基于Realizable k-ε湍流模型的氨气泄漏数值模拟研究

针对液氨泄漏事故,为了分析不同泄漏点、不同排风条件下氨气的运移规律,以便合理设置应急处置装备、采取有效措施,基于Realizable k-ε的氨气泄漏有限元数值模拟分析方法,计算了液氨泄漏质量,模拟分析了增加排风口、不同液氨泄漏口及不同液氨泄漏量的氨气扩散规律及浓度变化情况。模拟结果表明:对流排风口位置对于泄漏氨气浓度影响较大,泄漏口位置对泄漏氨气扩散影响不显著;氨气泄漏量的增加使得泄漏口垂直方向氨气浓度显著增加。

应用Realizable k-ε湍流模型的振荡水翼绕流数值模拟研究(英文)

采用计算流体力学软件Fluent提供的Realizable k-ε湍流模型计算了振荡水翼的绕流问题,利用有限体积法求解雷诺平均N-S方程,空间离散应用二阶迎风格式,速度—压力耦合格式为SIMPLEC格式;为了验证该数值格式及湍流模型,计算了文献中的算例并做了对比;考察了不同参数对振荡水翼周围流场及受力特征的影响,研究表明在一定水翼攻角条件下,水翼振幅及振荡频率均对振荡水翼的涡结构产生发展及其受力特征具有明显的影响.

基于Realizable湍流模型的弯管流动模拟分析

以工程实际中广泛应用的管道为基础,针对管道输送中弯管的薄弱环节,基于Fluent可实现湍流模型,分别采用定常与非定常模拟的方法,建立油水两相流流场的数学模型,研究弯管油水两相流动的速度、压力、流线部分的特性。研究结果表明定常与非定常数值模拟弯管两项流动都具有较好的模拟效果。

基于标准和Realizable k～ε湍流模型的阶梯式溢洪道流的数值模拟

采用Realizable k~ε湍流模型并结合VOF自由面追踪技术对阶梯式溢洪道流进行了数值模拟。计算所得水力特性与文献中的实验观察结论基本一致,验证了该模拟方法在分析阶梯式溢洪道流中的有效性。分析了3个不同阶梯处的竖直表面压强分布情况,对标准和Realizable k~ε这两种湍流模型的预测结果进行了比较,结果表明Realizable k~ε湍流模型在该问题的分析中优于标准k~ε湍流模型。

旋流燃烧器数值模拟中Realizable κ-ε和RSM模型的比较

使用RKE模型和RSM模型对某旋流燃烧器进行3D冷态湍流流动模拟计算,并从精度、计算量和收敛性3个方面对两个模型进行了比较。通过与PIV所测得的出口冷态流场对比表明,两个模型均可以较准确地预测燃烧器出口的宏观流场、径向速度和轴向速度分布。相比较而言,RSM模型在预报流场速度峰值的位置、回流区的大小、主流射流宽度等方面比RKE模型更准确一些,在收敛性上RSM模型也占优,而在计算量上,RSM模型略大一些,但对反应流计算,两个模型计算量基本一致。研究表明在模拟旋流燃烧器流场时RSM模型具有一定的优越性,建议优先考虑。

基于非定常计算的对旋风机压力脉动分析

利用Realizablek-ε湍流模型对局部对旋风机进行了全流道非定常湍流计算,预测了前后两级叶轮附近各干涉面上压力脉动的时域分布情况。分析结果表明,前后两级叶轮之间的动-动干涉、前后两级叶轮与其相邻部件之间的动-静干涉以及流动的周期非定常特性是对旋式通风机内部压力脉动产生的主要根源;后级叶轮叶片对叶轮区域压力脉动的影响要远大于前级叶轮。数值模拟结果可以作为对旋风机叶轮部分气动噪声预估的参考依据。

多孔横向紊动射流涡量场的数值分析

应用realizablek-ε紊流模型并结合SIMPLEC算法,分别对单圆孔、双圆孔和四个圆孔的涡量场进行了数值模拟,近壁区流动的处理采用两层模型的壁面函数法,计算得出了不同工况下的剪切层涡、马蹄形涡和反向涡旋对(CVP)。结果表明:在多孔射流中,由于前面射流的遮挡作用,使得后面射流剪切层涡发生的位置升高;在多孔射流中,当多股射流合并为一股新的射流之后,才出现马蹄形涡的雏形,并最终发展成为马蹄形涡;剪切层涡的破裂导致CVP的形成,马蹄形涡和尾迹涡都影响CVP的发展。当多股射流合并为一个新的射流之后,CVP的形状才逐渐发生变化并趋于规则。

侧式进／出水口水流运动三维数值模拟

采用Realizable k-ε双方程紊流模型对侧式进／出水口水流运动进行数值模拟,研究了体型对进／出水口水头损失和孔口附近流态的影响,指出了扩散段水平扩散角和整流段长度对水头损失和孔口流态的决定作用．最后给出进流工况自由水面随库水位变化情况．计算结果和试验结果基本吻合．

分解炉内三维湍流流场数值模拟

针对某大型高性能分解炉的实际尺寸,用Realizable(带旋流修正的)k-ε模型,采用SIMPLE算法,二阶迎风差分格式,模拟了炉内三维湍流流场.计算所得的速度、压力分布与该炉热工标定的结果以及其实际运行的性能符合较好.

竖井式贯流泵装置的数值模拟与优化

基于三维雷诺时均N-S方程和realizablek-ε湍流模型,采用SIMPLEC算法对广东省某大型竖井贯流式泵站的初始方案进行了数值模拟计算与分析,并提出流道尺寸的优化方案。对比优化前后的计算结果表明,该优化方案明显改善了整个流道的流态,减弱了水流在泵进口处的强烈冲撞,消除了局部回流、负压及脱流现象,水流在岔管处平稳过渡。该方案为泵站流道的优化设计提供了有力依据,可供类似工程参考。

基于CFD的长短叶片水轮机转轮研究

以混流式水轮机HLA351为原型,基于商业CFD软件FLUENT,采用Realizablek-ε双方程湍流模型和三维时均N-S方程,对长短叶片结合、长叶片、短叶片三种混流式水轮机在额定流量工况下三维湍流数值进行了模拟研究,获得了各水轮机全流道的流速和压力分布。计算结果表明,在相同情况下,长短叶片结合的水轮机较常规转轮的流速和压力分布更合理、性能更优,为水力机械的设计或改型优化设计等研究提供借鉴。

对旋风机非定常湍流计算及整机压力脉动分析

利用Realizable k-ε湍流模型对某对旋风机进行了全流道非定常湍流计算,预测了前后两级叶轮附近两对动-静干涉面以及一对动-动干涉面上压力脉动的频域分布情况,分析了压力脉动沿干涉面径向的传播变化规律.分析结果表明,后级叶轮叶片对叶轮区域压力脉动的影响要远大于前级叶轮.分析结果可以作为对旋风机叶轮部分气动噪声预估的参考依据.

非定常来流对建筑周围流场影响的数值模拟

采用R ea lizab le k-ε双方程模型和P ISO算法,在正弦型周期变化风谱所形成的大气边界层对数风速廓线下,对绕三维建筑物的流动进行了数值模拟.采用分区网格划分方法,应用自适应网格技术,固体壁面采用标准壁面函数法处理.计算结果显示,整个流场都随正弦风谱呈周期性波动,各点速度的变化周期相同,只是幅度有所改变.周期的变化对整个流场速度的大小影响较小,但振幅的改变可使速度值发生很大变化.在建筑物周围,受阻挡的气流被挤压而绕流,横剖面后部形成两个旋转方向相反的大尺度涡;纵剖面后部分离后产生与H相同高尺的分离涡,回流区长度在0.15 m左右,且不随周期和振幅而改变,整个流动具有对称性.

用三维计算流体力学方法计算调压室阻抗系数

为了研究计算流体动力学方法确定阻抗式调压井阻抗系数的可行性,本文选用适合调压室流动的可行化k_ε湍流模型及考虑边壁粗糙度的壁函数,用二阶精度算法对T形岔管、管内孔口、突扩管和阻抗式调压室的流场进行了数值模拟。经比较发现采用计算流体动力学方法计算所得的结果在水头损失方面可达到与常规模型试验结果同等的精度,表明计算流体动力学可以应用于调压室的设计计算中。

S弯扩压器中四种湍流模型的比较

采用Realizableκ-ε,S-A(Spalart-Allmaras),SST(Shear stress transport剪切应力输运),RSM(Reynolds stress equation model雷诺应力模型)四种湍流模型对S弯扩压器内的分离流动进行了模拟,分析了不同湍流模型对计算结果的影响.将不同轴向位置的表面压力系数、分离区的大小、马赫数等三个量的实验值与计算值进行了比较,结果表明:分离区湍流模型对表面压力分布影响较大,未分离区不同湍流模型模拟精度相当;S-A模型对分离区的模拟较保守,RSM模型对分离的模拟精度较高,SST与RSM模拟结果很接近;各湍流模型计算的高速区域均比实验值大.扩压器的平均总压恢复系数受湍流模型影响不大,和实验结果吻合较好.

多喷嘴对置式煤气化炉内气固两相流动及壁面沉积

对我国具有自主知识产权的多喷嘴对置式煤气化炉内的气固两相流进行了数值模拟分析.在合理简化和假设基础上建立了基于Eulerian-Lagrangian模拟方法的炉内气固两相流动模型,采用Realizablek-ε模型描述炉内复杂气相湍流运动,应用颗粒轨道模型随机追踪煤粉颗粒在湍流气流中的运动.通过数值计算获得了炉内气固两相的速度矢量、颗粒分布、颗粒运动轨迹,以及颗粒碰撞并沉积于壁面的通量分布.揭示了该型气流床煤气化炉内气固两相流动特征,并分析了入口速度和炉体上部高度对气固两相流动和颗粒在壁面沉积的影响规律.结果表明:对撞流显著增强炉内气固流动湍动,强化气固相互作用,并使煤粉颗粒在炉内有效分散,有利于化学反应高效进行;在喷嘴入口及顶部的壁面处颗粒沉积率较大.

抽水蓄能电站侧式双进/出水口三维数值模拟

采用Realizablek-ε紊流数学模型对抽水蓄能电站侧式双进/出水口进流水流特性进行数值模拟,并将计算结果与物理模型试验的测量结果进行比较,验证了三维数值模拟计算的准确可靠性。模拟结果表明,该方法计算流体力学方便快捷,并可达到物理模型试验的精度。

竖轴水轮机三维水动力响应的数值模拟

基于Realizable k-ε湍流模型和三维N-S方程,应用CFD软件FLUENT的滑动网格方法,对一种新型变攻角竖轴水轮机三维情况下的水动力响应及能量转换系数进行理论分析和数值模拟计算。研究结果表明:连接杆件的截面为NACA翼型时对转轴提供的附加扭矩大于圆形截面连接杆件;选取截面翼型为NACA4415的连接杆件对其安装角度的影响进行比较分析,可知当连接杆件翼型的弦线与来流平行时,能量转换系数最大,与实验数据有较高的吻合度。表明Realizable k-ε湍流模型是一种有效的数值模拟方法。

多孔横向紊动射流流场的数值分析

基于控制容积法和协调一致的求解压力耦合方程的半隐方法(SIMPLEC),应用 Realizableκ-ε紊流模型,对单圆孔、双圆孔和四个圆孔的横向紊动射流流场进行了数值模拟,分别得到了射流与主气流速度比 R 为4和6的速度场。结果表明:射流比 R 越大,射流越不容易发生弯曲;在多孔射流中,水平方向速度 u 变化明显且幅度较大,并出现了多个极值点;射流孔后存在尾迹区,第一个射流孔后,"孔吸现象"更加明显;由于前一个射流的遮挡作用,后面的射流更不容易发生弯曲。

基于Fluent的辫状水槽水流三维数值模拟

为研究辫状河道水流运动规律,应用计算流体力学Fluent软件,基于Realizable κ-ε湍流模型及水气二相流流体体积函数法(VOF)模型,建立了辫状水槽水流的三维数学模型,模拟了辫状水槽4种工况下不同尺寸的流场分布,并对比分析了数值结果与实测资料。结果表明,数值模拟能较好地反映流场分布规律;支槽分离区的尺寸与支槽宽度、水深位置及支槽中间沙岛长宽比相关。