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。

多孔介质传热模型在多孔壁湍流中的适用性

为了考查不同的多孔介质传热模型在不同工况下的适用性,对带有高孔隙率多孔介质壁面槽道湍流及其传热进行了直接数值模拟研究。在多孔介质层外流体区域,通过有限差分方法求解不可压缩Navier-Stokes方程和温度对流扩散方程;在多孔介质层内,使用修正的Darcy-Brinkman-Forchheimer模型描述高孔隙率多孔介质阻力,以及分别采用局部热平衡(local thermal equilibrium,LTE)模型、局部非热平衡(local thermal non-equilibrium,LTNE)模型、理想金属(ideal metal foams,IMF)模型计算温度分布。通过对所得热场的统计特性的分析比较,探究了不同Biot数下水和空气两类流体介质的多孔介质传热模型的有效性。研究表明:LTE模型不足以准确预测金属泡沫多孔介质内传热问题,其等效导热系数因仅考虑孔隙率因素而低估了多孔介质层的传热能力;IMF模型在小比热容流体介质的算例中表现良好,可以代替LTNE描述多孔介质层内的传热,而在大比热容流体介质的算例中表现不佳,需要考虑比热容以及流固两相间的传热能力对预估的固体相温度分布进行修正。

湍流模型对风琴管喷嘴空化射流数值模拟的影响分析

针对不同湍流模型对空化射流流场数值模拟影响问题,基于ZGB(Zwart-Gerber-Belamri)空化模型和WALE(wavelet analysis of Lagrangian errors)亚格子模型,采用大涡模拟(large eddy simulation,LES)和RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)模型对风琴管喷嘴空化射流流场进行数值模拟研究,分析内外流场的压力分布、速度分布以及空化云演变规律,并将空化云演变规律与实验结果进行对比分析。结果表明,LES模型速度、压力分布更符合实际情况,空化云演变规律与高速摄像拍摄结果基本吻合,LES模型可以更准确地模拟风琴管喷嘴空化射流流场,对风琴管喷嘴结构优化、打击力度与目标靶距的预测更准确。

结合机器学习的SA湍流模型闭合系数修正

将修正Morris分类筛选法与极端梯度提升(extreme gradient boosting,XGBoost)相结合,在计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)数据驱动下,用于SA(Spalart-Allmaras)湍流模型闭合系数的修正.利用分类筛选法有效缩小闭合系数研究范围,同时依据XGBoost方法在小规模数据集下取得精度较高的拟合模型,有效提升系数修正效率.在三维DLR-F6-WB构型下进行了数值实验,实验结果显示利用本方法能够在三维复杂模型上基于小样本数据进行系数修正,修正后的升阻力系数计算精度得到了显著提升.

喷管两相湍流数值模拟及湍流模型性能评估

研究固体火箭发动机喷管中颗粒质量流率对两相流的影响规律以及不同RANS模型对该问题的预测性能,可为喷管设计等工程应用提供重要参考。在欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange)框架下,通过3D大涡模拟(3D LES)研究了颗粒质量流率对喷管两相流场的影响规律,以3D LES结果作为参考依据,分析了不同RANS模型针对喷管两相流在2D轴对称和3D模拟中的性能。结果表明:由于扩张段内颗粒集中在中轴线附近区域,颗粒质量流率越大,该区域马赫数越低,温度越高;壁面附近存在无颗粒区,故边界层内流动几乎不受颗粒影响。另外,采用不同湍流模型计算得到的颗粒分布与LES基本相同。在2D轴对称RANS模拟中,发现RNG k-ε模型所预测的气相质量流率和喷管比冲与LES结果吻合最好;在高颗粒质量分数下(约30%),不同湍流模型预测的相对比冲损失差别可超过3%。在3D RANS模拟中,发现Realizable k-ε模型表现出最佳的综合性能,所预测的物理量沿中轴线分布的准确性均优于其他模型。当颗粒质量分数约为31.2%时,Realizable k-ε模型所预测的比冲为与LES结果相比误差仅1.56%。

针对高速列车受电弓气动特性仿真的不同湍流模型适用性研究

为探究高速受电弓气动特性仿真时不同湍流模型在不同运行环境中的适用性,基于k-ε,SST k-ω和Spalart-Allmaras 3个湍流模型的理论基础和计算流体力学仿真方法,通过线路试验对仿真结果进行验证后,对比不同模型在开阔环境和隧道环境中的精确度和计算效率。结果表明:在300 km·h^(-1)速度下,SST k-ω与k-ε模型在开阔环境中的闭口和开口方向气动抬升力计算结果差异分别为0.7%和1.5%,与Spalart-Allmaras模型计算结果差异分别为7.1%和5.5%;SST k-ω和k-ε模型在边界层预测均匀,Spalart-Allmaras模型在边界层分离区的预测准确性较低,但在隧道环境中它的精确度高于k-ε模型;在计算效率方面,Spalart-Allmaras模型的迭代次数和收敛速度优于SST k-ω模型;在适用性方面,开阔环境中k-ε模型的精确度和计算效率表现优异,更为适用,而在隧道环境中Spalart-Allmaras模型具有较高的精确度和计算效率,更为适用,但在对精确度要求高且可忽略计算效率因素的情况下SST k-ω模型具有较好适用性和高精确度,更为适用。

工业离心压缩机数值模拟方法及湍流模型研究

为建立一套能够快速、准确预测工业离心压缩机基本级性能的数值模拟方法,针对某离心压缩机基本级试验装置开展了数值模拟方法的研究。探讨了数值模拟所采用的模型简化、网格型式、网格密度、边界条件、离散方法、湍流模型等,重点讨论了目前广泛使用的k-ε、RNG k-ε、k-ω、SST、SST-RM 5种湍流模型的特点和适用性。采用数值模拟方法对基本级试验装置在不同机器马赫数下的气动性能进行了预测,并与试验结果进行对比,发现数值模拟方法可以准确预测大部分工况,仅在近失速和近阻塞区与试验结果存在较大偏差。其中,采用SST-RM湍流模型的预测结果与试验结果最为吻合,这得益于其对流动分离的起始位置和分离区域的预测较其他湍流模型更为准确。研究结果对提高工业离心压缩机数值模拟精度有借鉴意义。

大气湍流模型与大气信道模型的研究与展望

为了克服大气湍流效应对无线光通信系统性能的影响,必须建立能准确描述大气折射率起伏的湍流模型。总结了国内外学者在大气湍流模型方面的研究进展,对不同大气湍流模型的理论建立进行深入分析并对比了其适用范围,同时介绍了在实际大气湍流中实验测量所建立的大气信道模型,最后对大气湍流模型的发展趋势进行了展望。

TPDF-ASOM复合湍流燃烧模型及其检验

先进航空发动机燃烧室设计要求对湍流火焰精确控制,现有模拟方法需提高精度和效率。输运概率密度函数(TPDF)湍流燃烧模型精度高,代数二阶矩(ASOM)湍流燃烧模型计算成本低,类比离散涡模拟思想,基于Da数将湍流燃烧场区分“高精度”和“低成本”2个区域,在输运方程框架下采用随机场TPDF(高精度)和ASOM(低成本)方法重构TPDF-ASOM复合湍流燃烧模型,以提高模拟的整体精度和效率。在大涡模拟(LES)-TPDF程序平台创建ASOM并进一步实现TPDF-ASOM复合湍流燃烧模型,用Flame D实验数据检验所建模型和方法。结果表明:所建模型的预测结果与实验值接近,而且能够兼顾精度和计算效率。

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 。

基于时空最优低维动力系统的多尺度可压缩湍流数值模拟方法

按照周培源教授关于研究湍流数值模拟建模时必须分析和求解脉动速度场的思想,该研究基于第一性原理,系统地建立了基于时空低维最优动力系统的多尺度可压缩湍流数值模拟方法(LMS方法),并将其应用于多次冲击Richtmyer-Meshkov问题的数值模拟中,首次得到了可压缩湍流的中尺度流场和不同于DNS近似解的湍流近似解.数值结果表明,LMS方法可以用较少的网格获得更精确的湍流近似解.首先解决了研究中遇到的几个问题,为LMS方法的构建铺平了道路.这些问题是:基于湍流的物理特性,提出了湍流大、中、小尺度分解的新概念;找到了box滤波空间相关性的计算方法;指出了湍流建模理论中长期存在的逻辑错误,提出了多尺度湍流模型的概念;讨论了湍流封闭问题的本质和关键,给出了克服湍流封闭问题的数值方法.采用box滤波方法/空间网格平均方法且在大尺度网格的意义下,LMS方法的本质是一种将RANS、LES、DES和DNS等湍流数值模拟方法统一的全新湍流数值模拟方法.需要指出的是,LMS方法也可以作为湍流模型研究的辅助工具,以检验SGS尺度方程/脉动方程中各项所对应的湍流模型是否正确.

离心式气流分级机不同湍流模型流场模拟结果分析与对比研究

利用数值模拟方法计算离心式气流分级机内部流场的强旋流动,分别考察标准k-ε模型、RNG k-ε模型、雷诺应力模型这3种湍流模型的模拟结果。结果表明:雷诺应力模型计算结果与实测值数据吻合较好,标准k-ε模型和RNG k-ε模型计算结果与实测值偏差较大,可以采用雷诺应力模型模拟离心式气流分级机的流场特性;选用适当的湍流模型对离心式气流分级机内部流场进行模拟,可以更准确地预测强旋流速度场的分布特点。

基于多旋涡湍流模型的红外退化图像仿真

大气湍流效应会导致红外成像降质,为了有效模拟复杂湍流场引起的红外图像模糊现象,本文综合考虑湍流场中旋涡尺度、强度、数量和旋涡随机偏移等因素,提出一种基于改进类高斯点扩展函数的多旋涡湍流模型,对红外图像进行退化仿真;为了定量评估仿真图像的模糊程度,利用模糊图像中心像素向周围扩散的特点,提出基于相邻像素-锐度的图像降质模糊度评估方法。实验结果表明:所提出的退化模型具有图像质量变化平稳、模型参数细致、仿真可控性强等特点,并且所提出的评估方法能准确地反映图像的降质模糊度。

不同湍流模型在泵站进水管道的应用研究

为探究不同湍流模型在开敞式进水池泵站进水管道中的应用效果,基于Fluent平台,采用雷诺时均化模型中的两方程模型Realizable k-ε模型、RNG k-ε模型、标准k-ε模型、标准k-ω模型、SST k-ω模型共计五种湍流模型对该泵站进行数值模拟,选取了4个不同特征截面,通过对其流线图、流速分布云图中所反映的流动趋势和速度分布变化等情况进行分析,以及对整体水流流动趋势、流场细节的观察,并结合各方案下水力损失、出口断面流速分布均匀度和速度加权平均角折线图,发现采用SST k-ω模型和RNG k-ε模型的方案,对流场流动细节捕捉能力更强,可用于复杂流动或对流场细节要求高的数值模拟中;Realizable k-ε模型和标准k-ω模型下的方案对流场细节的模拟能力较好,可用于对流场细节要求较高的数值模拟计算;标准k-ε模型模拟能力较差,部分流动细节捕捉效果较差,但对整体的流动趋势预测仍有较好的模拟结果,一般场合下可使用该湍流模型。

红外喷动床数值模拟中两种湍流模型的适用性

目的:得到适合红外联合喷动床数值模拟的湍流模型。方法:采用两方程模型(SST k-ε与Realizable k-ε)进行数值模拟,分析不同工况下红外喷动床的性能参数以及干燥室流场的流速、温度及颗粒浓度分布情况,并进行红外喷动床物料颗粒干燥试验。结果:在红外喷动床干燥室进气速度为8 m/s,温度为50℃的工况下,采用Realizable k-ε进行模拟得到的数值和SST k-ε的相近;采用两种湍流模型进行数值模拟得到的干燥室流体域中颗粒体积分数分布、速度分布及温度分布具有相似性,总体效果较好,说明这两种湍流模型应用于该设备均是可行的。但Realizable k-ε湍流模型的收敛速度更快,SST k-ε稳定性更好。结论:选择Realizable k-ε湍流模型进行红外喷动床的三维流场描述更加合理。

基于NUMECA不同湍流模型下小型高速轴流风机的性能计算研究

基于NUMECA软件不同的湍流方程,对小型高速轴流风机的设计工况下空气动力性能进行了数值计算,通过代数方程、一方程、两方程、四方程湍流模型计算,获得了该风机性能预测结果。将数值计算结果与试验值进行了对比,得出了不同湍流模型下性能预测结果的准确性。

基于Wray-Agarwal湍流模型的鼓泡流化床气固流动的模拟研究与分析

采用一方程Wray-Agarwal(WA)湍流模型结合欧拉-欧拉双流体模型模拟了鼓泡流化床内流体力学性能,并将WA模型、Standard k-ε模型及Shear Stress Transfer(SST)k-ω模型的模拟结果与实验值进行对比。结果表明,3种湍流模型均可对气固流化床的流动进行模拟;WA模型预测的床层压降与理论值的相对误差最小,仅为1.6%;WA模型模拟的轴向空隙率和径向固含率分布在床层中部与实验结果吻合最好。结果证明了WA模型的可靠性和适用性,在多相流的模拟中有广阔的应用前景。

隔膜式电磁阀内部流场数值模型构建与流动特性分析

基于k-ε(k为湍流动能,ε为湍流耗散率)湍流模型,以进口质量流量、出口静压为数值计算条件,建立了隔膜阀内部流场的数值模拟模型,并对模型的精度进行了试验验证。在此基础上,应用该模型分析了不同进口流量(2.787~33.273 kg/s)条件下阀体内部流动特性及压力场分布规律,并建立了进口流量与阀体水头损失的精确数量关系。结果表明:(1)数值模拟能较好的预测不同流量条件下阀体的水头损失,在进口流量分别为5.546、11.091和16.637 kg/s时,试验与数值模拟相对误差仅为-6.433%、4.619%和7.264%。(2)在进口流量恒定的条件下,从进口至出口,流道内的静压总体沿程呈减小趋势,在阀体内部由于阀坎的阻挡造成流道收缩以及水流撞击隔膜产生折流而出现较大的静压变化梯度。(3)水流在经过阀坎上的窄流道后,在阀体下游形成明显的空化区,伴随着有一定的回流现象,阀体下游的空化区主要出现在距出口1/3流体域处,随着进口流量的增大,阀体下游的涡流更加剧烈,回流现象更为显著,但回流区的范围并未显著增加。(4)在模型精度验证的基础上,应用该模型进一步分析了18种进口流量条件下阀体内部流动特性及压力场分布规律,并建立了进口质量流量Q与阀体水头损失?P的数量关系,当进口质量流量Q从2.787~15.428 kg/s,雷诺数从37927~215984时的拟合方程为?P=2076.31Q-7567.49,R^(2)=0.964;进口质量流量从17.141~33.273 kg/s,雷诺数从240097~467009时的拟合方程为?P=5688.02Q-67317.39,R^(2)=0.993,为灌溉管网水力计算提供了参考依据。

双流体湍流模型对固液两相流计算的影响

为了研究固液两相流双流体模型的控制方程进行封闭时,采用不同方法进行模化产生的不同双流体湍流模型对固液两相流的计算结果产生的影响.研究了3种双流体湍流模型在不同固相条件和不同进口液相速度时对圆管内固相浓度和速度计算结果的影响,并与试验值进行对比.结果表明,不同工况时,3种双流体湍流模型的固相浓度计算结果在壁面附近的误差较大,都更适合计算流速大、含沙浓度高的固液两相流场;3种模型会显著影响含大粒径颗粒的固液两相流场的计算结果,而对小粒径颗粒影响较小;k_(m)-ε_(m)模型适用的固相浓度和流体速度的范围较广,具有更广泛的适用性;综合考虑固液两相流场各参数计算的准确性,当颗粒粒径大于165μm时,k_(l)-ε_(l)-A_(s)模型更优,当颗粒粒径小于165μm时,k_(m)-ε_(m)模型更优.

醇烃聚结分离数值模拟中湍流模型的选择

针对目前醇烃分离的聚结板在数值模拟时湍流模型难以选择的问题,通过实验和数值模拟结合的方法,将聚结板流道上部沉积的油相厚度作为分析指标,对Standard k-ω、SST k-ω、Standard k-ε、Realizable k-ε、Realizable k-ε及RNG k-ε6种常用的湍流模型的模拟结果对比,发现Standard k-ω模型与实验值之间的相对误差最小,优于文献中常用的k-ε模型。