湍流普朗特数在高超声速绕流中的修正

为精确模拟高超声速激波/湍流边界层干扰导致的复杂非平衡湍流流动,提出一种湍流普朗特数修正模型。应用数值模拟及理论分析方法,对高超声速来流马赫数为9.22的平板、压缩拐角等绕流进行数值分析,评估了所提出的湍流普朗特数修正模型。数值模拟结果与实验数据及Kays湍流普朗特数模型的对比表明:对高超声速复杂流动,湍流普朗特数应进行修正,提出的经湍流非平衡参数修正的湍流普朗特数修正模型与原模型及Kays模型相比,给出的壁面压强、壁面热流更精确,壁面最大热流相对误差小于6%。

湍流普朗特数模型对水平圆管内sCO_(2)传热预测的影响

基于SST k-ω湍流模型系统探究了典型湍流普朗特数模型对水平圆管内超临界二氧化碳传热数值模拟的影响,并通过与实验数据的对比,分析不同湍流普朗特数模型的预测能力。结果表明:在弱浮升力效应下,定常湍流普朗特数(Prt=0.85)模型具有较可靠的预测能力,预测的壁温最大偏差小于5 K;但在强浮升力效应下,Prt=0.85时计算出现较大偏差,而引入的现有典型变湍流普朗特数修正模型改善效果不佳。经深层次分析发现,湍流普朗特数模型对超临界二氧化碳流动传热边界层的影响显著,从而决定湍流传热性能。

自由振动圆柱绕流近尾迹湍流普朗特数

对自由振动圆柱后尾迹中的湍流普朗特数进行了实验研究 ,并与刚性柱体尾迹的结果作了比较 .加热圆柱后的流场温度比环境温度高 1℃左右 ,对流场影响很小 .用自制的X热线和一根冷线相结合的三线探头测量速度和温度的脉动 ,并用激光测振仪测量了该柱体的振动情况 .结果表明 ,在自由振动后的尾迹中 ,湍流脉动引起的能量输运能力比动量输运能力强 。

液态铅铋合金湍流普朗特数及RANS模型优选

工程上常采用RANS湍流模型进行热工水力相关的数值模拟,然而液态铅铋合金(LBE)具有独特的热物性,常规湍流普朗特数模型和RANS湍流模型对其流动与传热模拟的适用性有待研究。为更准确地描述绕丝燃料组件内LBE的流动与换热过程,本文基于大涡模拟对湍流普朗特数模型和RANS湍流模型进行优选。首先,采用四种湍流普朗特数模型对绕丝燃料组件内LBE的流动与传热过程进行大涡模拟,对比分析实验数据和模拟结果并进行模型优选。基于优选的湍流普朗特数模型,评价RANS湍流模型对LBE数值模拟的适用性和准确性。结果表明,Cheng湍流普朗特数模型和SST k-ω模型对LBE流动与传热模拟的准确性和适用性最高。

三角形棒束内铅铋湍流普朗特数模型研究

为准确预测低普朗特数流体在燃料组件棒束子通道内的传热特性,需选取合适的湍流普朗特数模型。针对5种不同的湍流普朗特数模型,基于三角形棒束换热关联式,研究采用剪切应力传输(Shear Stress Transfer,SST)k-ω湍流模型,分析不同的棒束子通道结构,并与液态铅铋实验验证的换热关联式计算结果进行对比,分析不同棒径与节径比条件下各种湍流普朗特数模型的适用性。分析研究结果表明,整体湍流普朗特数模型不仅与雷诺数Re、贝克莱数Pe有关,还与节径比P/D有关;在节径比1.3~1.7范围内Kays学者提出的局部湍流普朗特数模型模拟结果与Mikityuk关系式计算值较为吻合;各种湍流普朗特数模型均有最佳的节径比适用范围。因此,相关模型能够用于不同节径比条件下三角形棒束子通道内铅铋传热特性的预测。

液态金属钠在圆管内传热特性数值模拟研究

为研究液态金属钠在不锈钢材料表面流动时的湍流传热特性,在已有实验研究的基础上,提出了k-ε模型下的湍流普朗特数Pr_t模型,并使用Fluent程序对圆管内的液态金属钠在不锈钢材料表面流动时的传热特性进行了计算。理论设计值与已有实验结果进行对比,二者符合较好。根据本文提出的Pr_t模型,可较为精确地计算液态金属钠在不锈钢材料表面流动时的传热特性。

大涡模拟研究液态金属在环形管道内的湍流换热

使用大涡模拟方法,在雷诺数为Re=8 900和分子普朗特数Pr=0.01,0.026,0.2,0.4,0.71条件下对环形管道内的湍流对流换热过程进行数值模拟,计算分析湍流传热场中的平均温度、温度脉动、湍流热通量及湍流普朗特数Prt等物理量.通过与传统流体(Pr=0.4,0.71)的计算结果进行比较,研究了液态金属流体(Pr=0.01,0.026)的湍流对流换热特性.结果表明,液态金属流体湍流换热过程中分子热传导占主导地位,其湍流温度边界层内的线性区变长、对数律区变短甚至消失,温度脉动、湍流热通量变小.此外,相对于传统流体,液态金属的湍流普朗特数Prt比较大,且对Pr的变化很敏感.

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。

非预混湍流甲烷-空气燃烧的二阶建模

本研究的主要目的是对非预混甲烷-空气燃烧中的流动和湍流热通量进行二阶建模。采用雷诺平均Navier-stokes (RANS)方程对化学计量条件下非预混燃烧的湍流进行了数值分析。采用离散坐标和涡流耗散概念模型对辐射和燃烧进行建模,并采用RSM模型对湍流进行建模。应用GGDH模型和具有简单涡扩散模型的HOGGDH高阶代数模型对能量方程中的THF进行建模,将SED模型和二阶热通量模型的数值结果与现有的实验数据进行比较,发现应用二阶模型导致了预测燃烧室温度分布和物质质量分数分布的变化。燃烧室湍流普朗特数的计算表明,Pr为0.85与实际相差较大,不同区域的Pr从0.4到1.2不等。

气膜冷却计算中湍流黏性系数的修正

燃气轮机高温叶片气膜冷却中的复杂涡系结构使得流动传热很难被准确预测。本文基于平板气膜冷却数值和实验研究结果,指出雷诺平均算法中常用的湍流模型在射流侧向输运和二次涡的捕捉上具有相当的局限性。文中对湍流黏性系数提出了各向异性对数率涡黏模型(ALEV模型)修正,基于ALEV模型修正后的湍流模型增强了射流的侧向输运,减弱了二次涡的强度,得到的结果与实验有较好的吻合度。经过验证,ALEV模型具有较高的可靠性,它为这一类流动传热计算的改善提供了可借鉴的途径。

板翅式换热器平直翅片的数值模拟

利用CFD的方法建立了简单、准确计算板翅式换热器平直翅片在层流和湍流区域性能的数值模型。在湍流区域使用低雷诺数湍流模型来替代壁面函数的方法,f因子的平均绝对误差从22.7%降低到7.9%;并用湍流普朗特数模型代替FLUENT软件中默认的湍流普朗特数常量(0.85)使得j因子平均绝对误差从17.9%降低到6.9%;通过以上两个措施使得CFD方法能够更准确预测平直翅片性能。对18种具有不同几何结构参数的平直翅片进行数值模拟;计算结果表明:翅片间距、高度对性能有较大影响而翅片厚度影响较小。同时,回归了j和f因子关联式。

平直翅片的数值模拟及结构改进

利用CFD方法建立计算平直翅片性能的数值模型。为准确模拟湍流区域翅片j和f因子,采用低雷诺数湍流模型;通过UDF方法用Prt(湍流普朗特数)模型替代FLUENT软件中默认值(0.85)。计算结果表明:计算j和f因子与实验结果的平均绝对误差分别为6.72%和6.47%。在流动方向的任意横截面上,翅片中心处温度最低,且随着雷诺数增大而降低。翅片中心处与进口流体温差比上下板与进口流体温差低5%~18%。为强化翅片与上(下)板接触区域传热,间隔切除部分翅片,j因子增大2.76%~12.44%,而f因子保持不变。

液态铅铋合金横掠管束对流换热数值计算

直流螺旋管式蒸汽发生器具有结构紧凑和换热系数高等优点,能够进一步提高液态金属反应堆的紧凑性和经济性。此时蒸发器壳侧为液态金属横掠管束流动,而在可查阅文献中专门针对液态金属横掠顺排管束的换热关系式却很有限。本文采用SST k-ω模型和湍流普朗特数模型数值研究了液态铅铋合金横掠顺排管束的流动和换热特征。首先采用前人的实验结果对数值模型进行了验证,模拟结果与努塞尔数实验值偏差小于8%。研究了普朗特数、雷诺数以及管束结构对液态金属横掠顺排管束换热特征的影响。讨论了不同工况下分子热扩散系数和湍流热扩散系数对于换热的贡献以及传热管周向局部换热特征。最后根据计算结果拟合出了液态铅铋合金横掠顺排管束的努塞尔数公式。