基于SST k-ω模型的汽车空调CFD仿真分析

以汽车空调为研究目标,利用SST k-ω两方程模型,在除霜模式下分别对带HVAC及不带HVAC的空调系统进行仿真计算,分析了HVAC系统对仿真计算结果产生的影响。此外,分析结果显示位于驾驶员侧的前挡玻璃表面速度满足要求,位于副驾驶侧的前挡风玻璃表面速度大于1.5 m/s的区域覆盖率仅为75%左右,不满足国标要求。侧窗玻璃表面速度均值不到1 m/s,也不满足国标,仿真结果与试验结果对比相一致。风道存在较大问题,导致除霜风道气体集中从中间风道吹出,两侧风道的气流极小。根据结果提出进一步的改进建议,即在除霜风道增加必要的隔板装置,为汽车空调的改进设计提供依据。

SST k-ω-k_p两相湍流模型及其在湿蒸汽凝结流动数值模拟中的应用

首先,建立了湿蒸汽凝结流动的双流体模型,考虑了湿蒸汽两相流动中相间的速度滑移、耦合以及湍流扩散作用的影响．然后,针对蒸汽透平叶栅中流动的湍流特性,在单相湍流计算中数值模拟精度相对良好的两方程SST k-ω湍流模型基础上,参照颗粒湍能输运方程理论,推导建立了SST k-ω-k_p湿蒸汽两相流动湍流模型,模型中引入了液相黏性、导热及扩散系数等拟流体概念．对二维叶栅中存在自发凝结的湿蒸汽流动进行的数值模拟表明:建立的数值模型表现良好,明显优于单流体模型,特别是吸力面的压力分布模拟精度有很大提高,具有较高的精确性和可靠性．由于实验数据的匮乏,数值模拟中发现的汽液两相的动力特性以及液相的参数分布有待于进一步的实验来验证．

基于SST k-ω湍流模型的高层建筑体型系数数值研究

目的研究建筑物高度和宽度的变化对其表面绕流流场的影响,分析建筑物风荷载体型系数的变化,为结构设计人员在结构抗风设计方面提供参考.方法利用计算流体动力学软件STAR-CCM+,选用基于雷诺平均(RANS)的SST k-ω湍流模型,对不同高度和宽度的建筑物进行数值模拟,计算建筑物风荷载体型系数.结果在宽度相同的情况下,随着高度的增加,正面、侧面和背面的体型系数绝对值增加;随着宽度的增加,侧面和背面的体型系数绝对值增加,而正面影响不大.结论高层建筑的体型和体量对风荷载体型系数有一定的影响,在结构抗风设计中应该适当予以考虑.

基于SST k-ω湍流模型的二维圆柱涡激振动数值仿真计算

随着海洋工程逐渐向深海发展,广泛使用的柔性立管因为高频振动很容易受到严重的损伤。因此对于这类细长柔性结构的涡激振动(VIV)研究是当今的一个热点,同时随着计算机的快速发展,CFD(计算流体力学)技术成为研究涡激振动问题不可或缺的一种方法。本文采用雷诺平均纳维尔-斯托克斯(RANS)方程,并结合SST k-ω湍流模型,研究低质量比弹性支撑刚性圆柱体的涡激振动问题。从振幅响应、频率响应、3个响应分支的水动力性能、尾涡模式等方面和Williamson相关实验作对比。结果表明,SST k-ω湍流模型能够有效准确地模拟圆柱绕流的涡激振动。本文丰富了海洋工程的理论研究,为柔性立管的实际应用提供了一定的理论指导。

基于SST k-ω湍流模型与遗传算法的高速电梯井道风口优化设计

为了改善和提高电梯的气动特性和运行稳定性,基于SST k-ω湍流模型对电梯进行空气流体仿真,计算气动阻力、侧翻力矩、俯仰力矩,分析实验数据变化趋势。通过最小二乘拟合,建立电梯气动特性的一元数值模型。根据正交实验结果与一元数值模型,基于MATLAB回归分析,建立电梯气动特性的多元数值模型,并以此作为目标函数,以气动阻力、侧翻力矩和俯仰力矩最小作为优化目标,基于遗传算法进行电梯气动特性的多目标优化,仿真验证优化后电梯气动特性得到较大改善,为电梯气动特性的改善提供了一定的参考价值和意义。

修正的SST k-ω模型在云状空化流动计算中的应用研究

采用基于Rayliegh-Plesset方程的空化模型及实验结果,评价了修正的SST k-ω湍流模型在云状空化流动计算中的应用。采用不同的修正系数,分别计算了绕Clar k-y型水翼的云状空化流动,获得了随时间变化的空化形态和升、阻力等流场及动力特性。通过与实验结果的对比表明,修正后的模型可以更准确地捕捉云状空化区域的空穴形态和空泡脱落的非定常细节;密度函数中指数n的选取对计算所得的空穴长度、升阻力和主要频谱分布均有影响,并给出了n的合理取值范围,为后续水工模型的空化数值计算提供了参考依据。

SST k-ω模型用于冲击射流冷却的可靠性

文章基于FLUENT软件,首先采用SSTk-ω湍流模型,对单孔冲击射流在有横流和无横流两种情况下的换热特性进行了数值模拟,获得了被冷却面的Nu分布规律;然后将计算结果与Goldste in&Behbahan i公开的实验结果作了比较。通过比较发现,数值计算结果与实验结果吻合良好。

应用SSTk-ω湍流模型计算Rushton搅拌釜流场

应用SSTkω-湍流模型对Rushton搅拌釜流场进行了计算,并与文献报道实验数据以及标准k-ε模型、RNGkω-模型预测结果进行了比较。结果表明SSTkω-模型所计算的排除流量准数与实验值相差较小,桨叶区速度场与实验数据吻合较好,略优于标准k-ε模型,同时也给出了近壁区的计算结果。在湍动动能的预报上,SSTk-ω模型值与标准k-ε模型比较接近,优于RNGkε-模型,但与实验值都还不同程度地存在着一些差异。

提高k-ω SST模型对翼型失速特性的模拟能力

采用CFD软件fluent,k-ωSST模型对S825翼型进行了二维数值模拟.针对k-ωSST模型对翼型分离失速特性模拟不准的情况,对分离区域内湍流的强非平衡输运特性进行了分析.研究表明:原始模型由于不能准确模拟分离区内湍流的强非平衡输运特性,导致其对翼型失速特性模拟失效;提出了通过修正模型系数a1及β*∞,提高k-ωSST模型预测非平衡湍流输运特性的方法,从而提高对翼型失速特性的模拟精度.

k-ω SST两方程湍流模型中参数影响的初步分析

Menter的k-ωSST两方程湍流模型在流体力学计算中有良好表现。利用均匀试验设计方法对k-ωSST模型中八个参数在小攻角亚声速、跨声速和大攻角三种典型的翼型绕流流场计算中的影响规律进行了分析。分析结果表明在附着流中参数a1是对流场的影响最大的参数;而在分离流中,参数a1对流场的影响与湍流产生与耗散等项的作用相当,模型中的四个参数:σω2、β2、β*和a1的取值都会对计算结果有较大的影响。

基于改进k-ω SST模型的风力机尾流数值模拟

基于双方程k-ω SST模型提出两种改进湍流模型,采用丹麦科技大学的自编求解器EllipSys3D结合致动盘方法,对单台风力机尾流流场进行数值模拟。该文将SST-sust模型引入到风力机尾流的数值研究中,为了更进一步增大预测到的湍流强度和提高尾流恢复速度,提出SST-Csust模型和SST-Dsust模型,它们是在SST-sust模型的基础上分别调整湍流模型的封闭常系数、修正ω方程的耗散项。通过与理论、实验以及LES模型进行对比分析,结果表明该文提出的改进模型在尾流区速度分布和湍流强度分布的预测方面可取得较好的应用效果。

大型海上测风塔塔影效应的数值模拟研究

海上测风塔塔架尺寸大、结构宽、塔影效应明显,会造成海上测风误差与风电场发电量计算偏差。然而,由于缺乏海上测风数据,目前对于大型海上测风塔塔影效应的研究较少。针对该问题,本研究采用计算流体力学方法研究海上测风塔的塔影效应。研究结果表明:在测风装置放置位置方面,不同方向测风点处风速与入流风速的差值有很大不同,外伸距离越小,速度衰减越快。在测风塔不同结构影响方面,对比测风塔内部结构的塔影效应,在各测风点位处横材的影响均大于斜材。在塔影效应规律方面,对比不同高度测风塔塔段,塔影效应均在外伸长度4m处后逐渐稳定,且塔影效应随外伸长度的变化规律符合指数衰减规律。研究结果对海上测风塔的结构设计及测风数据修订具有指导意义。

基于k-ω湍流模型的翼尖涡演化过程数值模拟

为深入研究近场翼尖涡的演化过程,同时给远场尾流的计算提供初始参考,建立飞机着陆状态仿真模型,采用结构化网格对模型进行网格划分,利用转捩修正的SST k-ω湍流模型,通过求解不可压缩的N-S(Narier-Stokes)方程对生成的网格进行数值计算,得到了着陆状态下机翼及近翼流场翼尖涡的连续演化过程。研究结果表明:机翼表面形成的两次共转融合涡与次级尾迹涡共同作用于近翼流场,并于0.5L(L为机身长度)处形成稳定的翼尖涡;在整个演化过程中,翼尖涡受环境因素影响较大,并伴随着较大的能量转换。

并列多方柱风荷载特性的数值模拟研究

为探究并列多方柱的风荷载特性,文中采用SST k-ω湍流模型,对雷诺数为20000的均匀流场中的并列三方柱进行模拟,基于不同间距方柱的流场特性,归纳并总结了不同间距方柱的气动力系数变化规律和风压系数分布。结果表明小间距会产生偏流且抑制方柱的旋涡脱落,三个方柱的平均风特性均表现出明显的偏向性。当间距比达到2.0时,流场从偏流转变为对称偏压,旋涡脱落频率增大但脉动风特性仍然小于单方柱。方柱的气动力系数和风压系数在间距比4.0时近似于单方柱的值。研究结果可为并列多方柱的风荷载规范条文提供参考。

基于湍流模型的飞行器温度场数值仿真研究

飞行器红外成像仿真需要不同飞行条件下的温度场分布。本文利用标准(Standard)k-ε模型、剪切应力传输(SST)k-ε模型和Spalart-Allmaras(S-A)模型分别进行数值模拟仿真计算,研究不同飞行速度和飞行高度下的飞行器温度场分布,并对不同模型的结果进行对比分析。首先,利用MultiGen Creator软件对飞行器进行三维建模;其次采用Hypemesh软件和Fluent meshing软件中进行面网格划分和体网格划分,最后采用Fluent 2022R1软件仿真飞行器静态温度场分布,通过改变湍流模型与边界条件设置,对不同飞行速度和不同高度下飞行器温度场进行数值模拟仿真,并与理论结果进行了对比分析。实验结果显示,3种湍流模型均能较好的模拟飞行器蒙皮与尾喷管内壁壁面温度值。飞行器蒙皮温度随着飞行马赫数的增加不断升高;随着飞行高度的升高而不断地降低,与理论结果变化规律一致。在尾喷管内壁面温度仿真中,3种湍流模型仿真的内壁面温度最高相差21 K,相对误差在1.8%左右,在红外仿真中近似忽略不计,故3种湍流模型均适合尾喷管内壁面温度场仿真。在蒙皮温度场仿真中,3种湍流模型仿真计算的蒙皮平均温度值与理论温度值的相对误差均在5%以内,均可满足红外成像仿真的温度差值要求,其中k-ε模型在蒙皮温度场模拟中与理论温度值最为接近,因此k-ε模型精度更高,更适合于飞行器的流场仿真,能更好地仿真出空气动力加热对飞行器温度场的影响。

主进风竖井内罐笼提升活塞效应对平巷风流的影响

针对主进风竖井内罐笼提升产生的活塞风效应及其对运输平巷内风流的影响。基于SST k-ω湍流模型,采用动网格对罐笼在竖井内运行进行空气流体仿真并通过现场实测对模拟数据进行验证的方法,研究竖井活塞风影响下运输巷道内风流流场的结构变化以及巷道内风流流动的紊动特性。研究结果表明:罐笼在竖井内运行产生的活塞风会造成平巷内风流的瞬态变化,导致巷道内风流流场分布紊乱,对局部风流扰动较大;活塞风影响下巷道内风速概率密度曲线走势呈正态分布;沿纵向分布的风流紊动强度值在活塞风影响下变化趋势存在自相似性,整体呈指数分布;沿横向分布的风流紊动强度在活塞风影响下沿巷道中心线呈对称分布;在巷道内局部位置分别取得沿纵向分布的风流紊动能最大值E_(max)=0.249 m^(2)/s^(2)以及沿横向分布的风流紊动能最大值E_(max)=0.503 m^(2)/s^(2),紊动能值较大,易造成巷道内局部高、低速风流、涡流以及对周围风流产生卷吸作用。矿井通风系统遭到矿内不稳定因素影响,则可能导致井下局部用风地点或整个风流系统紊乱,主进风竖井内罐笼频繁提升引起的一系列附加效应会对运输平巷通风效果产生较大影响,研究罐笼提升活塞效应对巷道内风流的影响为补充矿山局部通风理论提供参考。

单翼迷宫式滴灌带进出水口数、梯形流道齿数对抗堵塞性能的影响

【目的】研究进水口数、梯形流道齿数、出水口数对单翼迷宫式滴灌带抗堵塞性能的影响。【方法】采用物理试验、数值模拟、建立线性数学模型等方法,设计9组工况进行数值模拟,研究额定流量为1.8 L/h的单翼迷宫式滴灌带的水沙两相流流场,以及滴灌带不同进出水口数、梯形流道齿数对流态指数、流量系数的影响。【结果】SST k-ω两方程低雷诺数紊流模型更加适用于单翼迷宫式滴灌带流场的数值模拟;从进水口到梯形流道再到出水口,泥沙颗粒质量浓度逐渐变小;滴灌带第5进水口为主要进水口,第3出水口为主要出水口;进水口数、梯形流道齿数、出水口数对流态指数影响极小,对流量系数的影响显著性排序为梯形流道齿数>出水口数>进水口数;构建了流量系数与三因素之间的多元线性模型,该模型决定系数为0.987,精度较好。【结论】在梯形迷宫流道尺寸相同时,梯形流道齿数越少流道内部流速越大,更有利于泥沙颗粒排出流道。构建的流量系数与三因素的公式可实现出水口位置精准灌溉植物,合理利用土地资源。

Numerical Simulations of Cavitation Flows around Clark-Y Hydrofoil

Cavitation is a complex flow phenomenon including unsteady characteristics, turbulence, gas-liquid two-phase flow. This paper provides a numerical investigation on comparing the simulation performance of three different models in OpenFOAM-Merkle model, Kunz model and Schnerr-Sauer model, which is helpful for understanding the cavitation flow. Considering the influence of vapor-liquid mixing density on turbulent viscous coefficient, the modified SST k-ω model is adopted in this paper to increase the computing reliability. The InterPhaseChangeFoam solver is utilized to simulate the two-dimensional cavitation flow of the Clark-Y hydrofoil with three cavitation models. The hydrodynamic performance including lift coefficient, drag coefficient and cavitation flow shape of the hydrofoil is analyzed. Through the comparison of the numerical results and experimental data, it is found that the Schnerr-Sauer model can get the most accurate results among the three models. And from the simulation point of water and water vapor mixing, the Merkle model has the best water and water vapor mixing simulation.

高精度IPDG湍流模拟及通量格式数值特性

为更高精度数值求解复杂湍流问题,在内罚间断伽辽金(internal penalty discontinuous Galerkin,IPDG)方法框架内发展了基于SST k-ω模型的湍流模拟方法,通过对亚/跨/超声速工况下流场的数值计算与湍流特征捕捉,验证了方法的适用性,进而系统分析了AUSM、Lax-F、HLL和Roe 4种通量格式在IPDG湍流模拟中的数值特性。结果表明:AUSM格式在超声速工况下脱体激波面“褶皱”现象明显;Lax-F格式和HLL格式数值耗散大,在激波解析方面精度较低,且Lax-F格式在激波脚后诱导产生流动分离;Roe格式具备宽速域适用性,计算精度较高且能精确解析激波结构。

螺旋桨对船舶操纵运动水动力影响的数值研究

船-桨-舵相互作用是影响船舶操纵性能的重要因素之一。本文采用RANS方程求解方法并结合SST k-ω湍流模型,计及自由面兴波影响,螺旋桨用体积力法建模,数值模拟了带桨、舵的全附体集装箱船KCS船模的舵力试验、斜拖试验。为研究螺旋桨对操纵运动水动力的影响,分别对带螺旋桨和不带螺旋桨的船-舵系统进行计算,对比了船模水动力随漂角、舵角的变化情况。研究结果表明:带螺旋桨的船-舵系统的水动力和力矩对舵角的变化更加敏感;螺旋桨的运转主要增大了船艉部的横向力;在舵力试验和带舵角的斜拖试验中,螺旋桨对横向力、转艏力矩有显著的影响。