RNGk-ε模型在超空化流动计算中的应用评价

为深入了解两相共存超空化的非定常特性,分别采用标准RNGk-ε模型及其修正模型,计算了绕水翼的超空化流动,并通过与实验结果的对比对各个模型进行了评价。计算结果表明:标准RNGk-ε模型及其修正模型均可以模拟绕水翼的超空化流动状况,能比较准确地模拟两相共存超空化阶段汽相和水汽混合相界面的反向波动过程;模型常数的不同主要表现为对空穴内逆压梯度的影响,并由此导致了计算获得的最大空穴长度以及两相界面反向波动速度的差异;超空化区域内水汽两相的变化与压强分布均存在对应关系,压强的变化导致了水汽两相界面的反向波动。

适用于回流区流体力学模拟计算的三种高雷诺数湍流模型的比较

在数值模拟计算领域,标准k-ε模型、CHEN-KIMk-ε模型和RNGk-ε模型属于两方程的高雷诺数湍流模型,运用这三种模型对暖通空调室内空气回流区进行计算流体力学(CFD)模拟,结果表明采用CHEN-KIMk-ε模型和RNGk-ε模型的模拟结果差别不大,但二者均优于标准k-ε模型。

基于组分输运模型和RNG k-ε模型的浑水异重流数学模型研究及其应用

基于组分质量守恒理论,将浑水异重流的运动过程看成是含沙浑水中的泥沙这一组分在水体中的传输过程,建立组分方程,与考虑了平均流动中的旋流流动情况的RNGk-ε方程组进行耦合求解,利用目前广泛使用的商用FLUENT软件进行数学模型计算,并采用室内模型试验进行论证。结果表明:该数学模型可以有效模拟浑水异重流的潜入和前锋运动过程,为深入研究水库、湖泊及河流入海口浑水异重流问题提供了新的途径。借助此模型模拟了水库内汛期浑水异重流运动情况。

基于DPM模型的街谷内颗粒物扩散特性研究

通过采用离散相模型(DPM),对等高对称街谷和非等高不对称街谷在参考风速Zref=2m/s时,粒径dp=10μm的固体颗粒物在街谷内的扩散分布进行了数值研究.计算湍流模型选用重正化群两方程模型,计算结果表明在城市风场作用下会导致街谷内空气呈漩涡流动,街谷几何形状变化影响街谷内污染物浓度分布,且在深街谷(B/H=0.5)和上游建筑高于下游建筑的非对称街谷(H1/H2=2)中街谷内空气颗粒无量纲浓度远高于同类型其它几何尺寸街谷.

方形管道内无气离心喷涂涂料液滴流动特性的数值模拟

采用Fluent-EDEM软件数值模拟了方形管道内无气离心喷涂涂料液滴流动过程。采用RNG k-ε模型模拟了方形管道内喷枪旋转引发的气体流动和JKR接触模型追踪涂料液滴的运动。采用堆积角虚拟仿真试验预测了涂料液滴与水平壁面接触表面能。数值模拟结果表明,随着喷枪旋转速度的增大,涂料液滴速度和碰撞作用力增大,沿方形管道壁面长度方向涂料液滴数呈现中部高、两端低的变化趋势。提出了基于沿壁面长度液滴数分布的无因次均匀度系数。研究结果表明,随着喷枪旋转速度的降低,液滴无因次均匀度系数减小;喷枪Ⅱ增加了射流小孔数,有助于降低壁面液滴无因次均匀度系数,改善液滴分布的均匀性。

浅析内燃机缸内三种湍流涡黏度模型

内燃机缸内气体流动是极其复杂的三维湍流运动,其数值模拟及准确预测是一个迄今尚未圆满解决的课题.本文详细分析了内燃机缸内三种模型的原理,比较了三种湍流涡黏度模型,即标准k-ε模型,RNGk-ε模型和re-alizablek-ε模型各自的优缺点,并在此基础上总结出每个模型的适用范围.

三种湍流模型在阶梯溢流坝数值模拟中的比较

采用standard k-ε、RNG k-ε、Realizable k-ε3种不同的湍流模型并结合VOF法,对阶梯溢流坝气液两相流动进行了数值模拟,将不同湍流模型所模拟的水面线、台阶速度场分布及台阶壁面压力分布与物理模型试验实测结果进行了对比分析。结果表明:RNG k-ε湍流模型能够较好地模拟阶梯溢流坝的水流特性。

自转螺旋扭带管内三维流动与传热数值模拟

建立了内置自转螺旋扭带管的三维流动模型,采用RNGkε湍流模型对管内流场进行了数值模拟,得到了流体的流动和传热特性.研究表明:自转扭带管内的流动是复杂的三维螺旋流动.流体在扭带与管内壁环缝区域的轴向速度比光管的大;流体在与扭带宽度等直径范围内的切向速度随半径的增大而增大,流体在扭带与管内壁环缝区域内也存在明显的切向速度,但随半径的增大而减小;而光管内流体的流动只有随机的切向运动,且其切向速度要比扭带管内的切向速度小2个数量级;扭带管流体的径向速度和湍流度也比光管的大.扭带管内流体近管壁区域轴向、切向、径向速度和湍流度的加大,强化了管内的对流传热,其表面传热系数大于光管.另外,速度场的模拟值与激光测试值进行了比较,二者吻合较好.

不同雷诺数下90°弯管内流动特性的数值研究

运用FLUENT软件中的RNGk-ε模型对不同Re下圆形截面90°弯管内空气流动进行了模拟,分析了管内压力分布、二次流动和壁面上压力系数的变化,研究了Re不同时对壁面压力系数的影响.发现在气流进入弯管段后,流场由于流体惯性和分子黏性的相互作用,各个截面上出现了对称的二次流涡对.随Re增大,流体对于管道壁面的压力增大,管内压力损失也在增大.管道壁面上的压力系数随Re的不同差别不大,Re越大,压力系数越小,并且管道外壁面变化比内壁面更加明显.湍流时压力系数沿程变化比层流明显很多,曲率的影响也要强于层流.

双通道养殖池流态模拟及验证

养殖池是循环水养殖中的关键设施,养殖池内水体的流态则是研究养殖池两相流的基础,并直接决定了养殖池的性能优劣。借助计算流体动力学软件包Fluent,采用标准模型和RNG模型分别对Cornell-type双通道养殖池进行数值模拟,得到养殖池内水体流场的速度分布。模拟结果表明,水体回转速度大小与养殖池中心的径向距离呈线性增长关系,池中心处速度最小,越远离池中心回转速度越大,靠近池壁处速度达到最大;同时通过实验数据对模拟结果进行了验证,对比结果分析表明,RNG模型比标准模型模拟效果相对较好,模拟结果也基本符合Cornell-type双通道养殖池的运行规律,这为养殖池的优化设计及结构改进提供了新的研究方法和手段。

半封闭狭缝湍流冲击射流的数值模拟

将Yakhot和Orszag提出的RNGk ε模型推广应用于半封闭狭缝冲击射流场的数值模拟 ,以评价该模型对这种复杂湍流的预测能力。将计算得到的流场平均速度分布、湍流强度分布和流函数分布与标准k ε模型的预测结果以及相应的实验数据进行了比较 ,结果表明 :RNGk ε模型的预测结果总体上要好于标准k ε模型 ,但与实验值相比 ,所有预测结果都还存在不同程度的误差 ,尤其是近壁区和滞止点较远下游处的湍流强度分布。说明RNG模型虽然已在某些湍流的预测中取得了一定的成功 ,但要定量准确地预测冲击射流场 。

浑水水力分离清水装置内水沙两相弱旋流场数值模拟

采用RNG(重整化群)两方程紊流模型和简化的多相流Mixture(混合)模型,对浑水水力分离清水装置内水沙两相三维弱旋流场进行了数值模拟。根据计算结果,详细比较和分析了加沙前后装置内径向、轴向以及切向速度分布特征,及其对"装置"内泥沙运动和水沙分离效率的影响。从水沙两相流场特性出发,初步探讨了"装置"有效分离水沙并获得清水的机理,为设计优化装置结构提供理论基础。

陡坡后消力池内水跃的数值模拟

利用三维RNG k-ε紊流模型和体积率(VOF)跟踪自由水面的方法,对4种不同工况、相同坡角的陡坡后消力池内的水跃特性进行了数值模拟,并与模型试验结果进行了对比.结果表明,不同工况下消力池内水面线特征、流速和水跃长度与模型试验吻合较好,陡坡后消力池内淹没水跃长度大于自由临界水跃长度.同时,数值计算与试验结果均表明,陡坡后消力池内水跃长度不能按照平底矩形水跃长度计算公式进行计算,必须考虑淹没度的影响,从而有效避免陡坡后消力池设计中的不足.

浑水水力分离清水装置内弱旋流动的数值模拟

本文采用了不同的网格划分方案对装置内的弱旋流场进行计算,将计算结果与实测值对比,选出最优方案。在最优网格数下,分别采用RNGk-ε模型与RSM模型对装置内部流场进行计算,计算结果与实测结果均表明装置内的切向速度场呈现明显的强迫涡特征,有利于装置内的水沙分离;装置内的径向速度随着半径的增加而减小,在中心处取得最大值,并且通过理论分析给出了相同的结论。雷诺应力的初步分析表明装置内的湍流场可以近似为各向同性,因此综合考虑计算精度和计算耗时,RNGk-ε模型就可以较快地计算浑水水力分离清水装置内的湍流场,而不需选择计算时间较长的RSM模型。

黄河大柳树—沙坡头河段典型弯道水流运动平面二维数值模拟

建立了适体坐标系下的平面二维紊流水流数学模型,对黄河在宁夏回族自治区中卫市境内的大柳树—沙坡头河段典型弯道的水流运动进行数值模拟。为了反映弯道环流的影响,对动量方程进行修正,紊流模型采用修正的RNGk-ε模型。通过对黄河大柳树—沙坡头河段连续弯道水流运动数值计算结果与实测结果的对比分析,表明该模型能够准确地模拟具有复杂地形的天然河流弯道中的水流运动。利用所建立的模型计算了4种典型工况下水面的纵比降和横比降,得到一些有益的结论。

大雷诺数磨削冷却液流场的数值模拟研究

为寻找雷诺数Re较大时准确地模拟磨削冷却液流场的数值方法,利用有限体积法离散不可压缩的N-S方程,采用k-ε模型和RNGk-ε模型分别对磨削过程的磨削冷却液流场进行了数值模拟,得到了磨削冷却液的流场压力及速度分布规律。结果表明:当雷诺数Re大于等于1000时,RNGk-ε模型的仿真结果与实验结果吻合很好,采用RNGk-ε模型可很好地模拟冷却液流场的特性;当雷诺数相同时,磨削冷却液流场的最大动压力随着最小间隙的增大而减小,砂轮与工件之间最小间隙的越小,磨削冷却液流场的水平方向速度越先变为负值;当最小间隙相同时,磨削冷却液流场的最大动压力随着雷诺数的提高而增大。

组合导向浮阀塔板气相流体力学性能的CFD模拟

利用FLUENT软件模拟计算了组合导向浮阀塔板在阀片全开状态时干板压降和气相流场分布。通过使用各种湍流模型进行模拟,结果表明用RNGk-ε模型模拟的干板压降结果和实验测得的数据吻合较好。模拟结果显示浮阀四周存在漩涡,阀间产生强烈的气流对冲,通过对浮阀间距的合理调节可使这些传质不利因素减小。证明CFD方法是一种很有效的辅助浮阀塔板设计手段。

基于脉动风作用下的大跨度桥梁拉索风场数值模拟

采用Kaimal脉动风速谱,利用MATLAB模拟脉动风的瞬时风速时程并导入计算流体力学软件中,选择RNGk-ε模型,考虑在高雷诺数的作用下,对大跨度桥梁的拉索风场数值模拟。采用结构性网格建立流场模型,分别选取30 m和80 m高度处分析流场和风压力系数的变化;选取50 m高度处分析速度矢量;选取80 m高度处分析流速和迹线变化;选取拉索中心位置、拉索尾端分析拉索周围压力分布,并进行数值模拟。计算结果表明,对比文献中风洞试验的结果,流场中流体的分布特征符合类似研究的结论,可以得到合理精度的数值解;在拉索周围上、下表面形成涡街,涡流沿中轴线运动并呈现对称的形状;拉索表面压力分布和文献中风洞试验结果较吻合,并且符合工程实际。

内插松弛扭带波节管的流动与传热特性的数值模拟

采用RNG k-ε数值模拟方法研究一种新型内插松弛扭带波节管(CLT)的流动与传热特性。将数值模拟结果与自建实验台的实验结果进行了对比验证;比较了CLT和内插松弛扭带光管(SLT)的传热性能差异;考察了CLT中扭率和余隙比对流动和传热特性的影响规律。研究结果表明CLT相比于传统的SLT,传热性能最多提高1.17倍,综合传热性能的绝对数值最多增加0.15。CLT的综合传热性能随着扭率的增加而增加,而增加的幅度却逐渐减小,高Reynolds数时减小的程度更加显著。同时,综合传热性能随着余隙比的增大而降低并且降低的幅度也逐渐减小,在低Reynolds数时明显降低,而在高Reynolds数时略微降低。综合考虑,低Reynolds数时应该选择余隙比低的扭带,而高Reynolds数时则应选择余隙比高的扭带。

边长为6m的立方体其周围流场的数值研究

使用CFD方法研究立方体周围流场。Silsoe研究院建造了一个边长为6m的立方体作为研究钝体周围的压力场和速度场的实验对象。相应于这个立方体的全尺度实测结果、风洞实验结果和数值计算结果在很多文献中可以查到。本文使用标准k-ε模型和RNGk-ε模型,考察当来流速度为对数率速度剖面时,不同的来流湍动能设置对计算结果的影响,所得计算结果与已有的全尺度实测结果作比较,得到了有意义的结论。