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。

基于RNGk-ε湍流模型的直接空冷岛数值模拟研究

空冷电厂中的直接空冷岛易受到环境风的影响,因而计算直接空冷岛周边流场和温度场对于设计和优化空冷岛的体型和工况具有重要的意义。文章采用建立在非结构网格有限体积法上的RNGk-ε湍流模型对直接空冷岛进行了流场和温度场的计算,压力和速度耦合采用来SIMPLEC算法。数值模拟获得了直接空冷岛周围的流场和温度场,计算发现通过设置挡风墙未出现热风回流现象,计算结果表明采用的RNGk-ε湍流模型及相关参数设置合理。文章提出的计算方法适合于直接空冷岛的流场及温度场的计算。

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。

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.

X型和Y型宽尾墩水力特性对比研究

为了探求X型宽尾墩与常规Y型宽尾墩水力特性的差别,采用RNGk-ε双方程紊流模型对两种型式的宽尾墩的三维流场特性进行数值计算,模拟结果与试验数据吻合良好,说明模型选用及网格划分合理。比较分析两种墩型水流流动特征、宽尾墩体和下游溢流坝面的压力分布以及闸室出口流速分布发现X型宽尾墩不但具有常规Y型宽尾墩分散水流、增加掺气量和提高消能效率等优点,而且在小流量时可增大泄流能力,特别是在与台阶式坝面联合运行时,还可改善坝面压力分布;其缺点是X型宽尾墩出口处局部出现负压,设计时应给予注意。

径向水平钻孔直旋混合射流喷嘴流场特性分析

为解决高压水射流径向水平钻孔时孔径和孔深相互矛盾的问题,设计了一种兼具直射流和旋转射流特点的直旋混合射流喷嘴。运用数值模拟方法,采用RNG k-ε湍流模型对所设计喷嘴的内外流场进行了三维流动特性分析,运用高速摄影对射流结构和破岩特征进行了对比。结果表明,直旋混合射流喷嘴所形成的射流具有直射流和旋转射流特征,比锥形直射流喷嘴扩孔能力强、比旋转射流喷嘴钻孔深度大。直旋混合射流的轴向速度与直射流相比不存在等速核,与旋转射流相比轴心速度高,能够形成一定的钻孔深度,不会形成孔底锥起;切向速度沿喷嘴径向呈现"M"型分布,能形成较大的孔径;径向速度呈轴对称分布,存在明显的漫流层,有助于岩屑的脱离。流场特性模拟结果与实际破岩钻孔特征基本一致。

大型载货汽车驾驶室与货厢间隙对气动力特性的影响

以简化的大型载货汽车模型GTS为研究对象,采用RNGk-ε湍流模型和混合网格技术,分别模拟了气流流过驾驶室与货厢之间不同长度的间隙时产生的流场形态。通过分析不同间隙区域的流场形态分布和空气阻力系数的变化规律发现,间隙长度G≤55%时,对整车的气动力特性的影响较小;当G>55%时,气动力特性的变化对整车的影响逐步增大。同时研究发现,在GTS模型的驾驶室顶部加装导流罩可改善整车的气动力特性。

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。

离心泵内部不稳定流场压力脉动特性分析

离心泵内部流场压力脉动是影响机组运行稳定性的关键因素,采用RNGk-ε湍流模型和滑移网格技术研究泵内部非定常流动,得到了不同工况下监测点的压力脉动情况,并对其进行了频域分析。分析结果表明,叶轮与隔舌间的动静干扰是产生压力脉动的主要脉动源,并在整个离心泵流道内传播;且在不同工况下,叶片通过频率均占主导地位,压力面脉动幅值大于吸力面脉动幅值;蜗壳出口同一测面脉动情况近似。

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。

汽车减阻新方法

利用商用计算流体力学(CFD)软件CFX与CAD软件UG相结合,对某种型号的小轿车周围流场进行了三维数值模拟。通过在汽车尾部加装气体喷射装置来破坏汽车的尾涡,从而达到减阻的目的。重点分析了小轿车车尾涡流对气动阻力的影响。结果表明:采用此方式来减小汽车阻力是可行的。

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.

外凸式波节管结合内插扭带复合强化换热性能分析

针对一种新型的外凸式波节管结合内插扭带(CT)的流动与传热特性进行了RNGk-ε数值模拟研究。数值结果与实验结果进行了对比,验证了数值模型的精确性。将CT和传统的光管结合内插扭带(ST)的流动与传热特性进行了对比研究,揭示了其复合强化换热机理。结果表明CT相比于传统的ST,传热性能以及综合传热性能最多分别提高1.48和1.3倍,并且在低Reynolds数时提高得更加明显。CT在波节与扭带的间隙区域形成了脱体涡旋,破坏了近壁面的热边界层,同时扭带增加了主流区的扰动,使得湍动能增加,因此波节和扭带的协同作用使管内达到了复合强化换热效果。

梯形渠道圆柱形量水槽水力特性数值模拟

采用RNGk-ε紊流模型及VOF方法处理自由水面,数值模拟了梯形渠道圆柱形量水槽三维水流运动。通过对多个流量情况的计算,获得了驻点水深、水面位置、三维水流流态等圆柱形量水槽水力特性。数值模拟的自由水面位置、三维水流流态与试验结果基本一致,驻点水深的计算值与实测值的最大相对误差为4.11%,最小相对误差为0.53%。研究表明,采用的数值模拟方法,能够有效地模拟圆柱形量水槽水力特性,模拟精度能够达到量水设备要求的精度。

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。

汽车前风窗玻璃的除霜性能数值研究

基于RNGk-ε湍流模型,对汽车前风窗玻璃的除霜性能进行研究。建立B柱前乘员舱模型和完整乘员舱模型,研究计算域对除霜仿真结果的影响。为保证分析结果的准确性,模型中将驾乘人员及座椅包含在内,且在仿真过程中考虑人体热源的影响。数值分析结果表明,完整乘员舱模型的计算收敛时间比B柱前乘员舱模型增加44%,而两种模型的出风口风量分配和前风窗稳态风速相差很小。两种模型的前风窗平均温度、霜层液态分数差距比较明显,完整乘员舱模型的瞬时除霜结果与实验值能较好吻合,且能准确反映驾驶员呼吸点的温度。因此,当以除霜风道的风量分配为分析目标时可采用B柱前乘员舱模型,但在研究瞬时除霜效果、评价除霜工况下的车内热环境时,必须采用完整乘员舱模型进行分析。

不同混合方式下磨料射流喷嘴内流场仿真

为研究磨料射流在喷嘴内动力耗散及流场分布,获得合理磨料混合方式,在一定假设条件下,采用湍流RNGk-ε数学模型,利用ANSYS FLUID有限元分析软件模拟了两种混合方式下喷嘴内射流流场;在模型参数及初始条件相同的情况下,分析和比较了两种流场的速度、能量变化规律。模拟结果表明,前混合式喷嘴内速度场分布均匀,紊流强度小,出口具有较高动能;后混合式喷嘴内由于涡旋的形成损耗了部分能量,出口速度和动能明显降低。通过对比分析,前混合式磨料射流在煤岩钻孔及割缝上是较为合理的方式。

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。