基于贝叶斯推理的标准k-ε湍流模型参数识别

为了降低湍流模型湍流参数不确定性给工程湍流问题求解带来数值误差,以后台阶流动为例研究了适用范围很广的k-ε湍流模型的参数识别问题。针对模型和实验数据的不确定性而采用了贝叶斯概率反演方法,该方法集成了有限单元法的正向计算和Metropolis-Hastings抽样算法的反向计算,从而给出在流速测量值已知的条件下标准k-ε湍流模型参数的后验概率分布。算例计算表明,采用参数识别后的参数值进行计算比传统推荐值有效地降低了数值误差。

基于风洞试验和仿真的垂直轴风力发电机的湍流模型分析

对于湍流的计算一直是流体力学领域的难点,而垂直轴风力发电机周围流场的湍流非常复杂,对其CFD仿真模拟选取湍流模型一直各抒己见。选取目前使用最为广泛的SST k-ω、Realize k-ε、RNG k-ε和标准k-ε湍流模型进行CFD仿真,模拟双叶片直线翼垂直轴风力发电机的叶片表面压力分布和单叶片转矩系数,并与采用高速多点压力测量仪和力矩传感器测量的实验数据进行对比分析。其结论为,在叶片失速区,采用标准k-ε和Realize k-ε湍流模型CFD仿真模拟的结果与实验值拟合度很低;当叶片处于深度失速区时,采用RNG k-ε湍流模型CFD仿真模拟的结果与实验结果拟合度最高,而在轻失速区时,采用SST k-ω湍流模型模拟得到的值与实验测量值拟合度最好。从单叶片转矩系数角度分析可得,采用SST k-ω湍流模型模拟得到的值与实验测量值拟合度最好。

基于混合模型的管道输沙特性数值模拟研究

【目的】探索管道水沙两相流的流场结构和输沙特性,为进一步研究管道输沙过程中阻力损失随含沙量、流速等的变化规律奠定基础。【方法】采用多相流混合模型和标准k-ε湍流模型,利用管道清水层流和湍流流场模拟,验证所选模型的可行性,并将模拟得到的管道流场以及阻力情况与实测值和计算值进行对比,确定模型参数,进一步结合小浪底水库现场管道抽沙试验,对管道流量(Q)为620和950m3/h工况下含沙量(Cv)分别为3.74%,10.53%,22.64%,37.74%和45.28%的5种含沙水流进行数值模拟计算,并分析其流场结构和流速、含沙量的垂向分布等水力特性。【结果】根据模拟值与实测值以及计算值的综合对比情况,选定粗糙度0.6mm、粗糙常数0.6、入口湍流强度25%为参数组合来模拟分析管道含沙水流的流动特性,得到了5种含沙量工况下管道输沙过程中的水沙两相流分布和管道横断面的流速分布,以及5种含沙量下横断面流速的垂向分布和含沙量的垂向分布规律,具体表现为:在管道流量Q=620和Q=950m3/h时,管道中心断面水沙呈上小下大的悬移质分布形态,随着水流含沙量的增加,管道底部沙量逐渐增大,当含沙量增加至45.28%时,管道中的水沙几乎为稠密的沙浆,在垂向分布上管道含沙量出现顶部小而底部大的现象。另外,管道的断面流速呈现出顶部流速大而底部流速小的现象,且随着含沙量的增大,高流速区扩大且逐渐向管道顶部上移,与大流量工况相比,小流量时高流速区集中且上移明显。垂向流速分布不再呈对称分布而出现管道顶部大、底部小的分布形态,且随着含沙量增大,不对称性更加明显。【结论】多相流混合模型可用于管道输沙流场的模拟计算,模拟结果表明,挟沙水流极大地改变了管道清水流场时呈轴对称分布的流速形态,表现为管道顶部低含沙区流速大,底部高含沙区流速小,且含沙量越高,不对称性越显著;随着流速增大,水流挟沙能力大大提高,流速分布的不对称性显著降低。

阻燃剂合成反应器流体数值模拟及结构优化

合成反应器为阻燃剂化工生产过程中的重要设备,反应器的结构直接决定阻燃剂的混合效果。本文通过使用ANSYS中的Fluent流体仿真软件,采用标准的k-ε湍流模型、多重参考系稳态流动方法,对不同结构参数的阻燃剂合成反应器进行仿真模拟研究,通过改变挡板、桨叶离底高度、上下桨叶间距,对比不同结构参数的反应器内流体的速度矢量分布,获得结构最优的阻燃剂合成反应器。分析结果表明,反应器内搅拌结构有挡板,桨叶距离底部高度为450mm,反应器上、下桨叶距离为550mm时,阻燃剂合成反应器结构最优,混合效果最好。

焊接保护气同轴快速混气装置的设计与优化

为了实现二元保护气快速均匀混合,本文设计了一种同轴混气装置。采用了ANSYS FLUENT软件的标准k-ε湍流模型、物质输运模型和变N 2含量焊接方法,研究了同轴混气装置的结构尺寸对混气效果的影响,及其对焊缝铁素体含量的控制作用。研究结果表明:减小导气管管径,混气时间变短,混合气均匀性提高;增大同轴送气管长度,混气稳定性提高;采用本文设计的同轴混气装置,实现了调控奥氏体不锈钢熔敷金属内铁素体的含量和尺寸的目的。本文研究为焊接二元保护气混气提供了思路,尤其对不锈钢熔敷金属铁素体调控有一定指导作用。

简单射流流化床的数值模拟

以双欧拉模型及颗粒动力学理论为基础,应用Fluent软件进行了简单射流流化床的模拟.经过不同湍流模型下的二维、三维计算结果分析,并与实验值比较,初步探讨湍流模型和二维、三维模拟方法对稠密气固流动数值模拟的影响,发现RNGk ε湍动方程较标准k ε湍流模型提高了稠密气固两相流数值模拟的准确性,三维模拟计算的流场比二维模拟更准确.

低层住宅群空调冷凝器送风及换热的数值研究

近年来 ,随着分体式空调的广泛应用 ,对分体式空调的研究也日趋广泛。合理的流场和温度场可以提高空调机组的制冷效率 ,节约能源。本文采用CFD商用软件对五种不同结构的香港小型住宅群中空调冷凝器的送风与换热进行了数值模拟。计算中我们采用标准k -ε湍流模型 ,在动量方程中引入附加的阻力和体积力 ,在能量方程中引入附加源项来模拟冷凝器 ,并且引入了Boussinesq假设来考虑自然对流的影响。计算得出了五种不同情况下住宅冷凝器附近的温度场、速度场 ,并且对五种情况在制冷效率 (COP)进行了比较。

一种新型旋风分离器的流场和结构

为了考察一种新型旋风分离器的流场特点及其几何参数变化对流场的影响,采用CFD软件——Fluent中的标准k-ε湍流模型对该类型旋风分离器的气相流场进行了模拟,结果得知:该旋风分离器气相流场的切向速度分布较对称,在靠近分离筒体中心位置处出现了小的旋涡;排气管的插入深度对流场影响显著,入口角度对流场有一定影响,排气管直径对流场影响较复杂,但对最终分离效率基本无影响。

集聚纺技术中气流速度场的数值模拟

采用标准kε湍流模型和有限容积法以及SIMPLE算法对集聚纺装置中负压斜槽周围气流速度场的分布状态进行数值模拟,并根据实际纺纱装置设计出可供测量气流速度场的实验模型,利用粒子图像测速(PIV)技术测量实验模型中的气流速度值,对数值模拟结果进行了实验验证。实验结果表明:在沿着z轴的方向上,越靠近斜槽(即z值越小)的位置,气流速度就越大,而且每个速度平面上的理论模拟值和实验测量值之间都存在一定的差异。但这种差异的总体趋势是相同的,即都是测量值小于理论值。同时,斜槽右侧的速度值要大于其左侧的速度值,而且缝隙左右两侧速度方向的差异很大,左侧气流几乎平行于纤维须条的出流方向,而右侧气流则倾向于垂直于纤维须条的出流方向。这表明数值模拟结果与实验结果基本吻合,可以用标准kε湍流模型对集聚纺技术中的气流速度场进行较深入的研究。这一研究结果完善了集聚纺纱技术的成纱机理,为进一步研究纺机制造、纺纱生产和产品开发提供了理论依据和指导。

不同开孔方式的大孔筛板干板压降研究

评价塔设备性能的主要指标之一就是塔板压强降。干板压降是筛板塔总压降的主导部分。本文以降低筛板的干板压降为目标,使用标准k-ε湍流模型,对不同开孔方式的大孔筛板进行了模拟计算,定量地讨论了筛板开孔方式对筛板干板压降的影响效果。模拟结果表明,下锥形筛板不利于降低干板压降,而具有合适锥度的上锥形筛板与普通筛板相比是可以降低干板压降的。经过光滑处理的弧形上锥形筛板虽然对减少结焦反应有利,但在降低干板压降方面没有明显的作用。

轴向间隙对纸浆泵性能的影响规律

为研究轴向间隙对纸浆泵水力性能的影响,应用计算流体动力学软件Fluent,采用标准k-ε湍流模型及SIMPLEC算法,分别以清水和悬浮液为介质,对半开式离心纸浆泵在3种轴向间隙下,0.7Q0～1.3Q0流量范围内进行三维湍流数值计算,得到浆泵的性能曲线.计算结果表明:介质为清水时,随着间隙的增大,泵扬程和效率下降;对于不同体积分数的介质,离心泵叶轮、间隙内速度分布与介质为清水时的分布基本一致;当浆料体积分数为2%时,流道内存在大量的低速区,流动混乱,提出了适当增大叶片出口安放角的改进方法;随着间隙的增大,间隙的刚性作用消失,泵整体性能下降.由于轴向间隙的作用,叶片吸力面与压力面间的压力、速度变化较大,对于一定体积分数的浆料,小的间隙值能增加泵的输送能力.通过试验和数值计算进行对比分析,结果表明间隙为1.0 mm时泵整体性能较好,试验结果与模拟结果相一致.

平面河道溃口绕流分析及流体对溃坝冲击的影响

针对河道溃坝为水利工程防灾减灾中的突出问题,利用有限元分析软件ANSYS中的FLOTRAN CFD模块,采用标准k-ε湍流模型探究了雷诺数为107的平面河道溃口处流体绕流过程,研究了平面河道溃口率分别为0.1、0.2、0.4、0.6、0.8时流体在溃口处及下游的流场速度、压强等分布特性,分析了流体对溃坝最大压强的位置和变化规律。结果表明,随溃口率的增大,最大压强值迅速减小,流体对坝体的冲击逐渐减弱,为河道溃坝防灾工程提供了有力的理论支撑。

基于Fluent的电磁场中铝熔液及其微粒运动轨迹的数值模拟

利用计算流体动力学软件Fluent,采用MHD模块和标准k-ε湍流模型,对电磁场中铝熔液进行三维数值模拟,通过调节磁场中不同频率下的熔液内部流场,得到了电磁场中铝熔液的温度场分布图;同时选取熔体细化剂微粒进行示踪,得到微粒运动轨迹,表明文中基于Fluent对于电磁场中铝熔液的模拟仿真是可行的,为以后研究电磁场中混沌对流奠定基础.

基于FLUENT的离心泵水力性能预测技术

介绍了用数值模拟方法进行离心泵性能预测的研究现状和存在的问题.采用商业软件FLUENT,在双参考坐标系下,利用有限体积法对雷诺时均Navier-Stokes方程进行数值离散,选用标准k-ε湍流模型,SIMPLEC方法求解,对10台离心泵的设计点工况进行了叶轮蜗壳耦合三维粘性相对定常的数值模拟并进行了性能预测.计算了各模型的扬程和效率并与试验值进行了对比和分析.对比分析结果表明,基于FLUENT数值模拟结果预测离心泵水力性能的方法具有比较高的精度,可以应用于工程实践.

平衡大气边界层自保持及TTU风压数值模拟

构造合理且满足水平均匀性的大气边界层是计算风工程的一个重要难题.基于雷诺平均方法,采用标准k-ε湍流模型,结合Richards&Hoxey入口条件,对数值风洞的顶面边界条件施加剪切应力修正,进行二维空流场的平衡大气边界层模拟,给出了一类能够较好满足大气边界层自保持要求的流场边界条件.并将此类边界条件同时运用到标准k-ε湍流模型和SST(shear stress transport)k-ω湍流模型中,针对美国德克萨斯技术大学模型场地试验进行三维流场全尺寸数值模拟,验证了所提边界条件对上述两类双方程湍流模型在低矮建筑钝体绕流的适用性.

开敞式拱形轻质屋盖风载体型系数研究

基于Reynolds时均方程与标准k-ε湍流模型,对在不同风向角时,开敞式拱形轻质屋盖风载体型系数进行了数值模拟与分析。通过与文献结果对比发现,数值计算结果和风洞试验吻合较好,说明该方法的适用性。研究发现:不同风向角对开敞式拱形屋盖上下表面风压极值的分布有较大影响,并且屋盖总体型系数会随着风向角增大而减小。因此,结构抗风设计,应结合实际风环境进行优化。

基于FLUENT的矿井巷道活塞风效应研究

为了研究矿井中活塞风的效应,采用标准k-ε湍流模型对矿井巷道内风流流动进行了数值模拟,运用计算流体力学软件并结合工程实际模拟给予不同风速时巷道内风流速度和压力的分布及变化规律。模拟结果表明:随巷道风速和矿车车速的不断增大,巷道内压差变大,产生活塞风风速也随之增大,活塞风效应越来越显著。

过往车辆对人行天桥产生的追风效应原理及影响分析

从流体力学的观点出发,建立车、桥及流场的二维网格模型,利用FLUENT软件对人行天桥受到过往车辆产生的气流影响进行受力分析及流场速度矢量分析,得出追风效应的产生原理,并总结了使人行天桥钢箱梁产生振动的直接原因.在此基础上,分析了不同车速、车型产生的追风效应对人行天桥的影响.

基于FLUENT的混合器内部流场数值模拟

介绍了FLUENT软件的主要特点及其在冷热水混合器内的应用情况。通过使用FLUENT软件的标准k-ε湍流模型对冷热水混合器进行三维数值模拟,分析其内部流场变化情况。通过模拟,能真实反映混合器内部的复杂流动,为混合器的设计和改进提供理论依据。

入口压力对船用喷油器喷嘴内部空化流动的影响

为了深入研究喷油器喷嘴内流特征,以某船用孔式喷油器为研究对象,建立两相流模型,标准k-ε模型,结合单气泡动力学对喷油器喷嘴内部空化流动进行了数值模拟,着重研究了入口压力对喷油器喷嘴内部空化流动的影响,并与试验结果对比验证了数值模拟结果的正确性。