边界层中湍动能和耗散能最大的尺度分量特征研究

阐述了利用离散正交小波理论分析 1 -D湍流测试信号的方法 ,使用热线风速仪 ,在 3个雷诺数下 ,分别测量了光滑壁面湍流边界层的速度和加速度信号。运用所述方法分析了边界层测试信号 ,给出了最大湍动能密度和最大耗散能密度及其对应尺度沿 y+ 的分布曲线 ,并且给出该尺度分量的发生频率沿 y+ 分布曲线。分析可见 :两种最大能量密度的无量纲尺度沿 y+分布具有雷诺相似性 ,其发生频率随着雷诺数增加而增加 ,但是最大湍动能密度尺度的频率沿 y+基本是一常数 ;无量纲的最大湍动能密度沿 y+在边界层小部分区域具有雷诺相似性 ,而无量纲的最大耗散能密度沿 y+

代数亚格子湍动能模型及非黏性亚格子应力模型在喷雾大涡模拟中的应用

在KIVA3V中将考虑简化的代数亚格子湍动能模型的3种亚格子尺度模型和K方程湍动能模型的非黏性亚格子应力模型纳入程序中,对定容弹中柴油的喷射和雾化过程进行了数值研究.以燃油液相和蒸气相分布的试验数据为依据,揭示了代数亚格子尺度湍动能模型对燃油喷雾计算结果的影响,并且与K方程亚格子湍动能模型进行了对比,同时分析了加入的非黏性亚格子应力张量模型的适用性.结果显示3种亚格子应力模型及代数亚格子湍动能模型的组合可以有效地模拟流场中湍动能变化对液滴弥散速度的影响,从而使液相贯穿距及液相和气相浓度分布与试验结果更为接近.同时,该代数模型所计算的亚格子尺度湍动能与K方程模型计算结果相当吻合.非黏性亚格子模型可以计算相对准确的喷雾结果.

用小波理论研究湍流边界层湍动能的特征

在三个雷诺数下，用热线风速仪测量了光滑壁面湍流边界层的脉动速度信号，利用离散正交小波理论分解该测试信号，得到具有最大湍动能的分量及其发生频率，并得到了这两个参数沿ｙ＋的分布曲线．分析表明，在试验雷诺数下，最大湍动能的无量纲尺度沿ｙ＋分布雷诺相似，其发生频率沿ｙ＋基本是一常数，且湍动能主要集中在几个有限的尺度分量上．

基于小波分析后台阶流动中的湍动能能谱分布

利用小波分析良好的时频双局域性特点,对准周期性非定常流场的速度信号进行了多辨析研究.使用大涡模拟方法得到了后台阶流动的流场,借助正交离散小波变换将流场中各处的速度信号在不同频带上逐层分解.提出了以特征频带名义频率和特征频带速度幅值作为描述流场各点处湍动能在不同频带上能谱分布的量化指标的新方法.以分析后台阶流动的脉动速度场为例,结果表明,所提出的方法可以为改进大涡模拟方法中的网格分布提供理论依据.

风力机运行对近地层风速及湍动能影响的研究

为研究风力机运行对大气边界层的潜在影响,采用GAMBIT软件建立风力机及风场模型,应用UDF技术加载边界层速度分布函数作为流场入口边界条件,基于尾流特性及湍流理论,应用FLUENT软件对单台风力机运行对大气边界层底部近地层的影响进行模拟,通过分析风力机下游流场的特点来探索风力机对大气边界层内的速度及湍动能的影响,以期分析边界层的变化情况。结果表明,风力机的运行使边界层内风速、湍动能均发生较大变化,这将进一步影响边界层某些参数,进而可能改变风电场周边的环境气候。

一种基于湍动能方程的转捩判定方法

转捩现象是阻碍阻力高精度求解的主要问题之一.Menter和Langtry所提出的γ--θ转捩模型通过引入涡量雷诺数和间歇因子输运方程来驱动转捩,但是其中很多经验公式的理论立足点有待商榷.驱使层流转变到湍流依赖的仍然是平均速度的一阶和二阶相关量,它们组合构成了湍动能方程的耗散尺度.在湍动能方程中做合适的耗散平衡后,仅仅依靠湍动能方程可以有效地捕捉转捩现象.采用自然转捩和旁路转捩测试算例进行了验证,结果证明该方法与试验值匹配较好,具有一定的工程实用价值.

基于湍动能的转套式配流系统流场特性分析

为了分析转套式配流系统内部流场动能损失及耗散情况,本文以配流系统全流场为研究对象,基于湍动能求解雷诺应力,采用专业流体软件Fluent模拟其流体域内部湍动能分布、流速分布和流量脉动情况,并详细分析了三者之间的关系及湍动能分布对流速与流量脉动的影响。分析结果表明,湍动能大小分布与流速大小分布特性基本吻合;流场内部动能损失较大,流动不稳定点出现在进、排流质转换瞬间,且在转换瞬间出现较大流量倒灌现象。该研究具有重要理论意义和工程应用价值。

亚网格湍动能及湍流弥散效应对燃油喷雾特性的影响

采用大涡模拟方法和不同的雾化模型对定容弹中燃油喷射和雾化过程进行数值分析.着重探讨亚网格尺度湍动能,特别是燃油喷雾所诱导的亚网格湍能源项对液滴运动和喷雾特性的影响,并进一步探讨了亚网格气相湍动能对液滴弥散速度乃至喷雾场的影响.通过对不同的工况条件的模拟计算对喷雾的影响因素进行了讨论并与相关的实验进行了比较.计算结果表明,KH-RT破碎模型要优于MTAB模型,湍流弥散效应和亚网格湍动能喷雾源项对燃油喷雾有着重要的影响,其作用均是减少喷雾贯穿距,使模拟结果更接近于实验.其中,湍流弥散效应的影响更为显著.

可压缩混合层交界面附近湍动能特性的实验研究

利用粒子示踪、粒子图像测速(PIV)和纹影技术研究了对流马赫数Mc=0.38时大尺度结构主导的可压缩混合层界面特性,主要是超-亚声速来流与混合层交界面附近湍动能的增长率特性。研究结果表明:在混合层交界面附近,湍动能发展所需能量主要来自当地流体微团的可压缩性,占主导地位的是雷诺应力通过流向线变形向流体微元的输入功;而混合层内部则以雷诺应力通过流向剪切变形引起的输入功为主;此外,交界面附近的大尺度结构对流体微元的线变形输入功具有抑制作用。

泡状流运动的湍流模型及液相速度和湍动能的分布预测

１前言在核能、航天等技术领域和能源、动力、石油化工等工业过程都存在泡状流现象，其中绝大多数的泡状流流动状态为湍流，因此对湍流泡状流进行深入研究极为必要。近年来Ｌｅｅ［１］、Ｌｏｐｅｚ ｄｅ Ｂｅｒｔｏｄａｎｏ［２，３］等提出了一些多维的湍流输运的双流...

亚格子湍动能模型及循环流化床气固湍流特性分析

以气相大涡-颗粒相二阶矩双流体模型为框架,基于单相流亚格子湍动能推导方法,考虑固相影响推导气相亚格子湍动能方程,建立了适用于气固两相流动的气相亚格子湍动能模型;同时考虑气相亚格子湍动能与颗粒相速度脉动二阶矩之间的脉动能量传递,补充了气固相间脉动能量作用模型。模拟了循环流化床内气固两相湍流流动过程,模拟结果与实验数据吻合较好,并较未考虑湍流模型的模拟结果更接近实验值。比较了不同亚格子湍流模型对颗粒运动的影响,与Smagorinsky亚格子涡黏模型相比,亚格子湍动能模型能够更好地模拟两相流的湍流特性。分析了气体表观速度对湍流作用的影响。研究表明,随着气体表观速度的增加,气相亚格子湍动能和亚格子能量耗散逐渐增加,径向分布的非均匀性增强。

叶片进口边开孔对离心泵空化和湍动能影响的研究

以某台低比转速离心泵为研究对象,提出了在离心泵叶轮入口处对叶片进行开孔的新方案,基于Realizable k-ε湍流模型和简化的Rayleigh-Plesset空化模型,研究了叶片进口边开孔对离心泵空化和湍动能的影响。对比分析了未开孔和几种不同开孔方案对离心泵性能的影响,计算得出扬程和效率并与实验数据进行对比。结果表明:在叶轮入口处最先产生空化的区域对叶片进行开孔,能够有效抑制离心泵内部空化情况的发生;4×1 mm开孔方案不仅改善了离心泵空化性能,还有助于减小湍动能耗损,使得离心泵内部流场更加稳定。

基于湍动能谱的自适应大涡模拟方法

为了在计算量有限的前提下实现对不同尺度上湍流燃烧结构的直接求解,提出了新的基于湍动能谱的自适应大涡模拟的概念。在这一概念下,利用湍动能谱和自适应网格技术建立了跨尺度算法,从而实现DNS和LES两种方法的耦合。在湍流非预混氢气射流火焰的模拟中,该方法既能捕捉大尺度湍流结构,又能分辨小尺度燃烧结构,计算出的物理量的瞬态和时均分布和DNS结果吻合得较好。计算偏差主要体现在DNS和LES区域的过渡处,这与亚格子湍动能在过渡处的变化不够平滑有关,表明跨尺度算法需要优化,以完善对不同尺度间湍动能传输的模拟。

超声速槽道流动中的湍动能负产生率研究

局部湍流的逆向传递会导致湍动能输运方程中的湍动能产生率项符号的改变,由一般正值变为负值。研究湍动能负产生率的变化可以实现调节通道内的气流品质,有利于进行流动控制。对二维超声速槽道流动进行数值模拟,研究超声速流场中湍动能负产生率的变化规律。结果表明:湍动能负产生率是由流场应变率张量的拉伸特性主导;激波处湍动能产生率恒正且取得极大值;增大入口马赫数会使湍动能负产生率效应减弱。

湍动能模拟内部声激励的计算研究

为了研究襟翼表面的声激励对多段翼型升力特性的影响机理,利用湍动能假设进行数值计算研究。以湍动能的量值、雷诺数以及襟翼与主翼的搭接量为参数,研究上述参数的变化对升力特性的影响,得到的结果与实验值符合良好。在多段翼型缝道处加入湍动能的影响规律是:(1)在升力特性线性段减少了升力系数,在失速点附近可以推迟分离,提高升力系数;(2)当雷诺数增加时,湍动能对升力系数的影响量减小;(3)在搭接量为零时,湍动能的影响最大。上述规律与在缝道处加入声学激励的影响规律一致,表明采用注入湍动能来类比声学激励有一定的应用价值。

进口气速对水力喷射-空气旋流器内湍动能分布影响

依据耦合强化思路,提出了利用水力喷射-空气旋流模式强化高浓度氨氮废水的脱除过程,研发出一种水力喷射-空气旋流器(WSA)。WSA作为一种典型的气液传质设备,其内部流体的湍动行为分布研究对反应器的设计与优化尤为重要。为此,利用雷诺应力模型(RSM)描述反应器内复杂的气液旋转流动、局部回流及具有速度方向各异性的湍流行为。针对反应器内的多相流动,采用VOF模型计算气液两相流动中相交界面的变化规律。最后,基于模拟计算结果,分析水力喷射-空气旋流器内湍动能分布规律。结果表明:溢流管底部下轴向位置上湍动能分布具有相似性,呈两边高中间低的不对称鞍形。溢流管区域内的湍流从时均流中获得的能量较多,时均流在该区域的能量损失于湍流的量较大,特别是在溢流管轴向向下段区域。

不同曝气流速下曝气池内气液两相流混合液湍动动能的数值模拟

随着水环境综合治理范围及深度的提高,有必要优化在活性污泥工艺中耗能最多的曝气过程,即用尽可能小的能耗对已污染的水体进行净化。本文通过对一典型的推流式曝气池模型进行数值模拟研究,得出本次数值模拟的曝气池计算模型在网格数达到302400个时可以达到理想的模拟要求。通过比较不同曝气速度下曝气池特征断面的湍动动能的变化情况,得出在曝气速度达到1.463m/s~1.89m/s范围时能达到理想的曝气效果。曝气池内形成了稳定的旋流,这有利于曝气池内气体和液体的稳定混掺,从而对合理提高曝气效率从而减少能耗有一定的参考意义。

沟槽表面边界层湍动能分布规律

通过对不同风速下不同尺寸V型沟槽表面及光洁平板表面边界层内湍动能的测试,对比分析了沟槽表面边界层湍动能的分布规律。试验在一小型专用风洞中开展,流场测试中使用恒温式IFA300智能型流动分析仪,测试模型则采用有机玻璃材质的矩形平板结构;而在沟槽表面理论零点及壁面摩擦速度的计算中,采用基于湍流边界层Spalding壁面律公式同时计算壁面理论零点和壁面摩擦速度的改进方法。最终研究结果表明,沟槽结构主要影响边界层流场的近壁区,沟槽的存在提高了边界层中黏性底层内湍流脉动所具有的动能,有效降低了边界层中过渡区内的湍动能,最大相对降幅超过10%,较好地验证了基于"二次涡"的沟槽表面减阻理论。

基于湍动能的水泵水轮机无叶区流动分析

水泵水轮机采用非同步导叶时,无叶区的压力脉动幅值增大,流动更加不稳定。为了弄清无叶区的流动形态,分析预开启导叶对无叶区流动的影响,选取预开启导叶开度为21°下的飞逸工况点为研究对象,基于湍动能求解雷诺应力并对无叶区流动进行分析,详细分析各正应力项对流动稳定性的影响规律。对比同步导叶流场分布,提出无叶区流动稳定性的影响因素。在预开启导叶尾迹方向接近叶片压力面入口处,存在一个范围较大的高湍动能区域,其与雷诺应力的极值位置基本重合。

排水管道内湍动能分布特性及影响因素

污水中的污染物在管道输送过程中由于管道壁生物膜的微生物作用而发生降解,生化反应过程取决于物质从水相到生物膜之间的传质过程,传质过程受管道中流态特别是湍流作用的影响较大。采用PIV技术和FLUENT软件模拟下水道流态,重点研究充满度为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5和坡度为0.003、0.005、0.008、0.01、0.03时水相中湍动能和湍动耗散率的沿程变化。结果表明,在充满度一定时管壁处的湍动能及湍动耗散率最大,且其随着坡度的增大而逐渐增大;坡度一定时,充满度越大管壁处湍动能及湍动耗散率越大。