RNG κ-ε模式在工程湍流数值计算中的应用

自Yakhot和Orszag提出RNG k-ε湍流模式以来,很多学者对其进行了修正和发展,并将其应用于某些实际湍流问题的数值模拟,取得了一些与实验近似一致的结果。本文主要从工程湍流计算的角度出发,结合作者的部分研究工作,对近年来RNG k-ε模式在湍流流动数值研究中的应用现状及进展情况进行了总结,指出了该模式存在的问题,并对其应用前景进行了展望。

用RNGk-ε模型计算内燃机缸内湍流流动

应用快速畸变假设对 RNG k-ε湍流模型进行压缩性修正后 ,将其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 RNG k-ε模型算得的结果 ,并与标准的 k-ε模型算得的结果和实验结果进行了对比。结果表明 ,用 RNG k-ε湍流模型算得的结果比 k-ε模型算得的结果有所改进 。

RNG κ-ε与SST κ-ω模型在汽车外流场计算中的比较

RANS法中的RNG κ-ε与SST κ-ω湍流模型是汽车外部复杂流场数值模拟中两种常用的涡粘模型。通过计算不同尾部倾角的Ahmed钝体模型,得到RNG κ-ε与SST κ-ω湍流模型在不同尾部倾角下的数值模拟结果。结果表明,SST κ-ω湍流模型在计算时间、湍流模拟上都优于RNG κ-ε湍流模型,更适合汽车外部复杂流场的计算。

非线性代数应力模型在内燃机缸内湍流计算中应用

利用张量不变性原理建立一个非线性代数应力模型 ,它包含了平均流变形率张量和旋转张量三阶项的影响 .模型中压力应变项是基于 Lee由快速畸变理论导出的解析解 ,通过引入参考总应变而包含了平均流变化的历史效应 .湍能及其耗散率的求解采用 RNG k-ε模型 .用此模型对几种内燃机缸内的流场进行计算 ,结果表明此模型在定量和定性上较之 k-ε模型和基于

混流式水轮机内部流场的三维空化湍流计算

本文通过理论分析,引入三维混合流体完整空化湍流模型,确定了混流式水轮机内部三维空化湍流计算的方法。用数值模拟手段对混流式水轮机的内部空化流场进行了计算,采用了全三维全流道的湍流计算方法,基于RNG的κ-ε湍流模型和SIMPLEC算法,从蜗壳进口到尾水管出口,包含所有流道在内的整体一次完成定常。根据得到的三维空化流场数据,对转轮内部流场进行了流场分析,求得了计算临界空化系数,和试验值进行了比较;模拟了特征工况下的尾水管涡带,和试验数据进行了比较。

收敛-扩张喷管中运用次流推力矢量控制技术的计算研究

采用二阶TVD格式的有限体积法耦合RNGκ ε湍流模型和非平衡壁面函数求解二维守恒型雷诺平均N S方程,数值模拟了运用次流推力矢量控制技术的二维收敛 扩张喷管中的流动现象。计算结果表明,随着喷管压比的增加,次流喷射所产生的激波向扩张段下游移动,且喷管矢量角不断减小到一固定值;次流压比的增加将导致激波向扩张段上游移动,且喷管矢量角不断增加;次流压比对激波和矢量角的影响比喷管压比更强。

不同湍流模型下圆柱涡激振动的计算比较

为应用计算流体力学的方法模拟圆柱体的涡激振动问题,文章采用有限体积法结合两种不同的湍流模型(RNG k-ε和SST k-ω湍流模型)求解时间平均的纳维尔—斯托克斯方程(RANS),对低质量比弹性支撑的刚性圆柱体在均匀来流中的的涡激振动问题进行了研究。计算对象参照Govardhan和Williamson的物理模型实验中的参数,通过比较两种湍流模型下圆柱体的振幅响应、频率响应及三个响应分支的水动力系数和尾涡模式,分析了两种湍流模型模拟结果的差异及原因,结果表明:RNG k-ε湍流模型和SST k-ω湍流模型的模拟结果差异很大,不论在振幅响应和频率响应上的计算上,还是对升力的谱分析上,SST k-ω模型的计算结果都更接近于真实的物理现象,并且采用SST k-ω湍流模型成功地模拟出了2P模式。因此从整体上说,SST k-ω湍流模型的模拟效果要优于RNG k-ε湍流模型。

非线性 k-ε 紊流模型在平面叶栅紊流计算中的应用

采用Ｓｐｅｚｉａｌｅ的非线性ｋ－ε模型计算了平面叶栅内的紊流流动，并且与标准的ｋ－ε模型的计算结果作了对比，表明非线性模型同样可以应用于具有周期性边界条件的复杂流动，在紊流量的计算结果上表现出了明显的各向异性。

二维杂交网格粘性湍流分离流场的数值计算

给出了基于非结构化网格数值求解二维粘性湍流分离流场的压力修正算法。采用 Delaunay三角划分法生成三角形非结构网格以适应复杂几何形状 ,壁面采用结构网格以满足粘性湍流流场计算的要求。湍流模型为 RNG k-ε模型 ,以考虑壁面低 Re数效应和曲率对分离流动的影响。利用所给出的算法对 NACA0 0 1 2翼型二维大尺度分离流场进行了计算 ,计算结果和实验结果基本一致。图 7参

基于超算暨HPIC-LBM的大时空尺度三维湍流磁重联数值模拟研究

大时空尺度湍流磁重联(LTSTMR)是空间物理、太阳物理、宇宙学领域中一种普遍存在的爆发现象。磁能转移-释放-耗散、等离子体加热及高能粒子加速是研究该类现象的核心内容,而研究湍流在LTSTMR中如何起作用是解决以上问题的关键所在。2D/2.5D磁重联模型因其在物理图像简化方面忽略了自然界爆发现象的3D属性和本质。文中基于新型HPIC-LBM粒子算法,在天河2号平台上开展了LTSTMR十万核心级别的数值实验工作。首次获得了太阳大气活动磁重联精细演化(0~500 km)耗散区内oblique不稳定性证据。证明了耗散区内微观集体集合效应宏观表现的3种具体形式:湍流磁场self-generating-organization、湍动等离子体self-feeding-sustaining及磁场与等离子体间的相互作用。该研究为在超算平台上应用三维磁重联模型开展大时空尺度湍流磁重联提供了一种新途径。

大型泵站虹吸式出水流道三维紊流数值计算

利用RNGκε湍流模型,闭合定常不可压雷诺时均NS方程,采用有限体积法和非结构化网格,数值模拟了设计工况下某大型泵站虹吸式出水流道的内部三维流动,并分析了流道内部流态,对驼峰断面和出口断面的速度分布特性进行了定量计算.结果表明:流道的水力损失和阻力系数分别为0.204m和3.188×10-3,驼峰断面和出口断面的速度分布均匀度分别为73.9%和65.4%,实现了流道水力特性的预测,为虹吸式出水流道水力设计优化和模型试验研究提供了参考依据.

旋风分离器流场的数值计算方法研究

利用计算流体力学软件FLUENT,分别采用k-ε标准模型、RNGk-ε模型和RSM模型湍流模型及不同离散方式对旋风分离器的流场进行了数值模拟研究.通过模拟结果与前人实测结果的对比,确定出了适合旋风分离器的数值计算方法.结果表明:湍流模型采用各向异性的RSM模型,离散方式采用对流项的QUICK格式和压力梯度项的PRESTO格式,才能获得合理的流场模拟结果该结论为旋风分离器流场的数值模拟及进一步的结构优化设计提供了参考依据.

不同湍流模型在旋风分离器三维数值模拟中的应用和比较

采用标准κ-ε模型,RNGκ-ε模型和RSM(SSG)模型,对气—固旋风分离器中的单相湍流流场进行数值模拟计算。旋风分离器网格划分采用分块划分技术,每一块采用贴体坐标划分网格,计算结果同试验比较,三种模型中以RSM模型的预报结果最为合理,对切向速度分布的涡结构给出了合理的预报结果,同时给出了雷诺应力的各向异性特性,但同实验值仍有一定的差别,分析认为同湍流模型本身的原因外,与入口边界条件的选取和网格划分的多少有一定的关系。

轴流式模型水轮机压力脉动试验与数值计算预测

本文将利用RNG k-ε湍流模型对轴流式模型水轮机进行了全流道三维非定常湍流计算,预测模型水轮机的压力脉动性能.同时,本文对轴流式模型水轮机进行了压力脉动试验,通过对模型水轮机压力脉动试验结果与数值计算结果的对比.以验证数值计算预测压力脉动性能的准确性和可行性。

扭曲叶片离心泵叶轮内三维湍流数值模拟

为提高离心泵的优化设计水平,介绍了计算的控制方程和叶轮通道网格划分方法,采用压强连接的隐式修正SIMPLEC算法,结合雷诺平均法的RNGκ-ε模型和壁面函数法,应用商业CFD软件FLUENT,对叶轮内部的三维湍流流动进行了计算。分析了具有扭曲叶片的离心泵叶轮叶型对流速分布、压力分布和泵性能的影响,揭示了叶轮内流动规律。

陡槽式溢洪道三维流场数值计算分析

陡槽式溢洪道是一种广泛使用的泄水建筑物，它直接影响水利枢纽防洪调度和安全运行，对其水流全场水力特性的全面研究具有重要意义。采用RNGκ-ε双方程模型模拟湍流，利用流体体积分数法（VOF）确定自由水面线。笛卡尔自适应网格与部分面积体积障碍模拟法（FAVOR）处理复杂的几何边界，成功地对大伙房水库陡槽式主溢洪道流场进行了三雏紊流数值模拟。得到了自由水面、溢洪道堰面压力、断面流速大小、分布和三维流场的分布规律，表明数值模拟与物理实验结果两者吻合较好。

基本湍流模型在轿车底部流场的仿真分析

利用CFX10.0针对轿车车身底部流场进行仿真,主要是以稳态的控制体积为研究对象,Navier-Stokes Equations为数学工具,采用标准κ-ε和RNGκ-ε湍流模型对移动壁面边界的气动特性做了详细解释。同时,也较好地对底部流场的物理机理及车身的气动特性进行了深入的分析。结果表明:移动的壁面可以减弱附面层对车身气动特性的影响,该模拟结果与轿车模型在风洞中的试验结果比较一致。对轿车车身局部流场的分析有利于改善高速运动轿车的气动布局和提高轿车的气动特性。

垂直管内固-液两相流全耦合CFD-DEM模型研究

针对传统两相流CFD-DEM模型中忽略一些次要力以及颗粒-湍流作用导致计算精度不高的问题,建立了考虑Loth升力、虚拟质量力、压力梯度力以及湍流调制等多种机制的全耦合模型,分析了进口颗粒体积分数、输送速度和颗粒直径对固-液两相流动的影响。研究结果表明,升力驱使颗粒向管道中心聚集,且Loth升力比传统Saffman和Magnus升力预测的颗粒分布更接近实验。随着进口颗粒体积分数的增加,各相的轴向速度均明显减小,同时颗粒对湍流的调制作用导致流体均方根速度降低。随着输送速度的增加,颗粒在管道中心更加聚集,而流体均方根速度快速增加。随着颗粒直径的增加,颗粒在管道中的分布更加不均匀,而对流体均方根速度的影响很小。输送速度对压降影响最大,进口颗粒体积分数次之,颗粒直径对其影响最小。

地效翼船复杂流场的计算与分析

应用数值计算方法对含有全部附体地效翼船粘性绕流进行计算分析。根据地效翼船的复杂几何特性,构造网格的特有的分块形式,采用标准k-ε湍流模型计算了XTW 4地效翼船巡航状态空气绕流流场,同时将计算得到的结果与实验值进行对比,吻合较好。

耦合运动的襟翼-翼型气动特性数值仿真

为了研究采用主动后缘襟翼的智能旋翼在高速前飞状态下,耦合运动对襟翼-翼型的气动特性和动态失速特性的影响,通过数值求解Navier-Stokes方程来模拟作挥舞-变距耦合运动的襟翼-翼型的气动特性.湍流模型为雷诺平均的Spalart-Allmaras模型.结果显示,与单纯变距运动相比,当与变距运动同频、同相的挥舞运动耦合后,耦合运动会引起更大的气动系数超调和滞回环;耦合运动会增大黏性干扰区域尺度,使襟翼-翼型失速类型由动态轻失速变为动态深失速;耦合运动会增大力矩系数对流场变化的敏感度.