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。

应用RNG k-ε湍流模式数值模拟90°弯曲槽道内的湍流流动

本文将Yakhot与Orszag提出的RNGk-ε湍流模式与壁面律相结合,应用于90°弯曲槽道湍流流动的数值模拟.计算在任意非正交曲线坐标系下进行.并采用非交错网格有限体积方法求解三维不可压N-S方程.文中给出了详细的计算结果,并与实验结果进行了比较,结果表明,RNG k-ε湍流模式能够有效地模拟有曲率影响的湍流流动.

用改进的RNG模式数值模拟湍流冲击射流流动

在Yakhot和Orszag提出的重正化群 (RNG)k -ε湍流模式的基础上 ,对模式系数Cμ 和近壁处理方法加以改进 ,并将其推广应用于湍流冲击射流的数值模拟 .将计算得到的平均速度分布和湍动能分布与标准k -ε模式的计算结果以及实验数据进行了比较 .结果表明 ,用改进的RNGk -ε模式得到的数值结果与标准k -ε模式的结果相比具有显著的提高 ,尤其对滞止区附近的湍动能分布预测结果与实验结果具有较好的一致性 .这是因为RNGk ε模式与改进的近壁处理方法相结合有效地降低了涡粘性的预测值 ,进而引起湍动能预测值的下降 .且计算中采用了Cμ 和Cε1的改进表达式 ,适当地考虑了流动中各向异性湍流和不平衡应变率影响的结果 .

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 。

近海湍流三维数值模拟中的重整化群模式

利用重整化群理论来确定近海湍流数值模式中的垂向涡动粘性系数,并对冬末春初琼州海峡的潮流场特征进行数值模拟。结果表明,重整化群模式的待定常数少,应用方便可行,其计算结果也比常用的湍流封闭模式的计算结果更加合理。

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。

k-ω-γ模式对转捩影响因素的预测性能研究

高超声速边界层转捩的准确预测对飞行器的防热、减阻至关重要,而影响高超声速边界层转捩的因素众多.从模式角度出发研究边界层转捩的影响因素,采用k-ω-γ转捩模式对5?圆锥的边界层转捩进行了数值分析,计算了不同头部钝度、来流雷诺数和湍流度情况下的边界层转捩,并与实验结果进行了对比.研究结果表明:k-ω-γ转捩模式基本能够反映头部钝度、来流雷诺数、来流湍流度对高超声速圆锥边界层转捩的影响规律,但对转捩后的热流峰值预测不准;从模式构造角度分析发现,雷诺数越高或头部钝度越小,层流区边界层越薄,k-ω-γ转捩模式中第一、第二模态时间尺度增大,因此转捩起始位置提前;来流湍流度越大,等效脉动动能初值越大,导致层流区发展过程中等效脉动动能越大,因此转捩易于发生.

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。

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。

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。

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。

基于湍流模型数值模拟的梯形弯道水流特性研究

输水明渠弯道段因壁面条件改变,水流运动紊乱,严重威胁输水安全。为研究输水明渠弯道内水流特性,基于RNGκ-ε湍流模型建立弯曲度为15°、45°、60°、90°的梯形断面弯道模型,利用PISO算法求解方程组,进行弯道水流三维数值模拟。结果表明,弯道对渠道内流场影响范围包括弯道及下游较长区间;随弯曲度增加,凹岸最大水面超高断面有前移趋势,但对最大超高值影响较小;水流在渠底的速度远小于上层水流速度,z/H=0.7处为最大流速水深;弯道内流速与壅水现象有关,壅水区对应流速小,落水区对应流速大;弯道内的壁面压强主要来自水体自重。

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

基于三种湍流模型的竖缝式鱼道水力特性研究

为研究不同湍流模型对竖缝式鱼道数值模拟的适用性和准确度,采用RNGκ-ε模型、大涡模拟(LES)模型及分离涡(DES)模型3种湍流模型对某竖缝式鱼道进行数值模拟,并对比分析了模拟的竖缝式鱼道流态特征、流速及湍动能等水力指标值与实测数据。结果表明,3种模型均可较为准确地解析鱼道池室流态特性,其中DES模型最能反映竖缝式鱼道的流态、流速分布;综合模拟成本后,RNGκ-ε模型在湍动能模拟方面较其他两个瞬时模型具有优势。因此,鱼道数值模拟在不追求较高精度流场特征的要求下,应优先选用RNGκ-ε模型。研究结果可为今后数值模拟在鱼道工程的应用提供参考。

基于当地变量的横流转捩预测模式研究进展

边界层转捩预测一直是流体力学领域的研究热点和难点。其中,横流转捩是飞行器表面转捩现象中关键的一种。由于受到来流扰动、壁面粗糙度、壁面压力梯度、当地后掠角、横流特征Reynolds数、边界层边缘Mach数、壁面曲率和温度等因素的影响,横流转捩的预测非常复杂且困难。近年来诸多研究机构都针对该问题提出了不同思路的预测方法,从根本上分为两大类:一类是建立临界转捩Reynolds数准则,通过与当地的特征尺度Reynolds数进行比较判定是否发生转捩;另一类则是模式化的线性稳定性理论,计算得到横流扰动增长因子与转捩阈值相比较判定是否发生转捩。将系统回顾和总结低速边界层和高速边界层的几类典型的基于当地变量的横流转捩预测模式,并展望下一步的研究方向。

植物与大气间的湍流交换——新方法介绍研究状况综述

植物与大气之间的湍流交换是地球和大气系统中能量和物质循环的一个重要环节,也是土壤-植物-大气系统的重要研究内容之一。揭示这一交换环节的物理机制,了解地气系统中能量、水分和C0.2等物质的运动和转换规律,对于农业生产、数值气象预报,环境生态和气候变化等研究工作有诸多方面的意义,是地学界所共同关心的问题。近十年来,植物与大气之间相互作用的研究有了许多重要进展,传统的局地湍流交换模式的局限性已逐渐被认识,一些新的方法在这一领域中出现,其中高阶闭合模式和流轨模式是比较重要的探索途径。

旋流竖井输水洞在滇中引水二期工程中的应用

为验证滇中引水二期工程石屏干线金山坡旋流竖井输水洞设计,在开展模型实验前,通过数值模拟手段,利用RNGκ-ε湍流模型及VOF两相流模型,对设计方案进行水流三维数值模拟分析。结果表明,在不同设计工况下,旋流竖井内过流能力均满足设计泄流要求;旋流空腔流态稳定,下游输水洞内水流平稳;旋流竖井内最大流速178m/s,最大压强70kPa,最高消能率75%,消能效果良好。模拟结果表明金山坡旋流竖井输水洞方案设计合理可行,可为工程下一步设计工作提供参考。

基于FLUENT的90°圆形弯管内部流场分析

通过使用FLUENT软件的RNGk-ε湍流模型,对90°大曲率圆形截面弯管内部流体进行三维数值模拟,将数值模拟结果与相关文献实验结果进行对比,结果表明RNGk-ε湍流模型对具有二次流的湍流流动具有较好的模拟,计算结果与实验结果吻合较好。

喷嘴内部流道型线对射流流场的影响

为研究喷嘴内部流道型线对射流流场的气体动特性参数的影响 ,根据可压缩流体轴对称N S方程 ,利用RNGk ε湍流模式和有限体积法 ,并采用四边形非结构网格 ,对不同内部流道型线的喷嘴自由射流进行数值模拟。对于轴对称等直径圆管喷嘴 ,进口处的流道型线对射流流道参数的分布有较大的影响 ;轴对称收缩喷嘴的收缩角大小主要影响射流出口附近的流动 ,对流动具有不同的阻滞效果。计算结果与实验吻合较好 ,若要获得较佳的外部流场参数 ,优化喷嘴内部流道设计十分重要。

风力机的翼型弯度对风力机翼型气动性能的影响

利用CFD软件对S827翼型进行数值计算,验证了选用RNG k-ε两方程作为CFD数值计算的湍流模式的合理性。基于RNG k-ε湍流模式对S902和S903两种翼型的气动性能进行了数值模拟计算,研究了翼型弯度对翼型的升力特性、阻力特性、最大升力系数、最大升阻比、流动分离特性、失速特性和深失速特性等气动特性的影响。