Spalart-Allmaras湍流模型在高超声速气动加热计算中的应用

将AUSM+格式与LU SGS隐式迭代相结合,采用一方程的Spalart Allmaras湍流模型和二阶迎风MUSCL格式,研究了火星"探路者号"实验模型在10马赫来流条件下的气动热问题。采用量热完全和热完全两种气体模型的计算结果与实验数据进行了比较。热完全气体模型模拟的热流分布规律与实验吻合较好,但是对分离区的热流估计过高。在网格合理划分,尤其是满足近壁面的网格分辨率要求的前提下,该方法能够合理反映高超声速流场除分离区以外的气动热特性。

Spalart-Allmaras湍流模型在弧形翼超音速流场数值模拟中的应用

利用Spalart-Allmaras湍流模型对三角翼-身组合体绕流流场进行数值模拟,并与国外风洞试验数据进行比较,验证了此湍流模型在超音速复杂流动计算中的有效性.同时采用基于密度的隐式求解器,数值离散格式采用二阶迎风格式,对十字形布置的4片弧形尾翼弹超音速流场进行了数值模拟.数值模拟结果给出了弧形翼附近的流场结构,并对弧形翼凹凸表面的压力分布做了详细分析,得出了弧形翼在零攻角下产生升力的机理.

基于“Spalart-Allmaras”湍流模型的高速公路大型车车头间距

为了解决高速公路排水产生的安全问题,以交通工程学、水力学等理论为基础,通过分析高速公路大型车的运行特性,采用GAMBIT构建了模拟路面排水形式的仿真模型,并运用FLUENT软件中的"Spalart-Allmaras"湍流模型进行模拟分析,得到高速公路单辆车、高密车流出口压力变化规律和压力云图.结果表明:在降雨强度为0. 05～0. 50 mm/min的情况下,不形成连续移动水坝现象的临界车头间距为20～100 m,高速公路安全行车的临界运行速度为86 km/h至29 km/h.

Spalart-Allmaras湍流模型在混流式长短叶片转轮流场计算中的应用

采用Spalart-Allmaras一方程湍流模型对混流式长短叶片转轮进行了流场计算,并与标准k-ε湍流模型计算出的流场及实验数据进行比较,以验证SA湍流模型在转轮流场计算中的应用。计算基于连续方程和雷诺时均N-S方程,选用SA一方程湍流模型使方程组封闭,通过贴体坐标下的有限体积法对控制方程进行了离散,数值求解采用SIMPLIC算法。通过计算,得出了在不同工况下长短叶片转轮内部流动的速度及压力分布,其计算结果与相关文献中的报道吻合。比较发现与标准k-ε湍流模型计算出的叶片表面压力分布规律完全相同,其偏差在设计工况附近时较小,偏离设计工况越远偏差越大,且压力偏差较大点位于计算结果并不准确的区域,故可认为SA一方程湍流模型与k-ε湍流模型的模拟结果相似。实际计算还发现采用SA一方程湍流模型进行计算时容易收敛,因此SA一方程湍流模型可以成功地应用于混流式长短叶片转轮流场计算,且具有一定的优越性。

引入压力梯度的针对角区分离流动的Spalart-Allmaras模型的改进

针对Spalart-Allmaras(S-A)模型在角区分离计算中的问题,将无量纲的压力梯度引入其涡黏性输运方程的生成项,得到了改进的S-A模型.通过对两套含角区分离的低速压气机叶栅进行验证计算发现:与实验结果相比,原始S-A模型所得的分离区偏大,分离区内壁面压力偏低;而改进模型得到了与实验一致的分离区尺寸以及吸力面、压力面压力系数分布等结果.针对S-A模型涡黏性生成项和耗散项的分析表明:引入的无量纲压力梯度有效的识别了角区分离,在分离区内改变了涡黏性的生成、耗散关系,增大了涡黏性,从而缩小了计算所得分离区,同时在主流区保留了原始S-A模型的计算结果,进而带来了良好的改进效果.

结合机器学习的SA湍流模型闭合系数修正

将修正Morris分类筛选法与极端梯度提升(extreme gradient boosting,XGBoost)相结合,在计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)数据驱动下,用于SA(Spalart-Allmaras)湍流模型闭合系数的修正.利用分类筛选法有效缩小闭合系数研究范围,同时依据XGBoost方法在小规模数据集下取得精度较高的拟合模型,有效提升系数修正效率.在三维DLR-F6-WB构型下进行了数值实验,实验结果显示利用本方法能够在三维复杂模型上基于小样本数据进行系数修正,修正后的升阻力系数计算精度得到了显著提升.

基于S-A模型的覆冰输电线绕流数值分析

基于Spalart-Allmaras湍流模型(S-A模型)封闭的雷诺平均N-S方程,采用沿均匀流线的三阶Runge-Kutta法和Galerkin法分别进行时间和空间离散,得到了湍流方程的有限元格式。采用自编Matlab程序,数值模拟了不同风攻角下覆冰输电线绕流问题,得到了覆冰输电线绕流瞬态和时均流场、气动力系数时程曲线和平均气动力系数随风攻角的变化关系,并与试验结果进行对比,验证了该算法的有效性。基于流场演化和平均压力分布,分析表明风攻角变化引起的边界层分离点转移是产生升力系数尖峰突跳现象的主要原因。

应用S-A模型的自由射流和冲击射流数值模拟

为探索轴对称射流准确的数值模拟方法 ,根据可压缩的轴对称N S方程 ,利用二阶精度的有限体积法对轴对称的自由射流和垂直冲击射流进行数值模拟。结果表明采用Spalart Allmaras湍流模型 ,可很好描述射流流动。收缩喷嘴射流计算应从出口上游的内流开始 ,而不能在出口截面上给定声速条件。计算结果与实验吻合较好 ,所获得的喷嘴内外部流场的流动状况以及冲击射流参数分布 ,可用于优化喷嘴内部结构设计。

大型竖井式贯流泵装置的数值模拟与性能预测

基于三维不可压流体的雷诺时均方程和Spalart-Allmaras方程湍流模型,采用SIMPLEC算法,对大型竖井贯流式泵站的全流道进行数值模拟,分析流道的流态和叶轮的静压分布规律,揭示竖井式贯流泵流道流体的流动机理;对泵装置的流量和效率进行预测,并与模型试验结果比较分析.结果表明:出水流道内的流动为轴向流动与环向旋转的螺旋形合运动;叶片的静压分布呈现较为明显的规律,升力面的静压整体上较吸力面要高,且叶片吸力面的静压等值线分布较升力面密.性能预测结果和模型试验结果吻合较好.

Detached Eddy Simulation方法模拟不同类型翼型的失速特性

应用DES(DetachedEddySimulation)方法数值模拟了3种不同失速类型的翼型的升力特性。DES方法结合了RANS(ReynoldsaveragedNavierStokes)和LES(LargeEddySimulationapproaches)的优点。基于SpalartAllmaras湍流模型,在近壁面DES体现为RANS模型的特点而在远离物面处又具有LES的亚格子模型的特性。对此模型使用了LUSGS隐式格式求解。通过和实验结果对比,显示这种方法可以有效地预测翼型的失速特性。

S-A湍流模型在N-S方程求解中的应用研究

文中将原始的Spalart-Allmaras(S-A)湍流模型方程推导为守恒形式,并应用此湍流模型对二维RAE2822翼型和三维ONERA M6机翼粘性流场进行了数值模拟。计算结果与国外的实验结果进行了对比,表明文中的数值模拟方法具有较高的精度及良好的适应性。

Spalart—Allmaras湍流模型在内流流场数值模拟中的应用

本文将Ｓｐａｌａｒｔ－Ａｌｌｍａｒａｓ湍流模型方程推导为守恒形式，并应用于内流湍流流场计算。采用此一方程湍流模型分别对扩压器流场以及 ＮＡＳＡ６７转子流场进行了数值模拟。结果表明常用在外流计算中的Ｓｐａｌａｒｔ－Ａｌｌｍａｒａｓ湍流模型在内流计算中仍具有较高的精度、数值稳定性和效率。

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.

超高水头混流式长短叶片转轮内部流动数值模拟

对超高水头混流式长短叶片转轮内部流动进行数值模拟分析.计算基于连续方程和雷诺时均N-S方程,选用Spalart-Allmaras一方程湍流模型使方程组封闭,通过贴体坐标下的有限体积法对控制方程进行离散,数值求解采用SIMPLIC算法.通过计算得出不同工况下长短叶片转轮内部流动的速度及压力分布,发现不同工况下短叶片表面的压力分布规律与长叶片基本相同.与常规转轮叶片流场比较发现,在上冠流面和中间流面上二者有相似的翼型压力分布规律,而在下环流面上长短叶片转轮翼型表面压力分布要优于常规叶片转轮,因而具有更好的空蚀性能.

圆形坚冰影响翼型气动性能的数值分析

本文用FLUENT软件模拟了结冰后NACA0012翼型周围流场的变化，并与结冰前NACA0012翼型的气动性能进行了对比。工作中首先以未结冰的NACA0012翼型（干净翼型）为标准模型进行了数值验证计算，再以经过检验的方法计算结冰模型，并与结冰风洞试验数据进行了对比。本文计算攻角为0°～20°，温度为250．37K，雷诺数为2，400，000，冰型为圆形坚冰。通过对比升力阻力性能，发现与干净翼型相比，结冰翼型的最大升力系数大约减少了50％，阻力系数增加了约65％，失速攻角降低了4°。结冰后翼型提前失速是造成气动性能恶化的主要原因。

近空间高超声速弹箭气动数值模拟

针对近空间高超声速飞行弹箭气动力、气动热问题,采用Spalart-Allmaras(SA)湍流模型和热完全气体模型,运用时间相关有限体积方法及AUSM+格式对三维非定常可压缩流体Navier-Stokes方程进行了数值模拟。再现了超高速条件下弹箭周围的复杂流动现象,得到热流分布规律,为进一步近空间超高速弹箭研究奠定了基础。计算结果表明阻力系数随着攻角的变化显著变大;弹箭尾翼气动加热很严重,弹箭尾翼变大时气动加热量明显增大,在设计弹箭时应引起足够重视。

薄翼失速翼型前缘分离泡对失速特性的影响

DES方法结合了RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)和LES(Large Eddy Simulation approaches)的优点。在近壁面它体现为RANS模型的特点而在远离物面处又起到LES的亚格子模型的特性。论文应用DES(Detached-EddySimulation)方法讨论了影响薄翼失速的分离泡对翼型的升力特性影响。

含檐口双坡屋面风压风载的数值模拟

基于雷诺时均N-S方程和Spalart-Allmaras湍流模型,运用稳定化流体有限元法数值模拟含檐口双坡低矮屋面的风压分布和风载体型系数,分析了檐口的竖向高度和外伸长度及屋面坡度等关键参数对屋面风载体型系数和周围流场的影响.结果表明:檐口竖向高度对屋面风压分布和风载体型系数的影响较大;水平外伸檐口自身承受的吸力较大,而其长度对屋面风载体型系数影响较小;同时设置竖向和水平檐口时,对屋面风载体型系数的影响明显.

基于CFD的大型竖井式贯流泵装置的流动研究

基于三维不可压流体的雷诺时均方程和Spalart-Allmaras单方程湍流模型,采用SIMPLEC算法,对大型竖井式贯流泵站的全流道在不同净扬程的流场进行数值模拟,分析各个工况条件下的流场结构和叶片的静压分布,为工程实际运行提供可参考性。结果表明,全流道的流态受净扬程变化影响呈现一定的变化规律,即扬程降低,叶片相应位置的静压绝对值减小,压力梯度降低;最大负压发生在叶片吸力面进水端靠近轮缘侧向出水端移动;导叶体对流动环量的回收和整流效果受扬程变化的影响较大,在设计净扬程工况时,导叶体对流动环量的回收效果最好。

数值风洞的工业厂房屋面体形系数分析

结合低层工业厂房风荷载及抗风性能的研究,采用基于计算流体动力学技术的数值风洞方法,应用Fluent软件中的Spalart-Allmaras湍流模型,对不同高度厂房周围的风场和表面风压进行了数值模拟,得出屋面风压分布、风载体形系数以及整体结构表面的风压分布。分析了厂房高度对屋面风压分布和体形系数的影响,对不同高度封闭性厂房结构风灾作用后的受损部位进行分析。研究表明,侧壁不通风厂房在迎风面上较容易遭受正压力引起的压坏;在屋面的前缘和屋顶处容易遭受负压力引起的掀起破坏;侧面和背面的负压力较小,不容易产生破坏。