基于S-A湍流模型的Runge-Kutta有限元算法

采用一方程S-A模型(Spalart-Allmaras模型)封闭雷诺时均N-S方程(RANS方程)进行湍流数值计算,可以减少方程求解数量,节约计算时间。本文对其进行了有限元数值算法研究,首先通过沿流线坐标变换,得到无对流项RANS方程,并引入三阶Runge-Kutta法对其进行时间离散;然后利用沿流线的Taylor展开解决坐标变换带来的网格更新的困难;最后采用Galerkin法进行空间离散,得到湍流模型的有限元算法。基于方柱绕流和覆冰输电线绕流模型,与试验结果进行对比,验证了该算法的有效性,与一阶数值算法相比,该算法在精度和收敛性方面更具优势。

超低比转速部分流泵内部流动数值分析

基于高速泵的特殊结构形式,通过使用混合网格及低雷诺数S-A湍流模型,对转速高达15300 r/min、比转数在21.9的超低比转速部分流泵进行数值分析。分析结果表明,叶轮内静压分布比较均匀,沿径向递增,叶片工作面静压高于背面;泵体环形蜗壳的静压分布比较均匀,到扩散管段,静压逐步上升,动能迅速转换为压力能;流体流动相当复杂,叶轮叶片间大部分被旋涡占据,在0°～90°之间,部分流体以高速沿径向进入环形流道,进而高速进入扩散管排出。实验性能数据和模拟结果进一步验证了高速泵具有一条平稳下降的扬程曲线。本研究可为优化设计超低比转速部分流泵提供参考。

γ-Re_(θt)-SA转捩模型在翼型绕流问题中的应用研究

详细介绍了γ-Reθt转捩模型与S-A一方程湍流模型相结合组成的γ-Reθt-SA转捩模型及该模型中参数修正过程,并将Spalart为控制自由来流湍流度衰减而提出的环境源项法引入到该模型中。利用已有的RANS求解器平台实现了该转捩模型,对Aerospatiale-A翼型、S809翼型和30P30N三段翼的绕流问题进行了模拟,将计算结果与实验结果进行了对比分析,计算结果表面该模型可以较为准确地预测不同计算条件下的翼型流场中分离诱导转捩和自然转捩的位置以及再层流化等流动现象,其计算效率及精度能够满足工程应用要求。同时,该模型的研究与开发对于后续发展具有转捩预测能力的RANS-LES方法奠定了基础。