【摘要】：三杯式風(fēng)速儀由于其轉(zhuǎn)速與風(fēng)速成線性關(guān)系、測(cè)風(fēng)范圍大、成本低等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各種風(fēng)速測(cè)量領(lǐng)域,越來越多的應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)其性能提出了更加嚴(yán)格的要求。目前國內(nèi)外對(duì)風(fēng)杯式風(fēng)速儀的研究主要依賴?yán)碚摲治龊惋L(fēng)洞試驗(yàn),試驗(yàn)成本高、周期長,理論方法包含大量的簡(jiǎn)化和假設(shè)條件,以至于不明確結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)風(fēng)速儀氣動(dòng)性能的影響規(guī)律,計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(Computational Fluid Dynamics,CFD)在流體流動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用為風(fēng)速儀氣動(dòng)性能的研究和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了有效途徑。本文的研究內(nèi)容旨在通過數(shù)值模擬方法對(duì)三杯式風(fēng)速儀的空氣動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行研究,結(jié)合理論分析和風(fēng)洞試驗(yàn)驗(yàn)證仿真的可靠性,依此指導(dǎo)風(fēng)速儀的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。主要內(nèi)容包括:(1)通過建立三杯式風(fēng)速儀空氣動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)模型,闡述了動(dòng)靜態(tài)特性理論和CFD基礎(chǔ)理論,為后文的研究打下基礎(chǔ);(2)構(gòu)建風(fēng)杯空氣氣動(dòng)特性的數(shù)值模擬模型,介紹定常數(shù)值模擬的各個(gè)環(huán)節(jié),結(jié)合試驗(yàn)對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析,為后文的杯形優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考;(3)提出了采用Transient Rotor-Stator模型、Simo Wong算法、RNG k-?湍流模型的風(fēng)速儀被動(dòng)響應(yīng)數(shù)值模擬方案,在CFX中進(jìn)行非定常數(shù)值模擬,結(jié)合理論對(duì)仿真結(jié)果分析后得到動(dòng)靜態(tài)特性參數(shù)的計(jì)算結(jié)果并與風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比。研究表明,數(shù)值模擬方法能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出風(fēng)速儀的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程和線性特性,計(jì)算誤差在20%以內(nèi);(4)分別以風(fēng)速儀的線性特性、啟動(dòng)性能、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度為研究對(duì)象,采用CFD計(jì)算、近似模型、預(yù)測(cè)優(yōu)化等手段,歸納了回轉(zhuǎn)半徑、杯口直徑對(duì)線性系數(shù)、距離常數(shù)的影響規(guī)律,比較了不同杯型的啟動(dòng)性能,提出了改善風(fēng)速儀動(dòng)態(tài)性能的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。研究結(jié)果表明,線性系數(shù)隨著回轉(zhuǎn)半徑的增大而線性增大,隨著杯口直徑的增大而減小,回轉(zhuǎn)半徑是主要的影響因素;半球形風(fēng)杯的啟動(dòng)性能優(yōu)于錐形風(fēng)杯,不同錐角的杯型啟動(dòng)性能差別不大;采用回轉(zhuǎn)半徑為84mm,杯口直徑為70mm的結(jié)構(gòu)能夠顯著提高風(fēng)速儀的動(dòng)態(tài)性能。
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH815

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2513837