非正交曲线坐标下二维水流计算的SIMPLEC算法

本文采用Laplace方程坐标变换方法生成正交曲线网格,并对浅水流动的控制方程进行坐标变换,方程离散时采用B型交错网格。利用"水位扫描法"结合壁面函数法来处理移动边界,用SIMPLEC算法解非正交曲线坐标下的k-ε双方程紊流模型,修正了由网格的非正交性引起的误差。通过对美国Colorado洲FallRiver的资料进行流场验证,计算结果与实测资料基本符合,显示了本模型在不规则水域计算中的实用价值。

采用SIMPLEC算法数值模拟双流道叶轮内部流动

采用SIMPLEC算法对双流道泵叶轮内部三维不可压湍流动进行了数值模拟。计算结果揭示了双流道泵叶轮内部湍流流动的速度分布规律。

基于SIMPLEC算法的高温热管启动特性数值模拟

为研究高温液态金属热管的瞬态特性,开发了高温热管瞬态分析程序,程序可模拟高温液态金属热管自凝固状态启动过程中涉及到的复杂的相变、蒸气流动及气液交界面的传质传热特性。热管管壁与吸液芯区域采用纯导热模型,考虑了吸液芯内部工质的熔化和凝固以及气液界面的蒸发和冷凝。蒸气模型采用一维的尘气模型(DGM),该模型可精确描述热管启动过程中不同阶段的蒸气的运动特性。热管启动过程中蒸气为高度可压缩,因此蒸气速度与压力的求解采用可压缩流动的SIMPLEC算法进行计算。最后程序模拟了钠热管的启动过程,并与试验数据进行了比较。结果表明,程序模拟结果与试验数据符合较好。

三维非牛顿熔体前沿界面的Level Set/Ghost/SIMPLEC模拟

建立了三维粘性不可压非牛顿流体流动的控制方程,采用Level Set/Ghost/SIMPLEC方法模拟了注塑成型充模阶段的三维流动过程;追踪到了不同时刻的熔体前沿界面,预测并分析了流动过程中不同时刻的压力、速度等重要的流动特征参数,并与牛顿流体相应的流动特征参数做了对比。研究结果表明:Level Set/Ghost/SIMPLEC方法可以准确追踪非牛顿熔体前沿界面;幂律熔体在流动过程中的压差明显大于牛顿熔体的压差,沿横截面的速度分布也有明显的差别。

SIMPLEC算法在同位网格中的研究及应用

对流扩散问题的求解关键是确定流场,而运动方程中最困难的就是对两个一阶导数项的处理,本文主要是解决另一关键问题——压力梯度项的处理.当利用有限体积法计算流动和传热问题时,普通的网格和离散方法无法检验出不合理的压力场[1],为了克服这一困难,通常采用交错网格技术,即把速度u,v和压力p(包含其它所有标量场和物性参数)分别存在三套不同的网格系统.这可成功地解决压力与速度的耦合关系问题,SIMPLE算法是压力修正算法的主导方法,本文采用的SIMPLEC算法就是SIMPLE的一种改进.

高压反冲洗离心泵三维内流场及径向力数值模拟研究

高压反冲洗离心泵内部流场分布以及径向力大小显著影响其整机性能。通过CFX商业软件建立离心泵的单、双蜗壳三维全流场模型,使用RNG k-ε湍流模型和SIMPLEC算法进行流场和外特性数值模拟,以获取其全流场的压力与速度分布,并与试验结果进行对比。同时,计算叶轮径向力对离心泵进行不稳定性预测,通过单、双蜗壳内部流场及径向力对比分析,阐述离心泵径向力产生的原因,进而揭示蜗壳隔板对离心泵性能影响机制。研究结果表明,双蜗壳结构离心泵不仅能减小叶轮径向力,提高离心泵稳定性,而且能使离心泵内部流场更加均匀,进一步提高离心泵效率。

同位非结构和结构网格摄动有限体积法(PFV)求解二维Navier-Stokes方程组

根据NS方程组的一阶迎风和二阶中心有限体积(UFV和CFV)格式,导出NS方程组迎风和中心摄动有限体积(UPFV和CPFV)格式· 该格式通过把控制体界面质量通量摄动展开成网格间距的幂级数,并由守恒方程本身求得幂级数系数而获得· 迎风和中心摄动有限体积格式使用了与一阶迎风和二阶中心格式相同的基点数和相同的表达形式,宜于计算机编程· 顶盖驱动方腔流和驻点流标量输运的数值实验证明,迎风PFV格式比一阶UFV、二阶CFV格式有更高的精度,更高的分辨率· 尤其是良好的鲁棒特性· 对顶盖驱动方腔流,在Re数从102到104范围内,亚松弛系数可在0.3～0.8任取。

泵站竖井进水流道数值模拟与装置特性试验

采用雷诺平均纳维—斯托克斯方程(RANS)和标准kε湍流模型,运用SIMPLEC算法,对椭圆型线前置竖井贯流进水流道内的流动进行了三维数值计算,揭示了竖井进水流道内流场、特征断面的速度分布及水力损失规律。对椭圆型线竖井进水流道与出水流道匹配组成的模型泵装置进行动力特性试验,得出了4种叶片角度下的泵装置特性曲线。研究结果表明:采用椭圆型线设计的竖井进水流道合理;大型低扬程泵站采用卧式竖井贯流结构,泵装置效率较高。

泵站箱涵式出水流道三维湍流数值分析

采用雷诺平均纳维—斯托克斯方程(RANS)和基于壁面律的RNGk-ε湍流模型,运用SIM-PLEC算法,模拟了导叶后扩散段喇叭口至流道顶板7种不同高度hp时箱涵式出水流道的三维流场,预测了旋涡的发生位置和形态,分析各方案的流道水力损失规律.结果表明:当hp/D1<0·2时(D1为喇叭口直径),喇叭口为环向出水,再增大则渐变为单向;环向出水时,后壁区居中处,有一旋涡存在而单向出水,则为对称旋涡.相同流量下,扩散段喇叭口至顶板距离越小,则水力损失越大,当hp/D1<0·20时,水力损失随hp/D1减小而急剧增加.

大型泵站双向进水流道三维紊流数值模拟

结合太湖治理工程中魏村枢纽的大型排灌泵站双向进水流道设计,采用雷诺平均纳维—斯托克斯方程(RANS)和标准k-ε湍流模型,运用SIMPLEC算法,模拟了双向进水流道在加设导水锥和未设导水锥时的三维流场,预测了旋涡的发生位置和形态.结果表明:未加导水锥时,喇叭口下有奇点,会产生附底旋涡,加设导水锥可以消除;加设导水锥后泵进口流速分布比未加导水锥时均匀;两方案的流道盲端死水区均存在对称旋涡.该研究有助于双向进水流道的水力优化设计.

轴流泵端壁间隙流动特性的数值研究

基于N-S方程,标准k-ε模型和SIMPLEC算法,在三种叶端间隙、三种工况条件下,对轴流泵端壁间隙流动进行了数值模拟。重点考察了叶端间隙流动对叶轮出口流场及性能的影响。数值结果表明,间隙增加,扬程下降,特别是越在小流量工况下越明显。

用RSM模拟旋风分离器内的三维湍流流场

为了选择更适合于旋风分离器流场数值模拟的湍流模型,采用多种湍流模型对旋风分离器的内流场进行数值模拟,并将计算值与试验值进行比较.结果显示:采用RSM(雷诺应力模型)得到的结果比采用标准k-ε模型的更贴近实验值,更适合用于强旋流流场的数值模拟,揭示了强旋流所具有的涡结构及各向异性的特点;采用雷诺应力模型及曲线坐标系下的SIMPLEC算法可以计算湍流各向异性的复杂三维流场.

泵站枢纽三维湍流数值模拟研究

采用雷诺平均纳维斯托克斯方程(RANS)和标准κ-ε湍流模型,运用SIMPLEC算法,对无锡市仙蠡桥泵站枢纽6种运行组合工况进行了三维数值模拟,预测了回流区及旋涡发生的位置和形态,计算得出了泵站枢纽流速分布规律以及泵站出水河道与京杭大运河交汇处的最大横向流速,计算结果与水工模型试验结果吻合.该研究不仅为仙蠡桥泵站枢纽优化设计、合理布局提供了理论指导,而且研究方法可应用于其他泵站枢纽水流流态数值模拟.

水泵进水池内紊流及涡旋的数值模拟

本文对水泵进水池内三维紊流及涡旋进行数值模拟。文中基于雷诺平均的Ｎ－Ｓ方程和к－ε紊流模型，在具有交错网格系统的贴体座标系中（１），采用ＳＩＭＰＬＥＣ算法计算三维素流，得出了流速场和压力场的分布。进一步预测了涡旋发生的位置并分析其结构，这对研究、改进水泵进水池的结构，避免涡旋发生，提高效率具有重要的实际意义。

基于大涡模拟的旋风分离器内流场数值模拟研究

为了研究旋风分离器内流场的运动状况,借助Fluent软件,采用大涡模拟,基于曲线坐标系的SIMPLEC算法,对切向入口的Stairmand旋风分离器内流场进行了三维数值模拟研究。数值结果表明,大涡模拟适合于三维强旋流的流场模拟,分离器内部的流动空间可分为内、外2个流动区域,在不同的流动区域中,气体压力、速度场的分布有较大的差异。而且压力分布与速度分布不是绝对的轴对称分布。数值模拟结果对其设计优化研究有一定的应用价值。

除尘脱硫装置气液两相流场的数值模拟

利用FLUENT软件对SHG-Ⅱ-Z型除尘脱硫装置内的气液两相流场进行了数值模拟.计算中选择RNGk-ε湍流模型及随机轨道模型,数值计算采用SIMPLEC算法.计算结果表明,实心圆锥喷射方式的除尘脱硫效率高于空心圆锥喷射方式;喷射液滴的直径和速度影响其在筒体内的分布,喷射速度越大,被完全脱除的液滴直径越大;进口气速影响液滴的脱除效率,当气速增大时要适当增大液滴的直径.

受植被影响的弯曲渠道水流平面二维湍流数值模拟

针对受植被影响的渠道水流流动特征,建立了有植被作用下的曲线坐标平面二维k-ε双方程湍流数学模型。模型采用两种方法处理植被对水流的影响:拖曳力法和等效阻力系数法。并通过对实验室局部带有刚性植被的弯曲水槽进行模拟研究,得到了水位等值线图、速度矢量场图及测量断面速度,并与实测值进行对比,结果表明:计算结果和实测值符合较好。表明分别采用拖曳力法和等效阻力系数法建立的植被作用下的平面二维数学模型均可对河滩湿地及有植被作用的河道流动进行数值模拟。

双级轴流泵内部三维紊动流场CFD分析

双级轴流泵可用作船舶的推进装置,具有推进效率高、抗空化能力强、工作平稳、噪声低等优点。采用标准k-ε紊流模型和SIMPLEC算法,对双级轴流泵内360°全流道的三维紊动流场的速度和压力分布进行数值模拟计算,并对装置的性能进行预估。计算结果与试验数据的比较表明:所采用的紊流模型和数值方法可用来描述实际流动现象。

核主泵模型泵导叶进口边相对位置对泵性能的影响

采用雷诺时均N-S方程和标准k-ε湍流模型,应用三维非结构四面体网格建模,选用旋转流体机械模型中的多重参考坐标系模型(MRF),对设计工况下两种不同导叶形式核主泵模型泵的三维湍流流场进行了数值模拟,模拟结果较好地揭示了内部流场的特征.对内部流场的静压分布特征进行了研究,发现静压从叶轮进口到球壳呈持续增加的趋势,且导叶流道的静压分布具有非对称性的特征,比较分析了两种模型泵的流线图,得到了球壳与出口管相交位置处的回流特征.研究结果可用来了解核主泵模型泵的内部流场特征,并为其水力优化设计提供有益参考.

基于DEM的水量水质模型算法

为使水量水质模型标准化、模块化,更方便、快捷地跟地理信息系统耦合,提出一种以DEM为计算网格,纳入对DEM进行前处理的GIS(Geographic Information System)算法,采用同位网格布置变量,使用有限体积法离散方程,SIMPLEC法求解运动方程的新水量水质模型算法,并详细论述了该算法在使用DEM后,在水体识别、边界生成、初边条件、动边界处理和代数方程组求解等方面的处理方法.最后,将该算法应用于三峡水库突发性水污染事件应急响应系统的水量水质模型模块,证明该算法准确可靠,可与GIS系统从网格层次无缝耦合,在资料输入时能省略前处理步骤,系统能快速移用于不同的水域,具有较大的实用价值.