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人机与环境工程中若干问题的数值模拟研究

张大林  
【摘要】: 本文结合人机与环境工程中不同研究方向上的几个主要问题,研究了人机与环境工程中的数值模拟方法,并用数值模拟方法解决了目前国内尚无试验研究条件的一些关键问题。这方面的研究工作在国内尚处于起始阶段,本文的工作对于推动人机与环境工程中数值模拟方法的研究,及采用数值模拟方法解决人机环境工程中的工程问题具有积极意义。本文的研究工作主要有以下几方面:1)介绍了人机环境工程中的数值模拟方法及其应用状况,并对湍流流动与换热数值模拟方法进行了分析。2)在对湍流流动与传热问题的数值模拟方法进行分析、总结的基础上,确定了适合人机与环境工程中数值模拟所采用的网格生成技术、对流扩散项的离散格式、压力修正与速度修正方法、湍流模型和非线性代数方程组的求解方法。3)提出了加压供氧面罩呼气活门特性的数值模拟方法。通过计算结果和试验结果的比较,验证了本文提出的呼气活门静态特性数值模拟方法的正确性。提出了用呼气活门板的运动方程和非定常流场计算相耦合的数值模拟方法,实现了加压供氧面罩呼气活门动态特性的数值模拟,分析了引起活门板颤振的原因,并提出解决该问题的方法。4)编制了通用的座舱气流组织数值模拟软件,使用该软件对某型飞机工作舱内气流组织的设计计算中,采用二维模型研究了座舱内自然对流和供气口位置对气流组织的影响,初步确定供气口的气流速度、温度及其在展向的位置。最后采用三维模型设计计算了工作舱的气流组织,确定了供气口在航向的位置。5)在对国内外结冰研究情况进行分析、综合的基础上,提出了结冰过程的数值模拟方法。利用多连续介质模型在欧拉坐标系下建立了空气—过冷水滴两相流动的控制方程,并在一定的结冰条件下对控制方程进行了合理的简化。在不同攻角、不同水滴有效直径情况下,数值模拟了结冰表面的水收集系数的分布情况。应用本文提出的移动边界技术,模拟了结冰过程,得到了翼面结冰后的冰型并分析了结冰对机翼气动力的影响。6)对本文的工作进行了总结。


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