基于时空最优低维动力系统的多尺度可压缩湍流数值模拟方法

按照周培源教授关于研究湍流数值模拟建模时必须分析和求解脉动速度场的思想,该研究基于第一性原理,系统地建立了基于时空低维最优动力系统的多尺度可压缩湍流数值模拟方法(LMS方法),并将其应用于多次冲击Richtmyer-Meshkov问题的数值模拟中,首次得到了可压缩湍流的中尺度流场和不同于DNS近似解的湍流近似解.数值结果表明,LMS方法可以用较少的网格获得更精确的湍流近似解.首先解决了研究中遇到的几个问题,为LMS方法的构建铺平了道路.这些问题是:基于湍流的物理特性,提出了湍流大、中、小尺度分解的新概念;找到了box滤波空间相关性的计算方法;指出了湍流建模理论中长期存在的逻辑错误,提出了多尺度湍流模型的概念;讨论了湍流封闭问题的本质和关键,给出了克服湍流封闭问题的数值方法.采用box滤波方法/空间网格平均方法且在大尺度网格的意义下,LMS方法的本质是一种将RANS、LES、DES和DNS等湍流数值模拟方法统一的全新湍流数值模拟方法.需要指出的是,LMS方法也可以作为湍流模型研究的辅助工具,以检验SGS尺度方程/脉动方程中各项所对应的湍流模型是否正确.

基于一维全尺度湍流模型的氢气射流扩散火焰结构数值模拟

基于Kolmogorov涡旋理论,建立了随机涡旋特征时空尺度及发生频率分布数理模型,在求解动量、组分和能量层流边界层方程的同时,对随机涡旋进行物理概率意义上的模拟．化学反应采用23步氢气氧化详细机理．控制方程组数值求解时,时间积分采用Williamson发展的三阶精度、全显式、低存储Runge-Kutta法,空间离散采用类谱高精度Padé紧致差分格式．结果表明,高精度数值离散格式能更好表达湍流小尺度的时空结构．运用一维全尺度湍流模型对氢气湍流射流扩散火焰结构进行计算研究,模拟结果充分展示了湍流涡旋串级现象,表明湍流涡旋对标量混合具有重要影响,涡旋增强了燃料和氧化剂之间的湍流输运,强化了混合,从而大大影响湍流燃烧速率．

两相湍流色噪声扩维法PDF模型及数值模拟

由颗粒运动的朗之万方程出发,对流体脉动速度采用扩维方法,得到两个不同层次的PDF输运方程.通过对颗粒运动方程求解和高斯分布假设,解决PDF方程的封闭问题,获得颗粒二阶矩模型,然后将颗粒应力方程简化成代数方程,建立代数应力模型.将对流扩散方程的有限分析法运用到求解两相流模型中,对壁面两相射流进行数值模拟,对比分析数值结果与实验结果.

基于二维流场圆柱绕流湍流数学模型的确定

本文分别采用二维SST k-ω、Transition SST以及大涡模拟法(LES)湍流模型对雷诺数Re=1.4×10^(5)时的二维圆柱绕流进行数值计算,研究不同湍流求解模型下的二维圆柱绕流数值模拟精度及涡场特征。通过对比实验分析,采用LES湍流模型能够很好的模拟二维圆柱绕流。

利用准维湍流燃烧模型分析和预测汽油机燃烧循环变动的影响

本文论述了一个定量燃烧初期循环变动的参数—λ/6u1,结合准维湍流燃烧模型,利用这个参数分析和预测小尺度湍流对循环变动的作用。另外,提出了一种方法来确认促使循环变动的不同因素的重要性。

二维翼大迎角绕流湍流模型及涡控制的数值研究 稹⑸缁岜U匣稹⒈O展镜取8没鹂梢怨⑿姓?,向公众、机构投资者、企业、证券基金、保险公司等进一步筹措资金 ,也可通过担保基金担保向银行贷款。总之

通过数值求解雷诺平均N S方程 ,研究了二维翼型的大迎角粘性绕流 ,并分析了翼型的近场旋涡分离流动特性 .基于流动机理分析 ,文中进一步开展了二维非定常“质量引射”的数值分析 ,旨在对流场进行控制 ,探讨提高翼型升力的有效途径 .同时还比较了两种典型湍流模型 (BL模型和JK模型 )对这类复杂流动计算结果的影响 .

基于SST湍流模型的二维操纵面空化流场研究

操纵面是安装在超空泡航行器尾端的关键部件,它的基本功能是提供稳定力矩和操纵力矩。文章基于k-ω模型的SST(剪切应力输运)湍流模型,对典型二维操纵面的空化流动进行数值模拟,根据空化流仿真计算的结果,得到了超空泡外形、阻力特性以及升力特性的变化规律,并与水洞实验进行对比。研究结果表明,仿真结果能够很好地与水洞实验保持一致,说明所采用的湍流模型和数值方法能够准确预报空化流问题,为进一步研究空化流问题提供了一定的参考依据。

二维和三维湍流的分形模型

1 引言 目前分形物体已广泛引入物理学和自然科学各种现象的分析中。湍流的几何形态特别需用“自相似”方法、而不是用“欧几里德”方法来研究。人们通常考虑的是均匀分形(即具有整体严格的膨胀不变性),但我们想引入自相似性仅在平均意义下保持的一个简单模型,

平面二维全沙泥沙输移数学模型及其应用

研究了平面二维全沙泥沙输移 (悬移质泥沙和推移质泥沙 )的数学模型及其应用 .文中对比了国内外常用模型的特点 ,结合笔者在平面二维全沙泥沙输移数学模型中的计算经验 ,分析各自模型的差异 ,特别是针对模型的数值计算方法及湍流模型的应用进行分析和说明 ,在此基础上建立平面二维全沙泥沙输移数学模型 SFST- 2 D.并将该模型分别应用于长江三峡工程坝区泥沙计算、波迪

湍流数据库分析及低维动力系统建模理论研究进展

本文首先概述湍流低维动力系统的理论与实验背景,分析POD方法的优、缺点,及其数学基础和发展。然后,着重介绍流动数据库分析及建立低维动力系统的优化理论。

分形在汽油机准维燃烧模型中的应用研究

针对汽油机的准维湍流燃烧模型进行了发展研究,将分形表示的湍流燃烧速度并入燃烧模型。研究表明:分形是一种模拟燃烧过程的有效手段,通过对分形中低端转捩尺度的选取分析,得出Gibson尺度比Kolmogorov尺度更适合作为低端转捩尺度。

二维超音速湍流混合特性研究

着重讨论顺流喷射情况下的超音速混合的流场特征及影响因素。简要介绍了顺流喷射混合的研究现状。同时，探讨了不同的来流参数对流场特征的影响及混合机理。计算采用了一种二阶ＴＶＤ格式有限体积法及Ｂ－Ｌ湍流模型求解二维湍流Ｎ－Ｓ方程。结果表明：所采用的计算方法能成功地抑制非物理振荡，适用于二维超音速内流的湍流混合特性研究。

二维杂交网格粘性湍流分离流场的数值计算

给出了基于非结构化网格数值求解二维粘性湍流分离流场的压力修正算法。采用 Delaunay三角划分法生成三角形非结构网格以适应复杂几何形状 ,壁面采用结构网格以满足粘性湍流流场计算的要求。湍流模型为 RNG k-ε模型 ,以考虑壁面低 Re数效应和曲率对分离流动的影响。利用所给出的算法对 NACA0 0 1 2翼型二维大尺度分离流场进行了计算 ,计算结果和实验结果基本一致。图 7参

建立大气的四维模型

激光雷达新技术使得我们能够研究低层大气中的湍流状况。作为结果,我们认识到,湍流状况并不象我们预计的那样,我们如果想了解地球气候,就必须重新检验某些假设。

自相似性和分形维数在风场分析中的应用

通过探究风速时间序列的自相似性和分形维数,将分形学运用到湍流风场分析中,从风速时间序列的局部与整体关系和风速时间序列的分形维数2个角度解决选用湍流风谱模型时存在的盲目性问题.选用某一风场风速时间序列,基于Kaimal、Von Karman、SMOOTH和NWTCUP湍流风谱模型得到风速时间序列,采用Hurst值验证风速时间序列的自相似性,用计盒维数法计算风速时间序列的分形维数.结果表明:不同的湍流风谱模型具有不同的分形维数,湍流风谱模型可定量描述;风速时间序列内部波动不是随机的,是有自相似性的长程相关过程;分形维数与参考风速有关.

基于间歇性风速的风力发电机功率输出模型研究

随着风电渗透率的增加,间歇风速对系统运行的影响不可忽视。建立间歇性风速模型和间歇风速下的风机功率输出模型,对解决电力系统规划运行问题至关重要。间歇性风速模型可以确定历史风速数据中强波动性风速。间歇风速下的风机功率输出模型可以评估风速间歇变化过程的风电场输出功率。首先,根据混沌理论建立间歇性风速模型,确定间歇性风速区间以及区间内的间歇性风速。其次,利用动量-叶素理论建立风力发电机功率输出模型,根据风速变化时桨叶的受力情况,评估间歇风速下的风力发电机输出功率。最后,利用大同某风电场采集的数据验证所提方法的有效性。

大型风力机二维翼型气动性能数值模拟

运用先进的CFD软件FLUENT对大型风力机的主流商用二维FFA-W3-301和FFA-W3-211翼型的气动性能进行了数值模拟。采用了κ-ωSST湍流模型,并考虑了大入射攻角下失速现象的影响,对κ-ωSST湍流模型的内部关键参数进行了适当的修正,得到的升力系数和阻力系数模拟结果与风洞试验结果吻合很好;同时还进一步研究了这种翼型的升力系数与阻力系数对其表面粗糙度的敏感性,得到了该翼型对小粗糙度敏感性强的结论。综合结果表明,数值模拟技术是大型风力机翼型设计分析便捷有效的参考手段。

全风向角下二维方柱绕流数值模拟

利用雷诺时均N-S方程和SST K-ω湍流模型对雷诺数Re=6×104的二维方柱在风向角α=0°-45°下的绕流开展CFD模拟,获得方柱涡脱斯托哈数、平均和脉动风荷载随来流风向角的变化,模拟结果与文献吻合较好。研究结果表明:风向角α=10°-15°时,阻力系数平均值最小,斯托哈数最大;但随风向角的增大,前者大幅升高后者小幅回落。当风向角α≤15°时,风压系数平均值在0°最大,10°时最小;当风向角α>15°后,背面和上侧面风压系数平均值均大于0°风向角,下侧面均小于0°风向角,且随风向角的增大前者大幅升高而后者大幅降低。背面风压系数脉动值大于0°风向角而侧面小于0°风向角,且风向角越大,风压系数脉动值越大。本文研究揭示了方柱在全风向角下的风荷载变化规律。

基于FLUENT软件的闸后水跃二维数值模拟

采用标准k～ε湍流模型封闭Reynolds方程作为紊流控制方程组，用几何重构VOF法追踪自由表面，流场计算用PISO算法，对闸后水跃强紊流区流速场进行了数值模拟；将数值模拟结果与实测结果进行比较，表明它具有可行性与实用性。

离心式叶片泵内二维流场的数值模拟

建立了离心式叶片泵二维流动的数学模型, 利用fluent软件数值模拟了叶轮机械内的二维流动, 计算了离心式叶片泵内的速度矢量、压力值和湍流强度。通过数值模拟结果来看, 数值模拟方法能真实反映叶轮内部的复杂流动, 为叶轮机械的设计和改进提供了理论依据。