可压缩修正的k-ε模型在喉部射流推力矢量喷管中的应用

对标准的k-ε双方程湍流模型进行了可压缩性修正,并数值研究二次流矢量喷管中二次流不同入射角度时,二次流入射质量比对矢量偏角、推力效率的影响.通过比较实验数据,发现可压缩修正的k-ε双方程模型较标准k-ε模型、单方程湍流模型具有更好的计算精度.数值研究结果发现,二次流在获得较大的矢量偏角同时,系统推力效率降幅较小;当二次流入射角度为150°时,系统具有最大的矢量偏角.

可压缩修正的k-ε模型数值模拟喉道变形的推力矢量喷管

提出利用智能可变形材料,通过喷管喉道变形,实现喷管的推力矢量控制。将标准的k-ε双方程湍流模型进行可压缩性修正,对喉道二次流矢量喷管进行了数值模拟,并与实验结果进行比较,发现可压缩修正的k-ε双方程模型较标准k-ε模型、单方程模型具有更好的计算结果;同时,利用修正的湍流模型对基于喉道智能变形的推力矢量喷管进行数值模拟,结果表明该推力矢量控制方法较喉道二次流推力矢量喷管具有更好推进效率,但推力矢量角度控制范围降低。

一个新的可压缩性修正的k-ε模型

考虑结构可压缩性修正的影响,发展了一个同时考虑结构可压缩性修正和膨胀可压缩性修正的k-ε湍流模型,新模型包括Chang可实现性、Heinz湍流动能产生项以及Sarkar可压缩性三部分修正。新模型扩宽了以往发展的可压缩性修正模型的适用范围,适用于高超声速(M>5)复杂湍流流动中。通过对多个复杂超声速横侧射流工况的计算,验证了新模型的预测效果。与实验结果相比表明,几个工况下新模型的预测精度都显著高于标准k-ε模型。流体分离强度越大,新模型的修正效果越显著。与标准k-ε模型相比,新模型计算结果与实验更加接近。

基于哈夫曼的k-匿名模型隐私保护数据压缩方案

k-匿名模型作为常用的数据匿名技术,广泛应用于数据发布阶段的隐私保护。随着大数据时代的快速发展,海量数据的产生给数据存储带来了新的挑战。然而,存储器的成本较高且存储空间有限,通过硬件升级来无限制地扩充存储空间并不可行。为此,使用数据压缩技术可以减少存储成本和通信开销。为减少数据发布阶段使用匿名技术产生的数据的存储空间,提出了k-匿名模型隐私保护数据压缩方案。对于k-匿名模型的原始数据,按照设定的规则及原始数据同匿名数据之间的预设泛化层次关系计算两者的差值,并根据差值数据具有的频率特性对差值进行哈夫曼编码压缩。通过存储差值可以间接获得原始数据,从而减少原始数据的存储空间。对于k-匿名模型的匿名数据,根据模型的泛化规则或预设泛化层次关系,匿名数据通常具有较高的重复性,且设定的k值越大,匿名数据的泛化程度越高、重复性越强。对匿名数据设计实现哈夫曼编码压缩,减少匿名数据的存储空间。实验结果表明,所提方案能够显著降低k-匿名模型的原始数据及匿名数据的压缩率。在使用的5个k-匿名模型及不同k值的设定情况下,与Windows 11的zip工具相比,所提方案的原始数据压缩率和匿名数据压缩率平均降低了72.2%、64.2%。

基于可压缩修正k-ε模型的弹丸气动计算

弹丸在高速飞行时外流场的可压缩性在早期发展的湍流模型中没有体现出来。文中依托OpenFOAM软件平台研究带可压缩性修正的k-ε湍流模型对弹丸气动计算的影响。分别将标准k-ε模型和带有可压缩修正的k-ε模型应用到弹丸气动计算中,发现带有可压缩修正的模型更能反映流场的特性,其计算值与试验值更加接近。结果表明,弹丸高速飞行时外流场的可压缩性是不容忽视的,可压缩修正模型能显著提高气动参数的计算精度。

Cu-Sn合金的高温修正非线性回归本构模型

采用Gleeble-3800热模拟机进行了Cu-Sn合金在变形温度823~973 K、应变速率0.001~10 s^(-1)、真应变0.3、0.6和0.9下的高温压缩实验。基于实验结果,构建了Cu-Sn合金的修正非线性回归本构模型,并利用平均绝对相对误差eAAER证实模型的准确性。结果表明,随变形温度的升高和应变速率的降低,Cu-Sn合金的流变应力降低;应变速率为0.01~10 s^(-1)时流变应力呈现出峰值特征,峰值应力随着变形温度的降低和应变速率的增大而增大;应变速率为10 s^(-1)的试样在变形后期由于开裂而导致流变应力急剧下降;建立的修正非线性回归本构模型的eAAER为9.98%,表明模型能够准确地预测Cu-Sn合金的流变应力,具备较好的适用性。

Spalart的曲率修正方法在SST k-ω模型中的应用

基于Spalart和Shur的曲率修正方法,修改SST k-ω模型的生成源项,给出了一种考虑曲率效应的SSTRC k-ω模型,然后数值模拟了具有轻微曲率效应的弯曲壁面和具有强曲率效应的180°U形弯管流动。数值模拟结果表明:修改后的SSTRC k-ω模型能够正确反映曲率效应所带来的额外雷诺应力,可以给出比原SST k-ω模型更加准确的计算结果,更适用于处理带有流线弯曲的流动问题;并能保证和原SST k-ω模型相当的数值收敛性;SSTRC k-ω模型对计算精度的改进程度严重依赖于曲率修正常数,但对大多数流动问题,采用目前确定的常数,SSTRC k-ω模型都可以给出比较准确合理的结果。

修正的SST k-ω模型在云状空化流动计算中的应用研究

采用基于Rayliegh-Plesset方程的空化模型及实验结果,评价了修正的SST k-ω湍流模型在云状空化流动计算中的应用。采用不同的修正系数,分别计算了绕Clar k-y型水翼的云状空化流动,获得了随时间变化的空化形态和升、阻力等流场及动力特性。通过与实验结果的对比表明,修正后的模型可以更准确地捕捉云状空化区域的空穴形态和空泡脱落的非定常细节;密度函数中指数n的选取对计算所得的空穴长度、升阻力和主要频谱分布均有影响,并给出了n的合理取值范围,为后续水工模型的空化数值计算提供了参考依据。

大振幅振荡来流条件下非定常气动力模型计算验证与弱可压缩性修正

针对大振幅振荡来流条件下薄翼受到的非定常气动力,Isaccs和Greenberg分别发展了非定常气动力模型。这两种模型可以用于直升飞机桨叶与风力发电叶片的气动力分析,模型在不可压缩无黏来流条件下建立,但实际流动不可避免粘性和弱可压缩性的影响,需要检验两种模型的适用性。针对粘性效应的影响,2014年Strangfeld对于NACA0018翼型,通过风洞实验验证了在Reynolds数25万时,Isaccs和Greenberg的模型仍适用,实验的Mach数为0.0326,流动近似不可压缩流动。针对可压缩性的影响,通过数值模拟方法进行了研究。首先重复了实验在Mach数为0.0326时的结果,并进一步考察了当Mach数提高为0.1、0.2和0.3时非定常气动力的变化。结果表明随着Mach数的提高,升力系数的最高点逐渐高于模型,并且相位逐渐落后,在Mach数为0.3时差别最明显,非定常升力系数最高点计算与模型相差50%。此即表明弱可压缩性对模型的预测结果影响不可忽略。为了扩展模型在Mach数变化时的适用范围,对模型进行了弱可压缩性修正。通过考虑速度变化引起均匀来流中密度的变化,修正了翼型附近流体密度,使其跟随来流Mach数变化。采用此方法,将计算与模型的幅值差别减小到5%左右。

修正Realizable k-ε模型在高压淹没水射流中的应用

淹没水射流在工程中具有广泛的应用,空化是高压淹没水射流的基本特征。现有的空化模型仍不完善,对各种工况普适性较差,数值模拟仍存在较大误差。为了提高数值模拟对淹没水射流的预测能力,采用Realizable k-ε模型模拟淹没水射流,使用修正的模型常数并结合滞止压力实验验证,研究5~40 MPa射流压力下的修正模型常数。结果表明,对模型常数进行修正可有效地提高模型对0~70倍直径射程范围内淹没水射流轴心压力的预测能力,使误差降低至10%以内,可见使用修正常数的Realizable k-ε模型模拟高压淹没水射流是一种简便且准确的方法。

基于SST k-ω的超声速气膜冷却湍流模型温度修正

针对现有湍流模型无法准确预测非等温超声速气膜冷却行为的问题,在现有SST k-ω可压缩修正模型基础上,以总温梯度为变量,完成了湍流模型的温度修正,并首先通过非等温可压缩自由剪切流动实验数据初步验证了其修正效果,在此基础上对温度修正模型预测超声速气膜冷却传热的准确性进行了验证。结果表明,基于剪切层总温变化的湍流模型修正效果显著,可准确预测大温度梯度下的自由剪切流动轴向速度分布;修正模型计算得到超声速气膜冷却壁面热流分布与对应的实验结果吻合;当用于剪切层温度大梯度变化的超声速气膜冷却数值模拟时,温度修正后的SST k-ω模型与可压缩修正的k-ω模型、SST k-ω模型相比,具有显著优越性。

广州软土的压缩特性与修正剑桥模型参数λ和κ

修正剑桥模型是基于临界状态土力学理论建立的土弹塑性本构模型,在世界上得到广泛应用。为获得修正剑桥模型参数λ和κ,需要对土进行等向压缩试验。然而,实际工程的土工试验报告通常仅提供一维压缩试验得到的压缩指数Cc和回弹指数Cs,并不进行等向压缩试验。对广州原状软土进行了一维压缩试验和等向压缩试验,试验结果表明,单向压缩试验与等向压缩试验下广州软土的压缩指数近乎相同,而等向压缩试验下广州软土的回弹指数为单向压缩试验下回弹指数的1.49~1.87倍;Cc与其修正剑桥模型参数λ比值为1.88~2.38,Cs与其修正剑桥模型参数κ比值为1.2~1.54。试验成果可为广州地区的工程设计、软土本构模型的建立提供参考数据。

Mg-10Gd-3Y-0.4Zr合金高温变形过程的修正本构模型研究

为了研究Mg-10Gd-3Y-0.4Zr镁合金在高温变形过程中的流变行为,在573^773 K温度范围和0.001^1.0 s^(-1)应变速率范围内进行了热压缩实验。实验结果表明,流变应力随着温度的升高和应变速率的降低而降低。流变应力的变化与应变变化有关,建立了考虑应变补偿的改进Arrhenius本构方程。然而,具有应变补偿的Arrhenius模型在低温和高应变速率下显示出与真实应力-应变曲线的明显偏差。误差分析表明,Arrhenius模型中的材料参数不仅与应变有关,还与应变速率和变形温度有关。因此,通过将修正模型中的计算应力与实验应力进行比较,考虑高温压缩过程中材料参数与成形参数之间的关系,建立了修正的Arrhenius本构模型。

基于效率修正的变频压缩机性能模型开发

为实现变频压缩机的稳定快速计算,本文建立了适用于蒸气压缩式制冷系统的变频压缩机模型。在定频半经验模型的基础上,分别基于容积效率修正与等熵效率修正,通过归一化处理效率与频率,建立变频压缩机流量模型与功率模型;基于压缩机能量守恒,根据压缩机壳体温度与压缩机压缩比关系,建立压缩机排气温度模型,并确定其拟合形式。精度验证结果表明,变频压缩机模型对质量流量平均预测误差为0.75%,对功率的平均预测误差为1.45%,对排气温度的预测误差总体在±5℃以内,模型精度良好;拟合数据量分析表明,模型在20组拟合数据量下即可达到良好的拟合精度,拟合性能良好;外推验证结果表明,模型对于质量流量的平均预测误差为1.06%,对于功率的平均预测误差为1.33%,外推预测性能良好。

压缩性修正对γ-Re_θ转捩模型的影响研究

将基于流场当地变量的γ-Reθ转捩模型加入可压缩RANS方程计算程序,对平均流场控制方程、湍流和转捩控制方程进行基于LU-SGS的隐式紧耦合求解。结合三种压缩性修正方法对高超声速平板、双楔和圆锥流动进行了数值模拟,给出了壁面斯坦顿数、热流值和实验值的比较,以及湍动能和间歇因子分布云图。数值计算结果表明,相同来流湍流度下不同压缩性修正方法得到的转捩位置差别较大。相比于未修正的模型,基于当地马赫数压缩性修正后的转捩位置最靠后,其对带有分离的双楔流动预测较为准确;基于来流马赫数的压缩性修正仅使得转捩位置稍有延迟;对湍动能源项的压缩性修正可提高模型在转捩后湍流段的热流预测精度。

K-ε模型旋转修正方式

旋转状态下,由旋转引入附加力项对传统的各向同性线性湍流模型提出了新的挑战。对涡粘性系数μ_t进行修正主要是将C_μ与湍流雷诺数及湍流查理森数联系起来,且是目前对涡粘性系数进行旋转修正的重点;对ε方程的修正主要集中在对系数C_(ε2)的修正以及在方程中添加源项。本文重点回顾并分析了k-ε模型在计算旋转状态时对旋转效应的修正方式。

带可调导叶离心压缩机变工况性能预测模型研究

分析了离心压缩机在导叶可调情况下的变工况工作过程,在选取合适的离心压缩机各种经验损失模型的基础上,结合无叶扩压段多变指数损失计算法,利用Matlab编写离心压缩机变导叶调节的变工况性能预测模型。通过迭代计算得到结果,将预测结果与数值模拟结果进行对比。发现压缩机性能在设计点时预测与模拟结果符合较好,偏离设计点越多误差越大,大流量处误差高于小流量范围内的误差。通过分析损失特点,利用流量系数对4种主要损失模型公式进行修正,修正后预测模型与数值模拟符合较好,精确度得到提高,大流量和大开度时误差稍大,但最大误差可控制在5%以内,预测模型能够准确地计算出离心压缩机级在不同导叶开度下的变工况性能。

基于标准k-ε模型的平衡大气边界层模拟

基于标准k-ε模型和FLUENT软件,采用适当的平均风和湍流特征量入口条件,同时在壁面处采用修正壁面函数边界条件,进行空流场的平衡大气边界层模拟。将流场中不同位置处的平均风廓线、湍动能及其粘性耗散等流动特征量的廓线进行对比。结果表明,采用标准k-ε模型结合修正壁面函数对气流流经粗糙度相同的壁面时,不同位置处流动特征量的廓线吻合程度均较高。研究提出对建筑绕流等问题模拟之前需进行空流场的平衡性进行分析,另对文中尚未解决的问题进行讨论并提出解决思路。

RNG k-ε模型在内燃机缸内湍流数值模拟中的应用

在内燃机整个工作循环中 ,其缸内流体始终进行着极其复杂而又强烈瞬变的湍流运动 ,要正确地分析内燃机的燃烧和排放 ,离不开对缸内湍流运动的正确描述和模拟。通过快速畸变分析对由重整化群理论得到的RNGk -ε湍流模型进行了压缩性修正 ,把经压缩修正后的RNGk -ε湍流模型应用于内燃机缸内湍流流动的数值模拟 ,计算采用任意拉格朗日欧拉法。给出了用RNGk -ε模型计算得到的结果 ,并与标准的k -ε模型算得的结果和实验结果进行了比较。结果表明 ,RNGk -ε湍流模型得到的结果比k -ε模型算得结果的精度有所提高 ,其计算程序编制的难易程度和计算成本与k-ε模型相当 。

基于材料参数修正的6013铝合金热变形本构模型优化

为建立精确描述材料变形时热力学参数间重要关系的数学模型,采用Gleeble-3500热模拟机测试研究6013铝合金在温度为340~500℃、应变速率为0.001~10 s^(-1)范围内的平面应变热压缩变形行为,讨论材料参数对幂函数(PF)和双曲正弦函数(HS)本构模型(CM)精度的影响,对比分析优化后两类本构模型各自的优势。结果表明:温度系数(b)的修正对反求参数(a)的优化效果显著,将直接影响PFCM的预测精度;通过指数函数替换多项式对HSCM参数进行修正,可在保证预测精度的同时大幅减少计算工作量;PFCM在ε≥0.01 s^(-1)时的预测精度较高,平均相对误差仅为5.209%;HSCM在ε≤0.01 s^(-1)时的预测精度较高,平均相对误差仅为5.226%。