课程设计说明书

课程名称：           专题讲座                  

      设计题目：        计算流体力学在风工程中的应用  

院    系：            力学与工程学院             

班    级：                   

设 计 者：                      

指导教师：                              

设计时间：               2015.1                 

力学与工程学院制

目录

1概述.................................................................................................................... 1

1.1风工程的研究概述.................................................................................... 1

1.2研究历程.................................................................................................... 1

2基本原理............................................................................................................ 3

2.1基本控制方程............................................................................................ 3

2.2 DES方法................................................................................................... 3

2.3声学方程.................................................................................................... 4

2.4结冰计算方法............................................................................................ 5

3工程实例............................................................................................................ 6

3.1结冰计算.................................................................................................... 6

3.2汽车尾气捧放的数值模拟......................................................................... 7

4结论.................................................................................................................... 8

参考文献............................................................................................................... 9

摘要

     风工程涉及的空气动力学问题非常广泛，对于其中的定常气动力问题，研究已经比较深入．随着国民经济的发展和技术的不断进步，气动噪声问题、污染扩散问题、结冰问题以及动特性问题等非定常和两相流动等气动问题已经成为研究的热点。针对这些问题。本文发展了一系列新的计算方法和软件。并分别对典型噪声源的凸起物外形以及列车的气动噪声问题、汽车尾气捧放问题、圆柱结冰问题、翼型沉浮、复合沉浮俯仰振荡的流动分离特性及非定常气动特性进行了数值模拟研究。计算结果表明。所发展的方法和软件是可靠的，可以用于相关问题的工程应用．

关键词：污染扩散；结冰；动特性；数值模拟

1概述

1.1风工程的研究概述

风工程涉及各种各样的空气动力学问题，用计算空气动力学研究其中的定常气动力问题，发展己相对成熟，如在上一届全国风工程和工业空气动力学学术会议上，我们给出了课题组发展的低速粘流数值计算方法及其在定常气动力方面的应用．在实际的工程问题中，还有许多非定常和两相流动等气动问题，如气动噪声问题、污染扩散问题、结冰问题以及动特性问题等，随着计算技术的发展，采用数值模拟技术研究这些问题已经成为目前研究的热点。

随着经济的发展和人民生活水平的提高，众多污染问题成为关注的焦点，其中气动噪声就是比较突出的一个问题，如当汽车行驶速度大于100 kin／h时，气动噪声成为最主要的噪声源，因此，对包括列车在内的各类乘用车来说，降低气动噪声，以便降低其通过噪声及车内噪声，已经成为乘用车振动、噪声研究的最重要内容。我国将在十一五期间发展京沪高速铁路，其高速列车的噪声问题亟需解决；同样对汽车，其车上的凸起物如后视镜等，都会产生严重的噪声问题。因此，建立一套气动声学数值计算软件，开展对飞行器、汽车、高速列车等进行气动声场模拟，进行噪声分析与评估，一方面为风洞的声学试验提供一个重要补充手段，另一方面也为降噪措施的采取提供理论依据。

1.2研究历程

气动声学的奠基人是英国科学家莱特希尔(Lighthill)，他于1949年提出了莱特希尔方程，这是气动声学最基本的方程。1955年，柯尔(Curie)利用基尔霍夫方法将莱特希尔理论推广到考虑静止固体边界影响，提出了柯尔(Cude)方程．1969年，福茨威廉姆(Ffowcs Williams)和霍金斯(Hawkings)等考虑运动边界影响，应用广义函数法将柯尔的结果进行了推广，提出了福茨威廉姆和霍金斯方程(简

称FW-H方程)，上述方程是计算气动声学的基本方程．基本方程中声源的确定是计算声学需要解决的基本问题，要解决该问题，流场计算就需要很密的网格和很小的时间步长，以保证各种小尺度流场结构的捕捉，原则上可以采用DNS(Direct Numerical Simulation)或LES(Large Eddy Simulation)方法求解，但由于巨大的计算量，工程上并不适用，因此在90年以前，由于受到计算机条件的限制，主要以工程计算方法为主，这些方法统称为格林函数法．在90年以后，随着计算机条件的大为改善，以及成熟的CFD软件涌现，气动和声学的统一求解法成为新的发展趋势，计算声学(CAA)诞生．在90年代末，西方发达国家许多研究机构，利用其成熟的CFD软件和先进计算设备开展三维计算声学研究，其计算结果基本与实验吻合．离解决工程实际问题已经很近，到1999年，由Spalart 141提出，经过JarmsD!、Streletsl61、Scott 17J等人的发展，DES(Detached Eddy Simulation)方法逐步走向成熟，DES结合了LES和RANS(ReynoldAverage Navier Stokes)方法的优点，既保证了计算的精度，又减少了LES计算所需的工作量，为计算声学的工程应用提供了一条新的途经。

 

 

 

 

 

 

2基本原理

2.1基本控制方程．

低速流动的基本控制方程可写为通式：

对于连续方程：

对于x方向的动量方程：

Y，Z方向具有类似的表达式．

2.2 DES方法

由于壁面的影响，壁面附近区域的湍流附面层存在较强的各向异性，采用LES求解仍然需要巨大数量的网格，这在应用中一般是达不到的，在实际的算例考核中，LES方法确实也是空间脉动模拟较好，

在近壁区处理效果不理想；而在RANS方法中，各种湍流模型十分丰富，其中以壁面函数法和低雷诺数修正在近壁区处理效果很好，但空间脉动模拟不理想；为了解决这一难题，本研究就是结合两者的优

点，即采用所谓的DES(Detached eddy simulalion)方法，该方法是把边界计算采用RANS方法，空间采用LES方法。

1)Jones和Launder低雷诺数湍流模型：

常规湍流计算采用的是高雷诺数的标准k—e两方程湍流模型，近壁采用壁面函数法处理．当在密网格计算时，高Re数湍流模型已不适合，必须考虑低Re数湍流模型。本软件采用了Jones和Laundcr低雷诺数湍流模型。Jones和Launder认为，高Re数k-e模型要推广到粘性底层(viscous sublayer)需进行三方面的修正：

1)在控制方程中扩散系数应同时包括湍流扩散与分子扩散两部分：

2)系数C且，q，c2须考虑Ref的影响；

3)在湍动能方程中考虑壁面附近脉动动能各项异性。

湍动能方程：

湍流耗散率方程：

2.3声学方程

莱特希尔声学方程：

‘

该方程分为两项，第一项为空间流体脉动项(即四极子源)，第二项为固体表面脉动项(即二极子

源)，其中：

2.4结冰计算方法

1)水滴运动轨迹的计算

为了计算水滴轨迹，考虑作用在水滴上的重力、浮力和阻力，根据牛顿第二定律，水滴轨迹运动方程可以写成：

结冰的形成和计算

将结冰表面分割成很小的一块块区域，如图l，对于任何一个控制体积，质量平衡关系式可以写成：

式中，是单位时间从前一控制体积进入当前体积的水质量(nmback water)：是单位时间从当前控制体积流到下一控制体积的水质量；是单位时间由于蒸发而损失的水质量；而则是单位时间积累在当前控制体积中的质量；是单位时间由空气中进入控制体积里面的所有水滴的质量总和·

      2-1控制体积内的质量守恒                        2-2控制体内质量守恒

3工程实例

3.1结冰计算

根据结冰过程。冰型可分为3类：霜球(Rime ice)、明冰(Glaze lce)和混台形冰(Mixed ieP)；

对运三种类型的冰．本文对直径为0,89 cm的二维圆柱表面积冰进行了模拟。

                        表1三组计算条件

本文计算的冰形与NASALevAs研究中心的冰风洞IRT中实验的结果．可以看出．本文计算的霜冰和混合冰与实验较为吻台．明冰外形与实验结果有些差异，但珠成睦的趋势和冰角位置与实验结果一致，说明本文所采用的积冰计算方法是可信的。

        3-1霜冰计算结果          3-2混合冰计算结果         3-3明冰计算结果

积冰圆柱绕滚渔场计算分析圆柱的牯性绕流与霄诺数是密切相关的，当Re(5时，流体刚着，无分离，5—15sRe<40时网{圭底部形成一对稳定的分离旋涡．霄诺敖再高，就会出现旋涡脱落，流场表现出非定常特性，同时圆柱的升力和阻力系数呈现出周期性的变化。根据积冰时流场速度．本算倒对应的雷诺数是10’量级，尾迹中将会出现不同尺度的分离涡．

3.2汽车尾气捧放的数值模拟

计算选择三厢标模轿车．外彤、计算厢格和计算条件具体见文献Ⅲ，因为尾气摊放速度远小于流场速度，尾气作为点源处理，汽车尾气捧放沿距车尾的距离可以分为三个区，见在韧期扩散混合区，尾气的扩散主要受汽车尾漉场的控制．给出了距车尾不同距离的尾气婊度分布图，在初始捧放垃置，浓度蛀太值在排故口附虹见圈其最大值位于车辆左下角．但沿流向一段距离以后，由于主尾涡的卷吸作用，尾气浓度的展大值逐渐向主涡心靠拢，并且其扩散的范围相对集中在主尾涡内．行李厢上卷出的尾涡对扩散影响不大t只是使等值线发生了少量的偏移．由于尾涡是一个相对稳定的结构．在车辆后面要拖曳搬长一段距离，在这段空间内，尾气含量较高，这是一个不利的因票，会健后面的车辆处于一个恶劣的空气环境中。

                          3-4尾气排放扩散示意图

 

 

 

4结论

为了解决目前面临的各种非定常气动问题．本文发展了一系列新的计算方法和软件．本文对汽车尾气排放问趣圆柱结冰问题，、复合沉浮俯仰振荡振动分离特性及非定常气动特性进行了数值模拟研究。

计算结果表明：结冰计算结果表明，数值预测冰形与实验一致，证明本文积冰计算方法可靠，可发展应用于结冰计算。结冰后圆柱的流场特性发生很大改变，霜冰对流场破坏程度较轻，混合冰、明冰对流场破坏严重。

对三厢车的排放问题进行了模拟研究，发现尾气的初期扩散主要受流场主尾涡对的控制，上面弱的那对尾涡影响较小．由于尾涡拖曳距离较长，且结构稳定，其涡心位置相对平直，导致在这一区域内，尾气的含量较高，这样对于后面的车辆的空气环境非常不利，特别是对于汽车进气口与该尾涡心。

参考文献

I 朱国林，李树民等．低速粘流数值计算方法及应用．全国工业空气动力学04学术会议．2004．

2 王开春、朱国林．跨大气层飞行器低速气动特性数值计算，CARDC报告．2002．03．

3 李树民．低速粘流计算方法和应用研究，气动中心博士学位论文。2005．

4 Spalart P k Trends in turbulence treataents[R]．AIAA-00-2306。2000．

5 James R F．Detached eddy simulation of a supersonic axisymmetric base flow with unstructured solverfs]．AIAA-00--2410。2000．

6 Strelets Detached eddy simulation of massively separated flows【R】．AIAA-01-0879，2001．

7 Morton S．DES end PANS simulations of delta wing vortic2al flows[R】．AIAA-02-0587，2002．

8，程紫润，傅大放。魏家泰，汽车尾气的初期扩散与扩散参数。中国环境科学．14(1)，1994．

9 IL J．1km，et a1．Close-up^nalysis of Aircraft Ice Accretio也AI从一93-0029

10IL Siegert．et aL Numerical Simulation of Aeroacoustic Sound Generated by Generic Bodies Placed on aPlate：Part II—Prediction of Radiated Sound Pressure．AIAA 99-1895。1999．

11易贤，朱国林．考虑传质传热效应的翼型积冰计算．空气动力学学报，22“)：490-493。2004 一

12 J．c．s．“．and M．EPlalzer,Thejet c川stis ofaplumging-iffo订AIAA·98-oloI．1998

 

第二篇：专题讲座报告

专题讲座报告                                                   

学号：20115108   姓名：施凯翔   班级：信管11-2

   在新的学期里，我迈向了大四这个特殊的年级，比起前三年的懒散，在这学期我必须要打起精神了。在这毕业之际，考研和工作两条路摆在前面，我选择了考研，于是每天忙碌于学习。这学期开的课很少，只有专题讲座和形势与政策两门课。而且学校默许形势与政策可以不用去，于是每个星期只有一节课。可是第一节课我就没有去，我去自习了，后来班长通知让去，我想去了也是自习。第二节课我去了，发现自己错的离谱，老师教的知识非常贴近工作，对我们出学校进入社会很有帮助。无论考研还是工作，将来进入公司企业是免不了的，快速进入状态，拥有核心技能，了解社会需要是我们必学的。而专题讲座就是为了这些而开设的，电子政务，离散事件系统仿真，管理信息系统发展回顾以及社交网络SNS，每一门课都有深刻的意义，老师用轻松细密的讲解，教会我很多知识，而且在任务很重的学习上，也让我缓解了压力。

     电子政务即运用计算机、网络和通信等现代信息技术手段，实现政府组织结构和工作流程的优化重组，超越时间、空间和部门分隔的限制，建成一个精简、高效、廉洁、公平的政府运作模式，以便全方位地向社会提供优质、规范、透明、符合国际水准的管理与服务。

     电子政务具有很多优点如：提高办公效率、简化办事流程、促进政务信息公开。 实现政府部门内部、政府之间互联互通，信息资源共享。 积累大量业务数据，完成手工无法做到的政务信息的统计分析、宏观决策等

如今电子政务这个行业非常火爆，是我们工作的一个方向。当前，国家信息化的热点是政务信息化，各级政府已把电子政务提上信息化建设的议事日程。政府信息的披露与共享走向电子化、网络化、实时化，正是以当代科技手段体现“三个代表”的重要思想。我国电子政务的普遍推行，对政府、企业、社区、个人都充满机遇和挑战。

仿真是对现实世界的过程或系统随时间运行的模仿，产生并观测系统的人造历史记录，以便推断出实际系统的运行特性用计算机对离散事件系统进行仿真实验的方法。这种仿真实验的步骤包括：画出系统的工作流程图，确定到达模型、服务模型和排队模型（它们构成离散事件系统的仿真模型），编制描述系统活动的运行程序并在计算机上执行这个程序。离散事件系统仿真广泛用于交通管理、生产调度、资源利用、计算机网络系统的分析和设计方面。

管理信息系统是一个以人为主导，利用计算机硬件、软件和网络设备，进行信息的收集、传递、存储、加工、整理的系统，以提高组织的经营效率。

管理信息系统作为一个“人机系统”，是在信息技术和企业管理需求的共同作用下不断向前发展的，信息技术作为“推动力”，通过自身的不断发展，为企业管理提供新的技术支撑，促进管理水平的提升。企业管理需求作为“拉动力”，不断提出新的管理需求，拉动信息技术的进一步发展。

在这样的背景下，管理信息系统的发展大致经历四个发展阶段：单机时代、局域网时代、互联网时代和云计算时代。一个完整的MIS应包括:辅助决策系统(DSS)、工业控制系统(IPC)、办公自动化系统(OA)以及数据库、模型库、方法库、知识库和与上级机关及外界交换信息的接口。其中，特别是办公自动化系统(OA)、与上级机关及外界交换信息等都离不开Intranet的应用。可以这样说，现代企业MIS不能没有Intranet，但Intranet的建立又必须依赖于MIS的体系结构和软硬件环境。 传统的MIS系统的核心是CS(Client/Server--客户端/服务器)架构，而基于Internet的MIS系统的核心是BS(Browser/Server--浏览器/服务器)架构。BS架构比起CS架构有着很大的优越性，传统的MIS系统依赖于专门的操作环境，这意味着操作者的活动空间受到极大限制;而BS架构则不需要专门的操作环境，在任何地方，只要能上网，就能够操作MIS系统，这其中的优劣差别是不言而喻的。 基于Internet上的MIS系统是对传统MIS系统概念上的扩展，它不仅可以用于高层决策，而且可以用于进行普通的商务管理。通过用户的具名登录(或匿名登录)，以及相应的权限控制，可以实现在远端对系统的浏览、查询、控制和审阅。随着Internet的扩展，现有的公司和学校不再局限于物理的有形的真实的地域，网络本身成为事实上发展的空间。基于Internet上的MIS系统，弥补了传统MIS系统的不足，充分体现了现代网络时代的特点。随着Internet技术的高速发展，因特网必将成为人类新社会的技术基石。基于Internet的MIS系统必将成为网络时代的新一代管理信息系统，前景极为乐观。 市场营销的MIS(Management Information System)是企业或组织整体MIS的一部分。MIS是一个信息系统，它通过程式化的程序从各种相关的资源(公司外部和内部的都包括)收集相应的信息，为经理们提供各层次的功能，以使得他们能够对自己所应该负责的各种计划、监测和控制活动等做出及时、有效的决策。这个表明MIS的本质是一个关于内部和外部信息的数据库，这个数据库可以帮助经理们做分析、决策、计划和设定控制目标。因此重点是如何使用这些信息，而不是如何形成这些信息。 最有效的MIS能够反应随着时间的推移和内部程序的改变，外部的变量如何改变，也就是说，时间和内部变量是否会对外部的变量产生影响。这就建立了一个强大而且有效的知识库，它可以帮助进行预测。虽然建立和维MIS是非常耗时和昂贵的，但是与其带来的潜在利益和对决策准确性的提高相比，对一个组织来说这还是值得的。Internet为建立和维护MIS提供了一个理想的工具，而MIS也是网络营销中的一个重要的内容。

SNS（社会性网络服务）学界和企业界引用最多的定义有两个：一个是密歇根州立大学的Boyd和Ellison的定义：“SNS是一种网络服务，这种服务允许网民在一个受限制的系统上构建一个公开或半公开的个人空间，在空间里面明确列出友情链接用户名单，并且在这个系统里，网民可以查看自己的链接和关联用户的链接”。SNS源自英文缩写，在互联网领域，SNS可以有三种理解:

服务  Social Network Service

软件 Social Network Software

网站  Social Network Site

Social Network Service，中文直译为社会性网络服务或社会化网络服务，意译为社交网络服务。中文的网络含义包括硬件、软件、服务及网站应用。因此，人们习惯；

用社交网络来代指SNS(包括  Social Network Service的三层含义)

用社交软件代指 Soeial Network Software

用社交网站代指 Soeial Network Site

SNS的特点：

（1）实名制 。

 一般的SNS网站采用实名制，对用户的个人资料、学习背景、工作背景等的真实度要求很高，保证用户线上线下身份的一致。在实名制下SNS为用户提供了基于真实、可靠、可信任的关系前提的接触平台。

(2)功能集成和平台化趋势。

SNS大都集合了多种Web2.0技术和工具，采用多种方式保持用户之间交流和联系。一般包括即时信息、博客、论坛、站内邮件、互动游戏等。SNS既提供即时通讯功能，也提供站内信、留言等非即时性交流方式；既提供一对一的个体间交流，也提供群组功能，满足以圈子为单位进行交流的需求。

(3)交互性和开放性。

SNS社区拥有极强的互动性，在其平台上可以形成基于共同取向和兴趣爱好的各类圈子。SNS社区为构建知识社区提供了“天然”的平台。每一个来SNS网站的人都不是一个单独的个体，可以在SNS中形成或大或小的圈子。

(4)主体性。

在SNS社区中每一个信息传播者和信息接受者都是平等的交流伙伴，每个群组内的交流都是一个多向的互动过程，任何一位成员都可能成为信息源。信息的流向是多向发散、自由流动的，每位成员都有接触和获取信息的机会比。

(5)庞大的人脉关系。

SNS用户根据社会关系、地域分布、年龄分段、志趣爱好、话题关注自发地织成一张庞大复杂的人脉网络，并按照上述关系自然形成用户分群，可有效开展针对性强、覆盖面广的商业营销。

(6)高度的用户黏性。

用户黏性，是指网站能“黏住”用户的程度，具体来说是指用户对某一网站的重复使用度、依赖度、忠诚度。

从SNS的定义与特点中，可以看出“信息、经验、兴趣的分享”与“人与人的互动交流”应该是SNS的两个基本的功能，各种SNS主要是通过各种基于SNS 的API实现这两种功能来实现聚焦人气，实现增强用户粘性的效果，从而实现通过SNS帮助人们提供个人的人脉价值。