风洞二次收缩段数值模拟①

朱宇政， 杨志刚， 李启良

(同济大学上海地面交通工具风洞中心，上海 201804)

0 引言

收缩段是风洞重要组成部分，其作用是均匀加速气流，使其沿收缩段壁面曲线流动时，要求流速单调增加，在出口处达到试验段需要的流速.如今随着高速列车等交通工具蓬勃发展，对风洞试验段的风速要求也越来越高，如仅仅通过提高风机转速的方法，会大大增加能耗，使得经济性变差.因此考虑采取二次收缩段的方式，通过在已有风洞收缩段后加上二次收缩段，来提高试验段风速.

国内外在风洞收缩段的研究并不多，虽然已经有人对风洞矩形收缩段的流场进行过计算和分析[1－3]，也有人系统论述了风洞的结构设计，包括了收缩段的设计[4－5]，然而，针对二次收缩的研究较少.为此，本文在原有收缩段的基础上，就二次收缩展开数值研究，以其为后续的应用提供参考.

1 收缩曲线选型

(1)维辛斯基曲线

如图1所示的维多辛斯基曲线，在进口附近收缩很快，出口平缓，平均湍流度低.计算公式如式1所示:

式中，r0和r*代表收缩段入口和出口的半径值.L是收缩段的总长.

(2)双三次曲线

如图2所示的双三次曲线，进口平滑，出口速度过冲比好，但出口平缓度较差.

图1 维辛斯基曲线

图2 双三次曲线

计算公式如式2:

式中，xm为前后两曲线的连接点，本文取0.5.l是收缩段的总长，D1和D2代表收缩段入口和出口的半径值.

(3)五次曲线

如图3所示的五次曲线在出口附近的收缩较剧烈，出口平缓度好于双三……