网格密度对尺度自适应计算的影响研究

设置不同网格条件,使用尺度自适应模拟(SAS)方法对流动情况复杂的高亚临界雷诺数圆柱绕流进行了数值计算,重点从模型尺度分布、湍流结构捕捉能力及流场统计积分量等方面分析了SAS方法的网格敏感性及对大分离流动的解析能力。计算结果表明:SAS方法使用基于当地速度导数的冯卡门尺度作为调节尺度,具有良好的湍流谱生成能力,且有效避免了使用网格尺度时的近壁“灰区”缺陷;使用密网格时计算的冯卡门尺度局部分辨率更高,获得了与实验值更接近的壁面压力、流场速度、阻力系数等物理量;使用粗网格时捕捉到的小尺度湍流涡结构较少,表现出较大的耗散性,SAS方法高精度湍流求解仍需一定密度网格支持。

不同SST模型在圆柱绕流仿真中的应用比较

分别运用SST、SST-SAS湍流模型对Re=3 900的圆柱绕流进行了数值研究,重点从湍流结构捕捉、气动力计算等方面比较了雷诺平均RANS方法与RANS/LES混合方法的计算能力。数值结果表明:SST模型可以捕捉到流场主要特征,求解效率较高;SAS方法可以捕捉到流场小涡结构,并能较好地反映出尾迹非定常特性,但SAS求解占用更多的资源;使用SAS方法可释放更多的流场信息,求解的阻力系数、分离角等关键气动特征参数与试验值更接近;一般工程计算中推荐使用SST模型,高精度计算可使用SAS方法。

基于转捩/尺度适应模型与FW-H声学方程的气动噪声数值模拟研究

采用计算流体力学(CFD)同"声类比"相结合的方法进行噪声模拟,利用CFD数值模拟MD30P30N多段翼型失速攻角附近流场以及其气动特性来校核近场精度,进一步通过结合可穿透数据面的FW-H声学方程进行气动噪声分析。为了准确捕捉近场流场信息,为噪声预测提供可靠的声源精度,本文基于k-ω剪应力输运(SST)湍流模型,建立了尺度适应分离流(SAS)模型,并采用γ-Reθt转捩模型耦合k-ωSST湍流模型建立了边界层转捩数值模拟技术;充分利用尺度适应模型在边界层表现为雷诺平均(RANS)方法这一特点,将γ-Reθt转捩模型与SAS模型结合,建立针对包含转捩、分离现象复杂流场的数值模拟技术。文中以RANS为控制方程,分别采用全湍流k-ωSST模型、γ-Reθt SAS转捩/分离流模型对多段翼进行近场数值模拟计算,结合可穿透数据面的FW-H声学方程进行气动噪声预测,在分析其对流场及气动噪声影响的基础上,得出了几点结论。

高亚临界雷诺数圆柱绕流的尺度自适应模拟

借助γ--Reθ转捩模型,实现了高亚临界雷诺数(Re=1.4×105)下圆柱层流分离流动的尺度自适应模拟.统计平均结果表明数值计算和实验测量较为接近,尤其在圆柱后半段的分离区中,压力系数和实验符合得很好,误差主要源于分离点预测的不准确.瞬态流动则显示,层流分离的剪切层中出现了展向不稳定,且在向下游的输运过程中不断增强,最后转捩为完全湍流.在湍流分离模拟中,由于缺乏剪切层失稳的非定常性,SST-SAS模型的尺度分辨能力变弱,因此在分离区以及下游尾迹中求解出的湍流尺度要明显较层流分离时大.

基于自适应CMAC的赤泥沉降底流控制模型

本文对CMAC的学习率和惯性系数进行了自适应设计,提高CMAC的计算速度和精度以满足复杂动态环境下的非线性实时控制的需要。结合沉降分离控制系统工艺优化的需求,提出了基于自适应CMAC的沉降系统泥层界面预测和底流控制模型,用于准确实时地预测泥层界面,在此基础上进行底流流量优化控制。工业试验说明了该模型在对过程量预测的预测精度和快速性上具有明显的优越性,本模型已应用于某氧化铝厂工艺优化系统中动态调节底流流量,取得了明显的经济效益。

SAS与PANS模型在圆柱绕流中的应用比较

分别运用SST(Shear Stress Transport)、SST-SAS(Scale-Adaptive Simulation)、两种变fk(模化湍动能的比例)函数的SST-PANS(Partially Averaged Navier-Stokes)湍流模型对Re=3900的圆柱绕流进行了数值研究,重点从湍流结构捕捉、气动力计算、涡黏性控制等方面,比较了SAS与PANS两类RANS/LES混合模型的计算能力,并通过不同网格计算分析了模型的网格敏感性。数值结果表明:SAS及两种变fk方法的PANS模型均具有求解小尺度涡运动的能力,并能较好地反映出绕流尾迹的三维非定常特性,同时PANS模型能捕捉到更多的非定常结构;SAS模型中自适应尺度Lvk立足于当地流动,对网格依赖较小,计算的湍动粘度分布更合理,能够更好地计算剪切层及回流区;两种PANS模型网格独立性较差,出现了雷诺应力不足的现象;类DES可变fk函数构造相对简单,所得fk分布更准确,使用tanh函数计算的尾迹区fk值偏低,对流场调控能力稍差。

磁流变阻尼器神经网络模型的建立及优化

磁流变阻尼器在振动控制中有广阔的应用前景,建立其精确的力学模型是取得良好控制效果的关键因素之一。文中对某磁流变阻尼器进行了动力学性能测试;并通过统计学方法确定了该阻尼器正向、逆向模型的BP神经网络结构;针对传统遗传神经网络(GA-BP)早熟和收敛速度慢的问题,提出一种结合适应度线性变换、自适应交叉和变异概率的改进遗传神经网络(IGA-BP)算法;在此基础上,分别用BP神经网络、GA-BP神经网络和IGA-BP神经网络对阻尼器正向、逆向非参数化模型进行辨识。研究结果表明:文中提出的改进遗传神经网络算法收敛速度更快,模型精度更高,该非参数化模型能更准确地反映磁流变阻尼器的动力学特性。

尺度自适应模拟的网格尺度关联分析

采用尺度自适应模拟(SAS)对雷诺数3900的圆柱绕流展开数值模拟,对比分离涡模拟(DES)的计算结果和已有文献中的实验数据,系统研究了SAS和网格尺度的关联性问题。详细研究了不同网格分辨率和展向计算域的影响,分析了冯卡门尺度在尾迹区的时均湍流统计特性和瞬时分布规律。结果表明:在相同的网格分辨率下,SAS预测的回流区长度小于大涡模拟(LES),表现出较早的剪切层失稳;网格加密后,SAS预测的回流速度增大、雷诺应力峰值降低,计算结果与Lourenco&Shih的实验结果相接近。此外,在相同网格分辨率下改变展向计算域大小对SAS结果的影响很小。对SAS的网格尺度关联分析可以为该方法的工业应用提供指导。

射流对空腔噪声抑制效果研究

高速空腔流动的流场结构非常复杂,在一定条件下存在严重的压力、速度等脉动,诱发强烈的噪声,声压级可达到170dB,对腔内的导弹及其自身结构安全构成很大的威胁。应用基于两方程剪切应力(SST)的尺度自适应(SAS)分离流模型的CFD技术和气动声学频域理论(FW-H积分方程),模拟了射流对二维M219空腔(长深比L/D=5)内气动噪声变化情况,研究了空腔流动特性、流场结构及发声机理。在此基础上,首先对比分析了不同射流位置对空腔噪声的抑制情况,以此确定一个工程上可实现的射流位置;然后,对比分析了不同射流状态(不同的射流流量、温度)对空腔噪声的抑制情况。由此可知,跨音速(Ma=0.85)条件下,采用不同的射流状态对空腔噪声具有不同的抑制效果,其中随着射流量及射流温度的增大,噪声抑制效果更加明显。

FBM模型在典型分离流动预测中的应用

针对滤波器模型（FBM）滤波尺度选择标准以及是否采用壁面函数尚不明确问题,基于壁面律提出了有效滤波尺度e（（35））的定义,以雷诺数Re（28）3 900的圆柱绕流为算例,采用平均无量纲化壁面第一层网格分别为1与15的网格研究壁面处理与滤波尺度.结果表明：当壁面第一层网格位于黏性底层时,不应采用壁面函数处理,此时滤波尺度取e（15）（13）（16）（35）较为合理;当壁面第一层网格满足壁面函数要求时,滤波尺度取e（15）（13）（20）（35）较为合理.研究还发现,FBM的计算效率并非随滤波尺度的降低而单调递减.

混流式水轮机小负荷工况的端流模型评估

0引言.如今,水电站因具有稳定电网的能力而受到越来越多的关注。然而,这伴随着更多的启停序列以及在非设计工况下的运行。因此开发改进转轮设计方法成为了一项重要的任务,这可以降低该工况下运行时增加的压力脉动。在本文的研究范围内,采用尺度自适应模型(SAS)和最新开发的应力混合涡模拟模型(SBES),利用ANSYSCFX对某混流式水轮机进行了小负荷工况点的数值模拟。两种端流模型均为混合雷诺平均-大涡模拟模型(RANS-LES)。