ζ (7.1.4)图7.1.1 计算物理量用的正方形网格(朱乾根等,2000)2. 地转风涡度g ζ计算方法假若实测风与地转风相差很小,那么,便可用地转风代替实测风,并可根据地转风公式直接从高度场(或气压场)求算相对涡度。