低雷诺数模型模拟UV反应器湍流流场

依据低雷诺数k-ε模型,用CFD商业软件FLUENT,对UV消毒反应器进行数值模拟.UV消毒反应器结构的设计可以在很大程度上影响到饮用水的消毒水平,并且影响到了反应器的运行维护费用,因此优化反应器的结构设计十分重要.结果表明,运用低雷诺数k-ε模型模拟UV流场得到的结果能很好地符合实验得到的结果.因此,低雷诺数k-ε模型可以作为分析UV消毒反应器内的流场分布的可靠模型,该模型可以应用于分析不同结构的UV消毒反应器内的流动情况,帮助改善反应器的结构设计以达到改进消毒效果的目的.

低雷诺数湍流模型的网格特征

低雷诺数模型目前主要应用于二维简单流动的数值仿真中,为研究该湍流模型在三维复杂流动计算中的网格特征,选取不同系列的车身面网格尺寸、车身壁面第一层边界层与壁面法向高度以及边界层层数等3组网格参数,利用ANSYS对阶背式MIRA模型外流场进行数值仿真.数值仿真结果与风洞试验的结果对比表明：数值计算得到的车身表面平均y＋值随面网格尺寸增加而呈现减小趋势;网格方案对气动力因数和车身表面压力因数分布影响显著,气动阻力因数仿真值与试验值误差的变化区间为0.83%-7.93%,气动升力因数误差变化区间为10%-104%;气动阻力因数和气动升力因数均随着边界层层数的增加而增大,边界层层数为5时可以得到兼顾气动力因数精度和车身表面压力因数精度的较优仿真结果.

基于改进的低雷诺数湍流模型的软性磨粒流加工仿真与实验

针对模具结构化表面软性磨粒流精密加工中壁面特性求解困难的问题,基于改进的低雷诺数湍流模型提出了一种对软性磨粒流壁面特性进行分析的方法.该模型仿真的湍流可以从充分发展的高雷诺数湍流到低雷诺数湍流,所以,对于壁面区域的求解精度更高.以机械加工中常见的U形沟槽为仿真对象,数值模拟了其内部流场,尤其是壁面区的流场特征参数.分析结果表明：当初始压力p0在2.5～4.5MPa之间时,流道的内部流动是不完全发展的湍流,详细分析了p0为4.5MPa时渐变截面流道的内部流动,压力与速度分布均是中心高、两侧低,而且越靠近U形底部,压力值和速度值越高;磨粒流速度一直增大,磨粒受到的驱动力增大,使得单位时间内颗粒与壁面的碰撞增加.通过碰撞观测实验发现磨粒对壁面的碰撞速度与仿真结果相符,加工实验进一步验证了仿真结果.

利用修正低雷诺数k-ε模型对管道分离流动的数值研究

采用适合于分离流的修正低雷诺数ｋ－ε模型对突扩园管中的流动进行了数值研究，重点是对近壁流动和再附着点附近流动的研究。从理论上证明了所采用的湍流模型既满足近壁渐进行为，又避免了在通过再附着点截面上μｔ恒为０的困难。和已有的实验数据比较表明，所采用的模型对再附点位置及其附近的流动预测能力优于普通低雷诺数ｋ－ε模型。

低雷诺数k-ε模型钝体绕流场预测能力研究

以1∶3缩比标准MIRA三厢车型为对象,基于合理的网格策略,应用AB、LS、AKN和CHC四种低雷诺数k-ε湍流模型,对其外部绕流场进行数值仿真.以风洞试验数据为准,通过比较气动阻力系数及车身表面压力系数,系统研究四种低雷诺数湍流模型针对处于车体不同部位存在不同运动特征流动的仿真特性,进而明确四种低雷诺数模型针对高雷诺数临地面钝体绕流预测能力的强弱.

6种低雷诺数k-ε模型在三维附壁剪切流中的数值模拟与对比分析

采用Fluent14.0中的标准k-ε湍流模型及其包含的6种低雷诺数k-ε湍流模型,对三维附壁剪切流进行数值模拟,并依据湍流流动的壁面限定条件及其流动特性,对计算模型及其计算结果进行分析。结果表明,大部分低雷诺数模型相对于标准k-ε模型,其计算准确性都有所改进。但其中LB、LS模型不符合壁面限定条件,而AB与CHC模型的计算结果与湍流壁面的流动特性不符。在对流动速度场的模拟中,LB、YS及AKN模型准确度相对较高。并对采用不同常数的AKN模型进行了数值测试,结果表明采用标准k-ε模型所用常数的AKN模型的计算结果最为准确,且模型相对较为合理。在对三维附壁剪切流的低雷诺数流动的模拟过程中,建议采用AKN模型。

基于车身绕流的低雷诺数湍流模型改进研究

本文将汽车绕流模块化为各典型局部流动,通过常用湍流模型对各典型局部流动进行数值模拟,结果验证了湍流模型对转捩的捕捉能力是准确模拟汽车绕流的关键.在分析汽车绕流分离及转捩机理的基础上,优化了稳态和瞬态求解方法,改进了湍流模型对转捩的预测能力,进而提高了湍流模型在汽车流场模拟上的精度.针对汽车绕流的稳态问题,将流线曲率因子及响应阈值引入LRN k-ε(low Reynolds number k-ε)模型,获得了一种能够更准确预测转捩的改进低雷诺数湍流模型(modified LRN k-ε),改善了原模型对湍流耗散率的过强依赖性及全应力发展预测不足等问题;针对汽车绕流瞬态求解,通过分析RANS/LES混合湍流模型的构造思想及特点,引入约束大涡模拟方法,结合本文提出的改进的LRN k-ε湍流模型,提出了一种能准确捕捉转捩现象的转捩LRN CLES模型.分别将改进的模型用于某实车外流场和风振噪声仿真中,通过Ansys Fluent求解器计算,并将计算结果与常用湍流模型的仿真结果、HD-2风洞试验结果和实车道路实验结果进行对比,表明改进后的湍流模型能够更准确模拟复杂实车的稳态和瞬态特性,为汽车气动特性的研究提供了可靠理论依据及有效数值解决方法.

基于低雷诺数k-ε双层模型正弦波壁流动的数值模拟

正弦波壁近区流动存在顺压和逆压梯度的交替变化,并伴有流动分离现象,难以求其精确数值解.利用TTM方法在整个计算区域生成曲线贴体坐标系,然后运用低雷诺数k-ε双层紊流模型并结合混合有限分析离散格式,对正弦波壁流动进行了成功的模拟.计算结果表明,波壁背流面存在一个椭圆形分离区,分离区长度及近壁压强分布与实验资料和前人计算结果吻合较好.

基于低雷诺数κ-ε模型冲击射流传热的数值模拟

冲机射流在机翼除霜、电子元器件散热等工程领域应用广泛,为进一步研究其传热机理,利用两种低雷诺数κ-ε模型对单股冲击射流的传热进行数值模拟,并与标准κ-ε模型及雷诺应力模型的计算结果进行对比。结果表明,低雷诺数κ-ε模型在两种工况下的计算结果均优于其他模型。湍流热扩散系数作为求解温度场最重要的参数,对传热的计算结果影响极大,通常用湍流普朗特数作为常数求解。在低雷诺数κ-ε模型的基础上,分别通过湍流普朗特数函数求解和t2-εt方程直接求解进行改进,并将计算结果进行比较。结果表明,使用湍流普朗特数函数形式求解湍流热扩散系数能给出更好的预测结果,直接求解仍需进一步改进。

五种低雷诺数κ-ε模型的考核

低雷诺数k-ε模型适用于从湍流旺盛区到固体壁面的全范围,比标准k-ε模型的适用范围更宽。本文采用经典算例,对五种低雷诺数k-ε模型进行数值计算考核.计算结果表明在选取的算例中,NH模型的预测能力略优于其它模型;而标准k-ε模型则虽比大多数低雷诺数模型的计算量小,但对分离流动的预测能力较差。

小离地高度下翼型气动特性计算模型的研究

在地面效应影响下,翼型的气动性能会发生很大变化.研究过程中发现离地高度较小,翼型与地面的距离与壁面边界层厚度处于同一数量级时,使用高雷诺数湍流模型和标准壁面函数计算所得的升力系数会严重偏离实验值.通过改进湍流模型和壁面边界,即用低雷诺数湍流模型结合混合壁面边界的处理方法解决了以上问题.计算结果与实验值的比较说明,该方法在离地高度较小时是十分有效和可靠的,而随着离地高度的增大,该方法的计算误差也将随之增大.所以在计算翼型的近地气动特性时,应先比较翼型表面与地面之间的间距和壁面边界层厚度,再确定采用相应的计算模型来提高计算的准确度.

三种湍流模型对缸盖鼻梁区沸腾换热影响的研究

为了比较湍流模型对缸盖鼻梁区换热计算结果的影响,采用三种湍流模型对简单的T型截面刚体进行数值模拟计算,并与实验数据进行了对比。结果表明,在相同边界条件下,不同湍流模型的计算结果有很明显的差别。在沸腾状态下,对于换热问题的计算,采用AKN模型和SST模型都比较合适。其中AKN模型的计算值与实验值的偏差最小。

带有剪切应力输运性质的k-ε两方程湍流模型构造与应用

由于传统的壁面衰减函数峰值并不考虑雷诺数的变化,因此仅能在特定的雷诺数下还原边界层的近壁衰减效应。为了改善这个缺陷,一个结合不同湍流雷诺数的因子被引入壁面衰减函数,从而使其峰值对雷诺数的变化能够合理感知。另外,基于DNS数据,将Bradshaw假设中的常数进行了重新标定,引入平滑的湍涡黏性系数切换函数,最终形成了一个带有剪切应力输运性质的k-ε两方程湍流模型。通过平板、翼型、二维鼓包以及翼身组合体进行了校验,结果显示新模型的精度较高,具有一定的工程实用价值。

微通道内超临界CO_2压降与传热特性的数值分析

建立了微细通道内超临界CO2的控制方程和物理模型,用低雷诺数L-B模型对其换热系数和压降进行了数值研究,得到了换热系数随平均温度的变化规律,压降随平均温度的质量流速的变化规律,以及热流密度对微通道内超临界CO2换热系数与压降的影响。模拟结果和文献中的试验结果及经验公式吻合较好,证实了用低雷诺数L-B模型模拟超临界CO2在微通道内的压降及传热特性的方法可行。

空调房间内气流组织的数值模拟

本文叙述空调房间内气流组织的紊流模型的种类,讨论了应用最为广泛的高雷诺数k-ε模型和低雷诺数模型的模拟性能,及其数值计算方法,并提出了针对室内气流组织模拟的研究方向。

植物管胞纹孔流体力学建模与流阻特性数值模拟

植物管胞的输水率与水分在纹孔中的流动特性和规律紧密相关。为研究不同纹孔结构对流动阻力特性的影响,采用流体建模和数值模拟的方法,对带纹孔塞具缘纹孔建立了伯努利流体动力学模型,讨论了纹孔各结构参数与纹孔总流阻系数之间的关系。采用低雷诺数k-ε模型以及多孔介质模型,对不同结构的具缘纹孔水分流动进行数值模拟和分析,在此基础上,利用伯努利方程求解相应的流阻系数。结果表明,塞缘的流阻最大,占纹孔总流阻的74.7%,纹孔塞占16.8%,纹孔缘占8.5%。纹孔的流阻系数与纹孔直径、纹孔口直径、纹孔深度、塞缘微孔直径和孔隙率成反比,与纹孔塞直径、纹孔膜厚度成正比。纹孔塞起到控制水分流动的作用,随着纹孔塞偏离中心位置变大,纹孔的流动阻力先减小、后增大,纹孔塞越靠近纹孔口时,纹孔流动阻力越大。

双辊铸轧铸嘴内部铝液流动的三维数值仿真

针对在常规铸轧条件下结构型式完全不同的2种铸嘴,根据实际工况,分别应用层流模型和低雷诺数的k-ε湍流模型,用商业软件CFX(version4.2)对铝液在其内部的流动进行了三维数值仿真。研究结果表明:对于应用层流模型的铸嘴结构,其内部铝液流动的仿真结果与水模实验结果基本一致;对于应用低雷诺数的湍流模型的铸嘴结构,其内部铝液流动的仿真结果能较好地为铸嘴结构及参数的改进提供依据。尽管2种铸嘴结构的差异很大,铸嘴入口处的流动状态不同,分别处于层流和湍流的状态,但铸嘴出口处沿铸轧方向的流速分布规律在铸嘴宽度和高度方向非常相似。

矩形方腔湍流自然对流数值模拟研究

利用Lam-Bremhorst低雷诺数湍流模型,对流项差分格式采用QUICK格式,结合非稳态计算方法,对矩形方腔自然对流问题进行了数值模拟研究。计算结果表明:随着时间的推进,流场逐渐稳定,最后趋于定常;将最终稳定的速度场与实验和大涡模拟结果进行比较,发现数值模拟能准确地预测出速度场、温度场以及湍动能场。

粘性流体在光滑横管外壁形成液膜的机理研究

采用低雷诺数小流量模型 ,对轴向有外加恒定速度气体流动的粘性流体在水平管外形成的液膜的流速及膜厚分布进行分析和计算。计算中针对本文所研究对象的情况 ,对柱坐标系下的液膜和气膜连续方程和 Navier- Stokes方程均进行无量纲处理 ,忽略高阶小量 ,从而抓住影响问题的主要方面 ,进行计算得到了附壁膜流速表达式和膜厚的数值解。

正弦交叉波纹填料三维流场的数值模拟

为了得到正弦交叉波纹通道三维流场内部速度场与压力场的分布特点,选用了相互交叉的相邻两个正弦波纹板之间的流道作为计算区域,对其建立了三维模型,运用低雷诺数(Re)k-ε紊流模型对此正弦交叉波纹通道进行了数值模拟,得到了正弦交叉波纹通道三维流动区域的速度场和压力场在局部微观区域的分布特点。结果显示,各通道的流量在流动过程中受边界影响较大,在不同的交叉位置处会发生变化,从而在出口断面上互不相同,但其变化又有一定的规律可循。二次流旋涡主要在进口处和靠近边壁的位置产生,旋涡的大小在流动过程中呈下降的趋势。针对不同的进口空气流速,计算出其压降随进口速度的变化规律,与参考文献的结果进行了比较,验证了结果的可靠性。