基于修正SSTk-ω湍流模型的建筑群风环境数值分析

当前我国对城市小区风环境的研究还相对滞后,城市冠层内风场的详细分布还尚不明确.为揭示城市冠层流场分布,文中通过自编程序对商业软件进行了二次开发,通过添加源项的方法对传统SSTk-ω湍流模型进行了修正,基于修正SSTk-ω湍流模型对不同建筑密度、高度与错落度三种城市形态下的冠层风场进行了深入分析,获取了不同建筑形态下建筑物近地面平均风与湍动能的详细分布.研究结论显示:采用添加源项的办法可以较好的实现SSTk-ω湍流模型湍动能和速度的自保持.城市冠层风场随空间高度可分为紊乱区(h<href)、增长区(href<h<1.3href)和稳定区(h>1.3href);在紊乱区风速杂乱无章,平均风速小于规范给定的风剖面值,错落度和建筑高度可分别提升紊乱区和增长区的上限风速值.湍动能在建筑内部沿来流方向呈递减趋势,最大值一般出现在前排建筑物屋顶位置.

七里河体育场罩棚风压分布数值模拟研究

以兰州市七里河体育场为工程背景,基于ANSYS-CFX 19.0软件平台,采用SSTk-ω湍流模型对体育场罩棚12个风向角下表面风压分布特性进行了数值模拟,分析了风向角和周围建筑物对风压分布的影响,获得了罩棚表面风压分布的规律,并探讨了罩棚周围流场的绕流特性,最后根据罩棚的结构形式及风压分布特点,给出了最不利风向下罩棚表面的分区风压系数以及罩棚设计风荷载的计算方法。结果表明:周边干扰建筑物对体育场中心周围的风场和表面风压有明显的影响,数值模拟结果符合钝体绕流规律;风向角对风荷载的影响较大,不同风向角下,来流的分离和漩涡脱落作用均有较大的不同;屋面最大负风压区出现在沿风向的屋面前缘角部,且迎风向前端出现正压区,模拟结果可供实际工程采用。

压力补偿灌水器流固耦合计算方法

为提高压力补偿灌水器的设计精度与设计效率,研究了压力补偿灌水器流固耦合数值计算方法,并采用快速成型技术制作的灌水器试验件进行水力性能试验,从流量的角度对压力补偿灌水器流固耦合计算方法进行验证。结果表明,采用SSTK-ω紊流模型进行流场计算、自适应网格重划分方法对变形的流体网格进行重构、结合弹性膜片的接触分析的流固耦合计算方法所得到的灌水器流量结果与试验结果最大偏差为2.5%,能够对压力补偿灌水器一定工作压力范围内的流量进行准确预测,可为压力补偿灌水器快速开发提供理论依据、减少试验次数、缩短开发周期、提高设计精度。

高填方渠道溃堤洪水三维风险图研究

目前的风险图绘制研究中,洪水淹没计算多基于一、二维数值模拟,洪灾风险分析较少考虑地形危险性,未能真实反映复杂下游区域洪水淹没情况及洪灾风险分布.因此,本文提出基于三维数值模拟和数据场耦合的高填方渠道溃堤洪水风险图分析方法.首先,建立耦合VOF法的SST k-ω三维溃堤洪水演进数学模型,该模型结合了k-ω和k-ε模型的优势,增加了交叉扩散项,考虑了剪切应力的输送过程,能更精细地模拟湍流过程;其次,基于三维溃堤洪水淹没计算,引入数据场模型,考虑区域地形与洪水各灾情信息的综合风险,绘制三维洪水风险图,并与二维洪水风险图相结合,实现洪灾风险分布的详细、直观表达.以某高填方渠道为例,阐述了风险图绘制方法,分析了溃堤洪水的风险分布特征.

环面节流平面气浮轴承大间隙下流场数值模拟

利用三维粘性可压缩平均Navier-Stokes方程,采用SSTk-ω湍流模式,使用非结构化网格和二阶精度的有限体积法,对环面节流圆盘推力轴承大间隙下的流场进行了数值模拟并与层流模式数值结果、实验进行了对比,结果表明,SSTk-ω湍流模式数值模拟的压力分布与实测的压力分布符合程度比较高。马赫数和速度数值计算结果表明,流场内存在激波和激波边界层的相互干扰,导致壁面边界层流动出现了分离,压力出现激烈变化。

基于两种湍流模型的桥梁颤振导数识别研究及比较

分析了标准k-ε模型和SST(Shear-Stress Transports)k-ω模型的模型特征和相关使用要求,并以它们为例数值识别了某大跨度桥梁断面的颤振导数.研究结果表明,基于合理的计算域和网格划分,这两种湍流模型均能较准确地识别桥梁断面的大部分颤振导数,但个别颤振导数识别上存在趋势性的差别,SSTk-ω模型在识别桥梁颤振导数上优越于标准k-ε模型.本文研究为合理选择湍流模型进行颤振导数识别提供了参考.

温州机场新航站楼工程风荷载数值模拟研究

以温州机场新航站楼工程为背景,通过在数值模拟平台上建立数值风洞模型,对工程在考虑临近建筑干扰的工况下的平均风荷载进行了数值模拟仿真。在数值风洞模型中,着重对自保持平衡大气边界层的模拟进行了仔细考察。在基于提出的新的湍流来流边界条件下,对所使用的SSTk-ω湍流模型中的参数以及地面边界的粗糙度参数进行适当选取,使得这一计算风工程数值模拟中非常重要但同时难以解决的前提问题得到很好解决,从而避免了由于边界层的不恰当模拟引入的误差。对影响钝体绕流计算结果的重要因素诸如计算域构造、网格离散、湍流封闭模型、对流项离散格式等进行了仔细选取,从而提高了数值模拟的精度。

一种厢式货车被动减阻技术研究

针对货车气动阻力较高问题,研究了尾部上翘角对货车减阻效果的影响.货车采用简化的Ahmed模型,运用SSTk-ω湍流模型进行CFD模拟,针对不同尾部上翘角对货车外流场的影响因素进行了研究,包括气动阻力系数、表面压力系数及尾部涡结构等.研究结果表明,通过采用尾部上翘角能够减小货车尾部分离区强度,从而降低阻力.尾部上翘角在10°时阻力系数达到最小,减小阻力系数约6%.

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。

基于γ-■_(θt)转捩模型的翼型气动特性计算精度改进研究

将结合SSTk-ω湍流模型的γ-■θt转捩模型与二维雷诺平均NS(RANS)方程数值求解相耦合,发展了考虑转捩影响的翼型气动特性计算方法。得到的计算结果与没有考虑转捩影响的计算结果的比较表明,与实验更加吻合,计算精度得到了明显提高。

自由流场二维圆柱阻力系数数值模拟

利用FLUENT软件模拟了自由流场中二维圆柱在不同雷诺数条件下所产生的阻力系数。当雷诺数小于100时,采用层流模型进行模拟;当雷诺数介于200和100 000之间时,利用剪应力传递SSTk-ω模型来研究流速场随时间的变化。经比较k-ε模型和SSTk-ω模型的计算结果表明:阻力系数计算值和实验值吻合良好,当雷诺数大于100时,SSTk-ε模型可以比k-ε模型更好地预测阻力系数;但当雷诺数超过5 000时,k-ε模型不再适用。

高速滑行艇阻力性能RANS计算中网格影响因素

为了准确预报高速滑行艇的水动力与阻力特性,本文基于RANS方法和重叠网格技术针对某50kn高速单体滑行艇的缩比船模阻力特性开展了数值计算研究。分析了网格类型、船体边界层网格分布、船体表面网格尺度、流场背景域网格加密等网格相关因素对艇底气水混合物分布、兴波形状、船体姿态以及船体阻力预报结果的影响,并与船模阻力试验结果进行了比较。通过研究认为:开展高速滑行艇的运动与阻力性能RANS预报时,网格因素对模拟高速滑行艇边界层流动、艇体周围湍流流动和兴波特性,以及预报艇底气水分布、艇体航行姿态与阻力性能具有显著影响。

水面舰船粘性流场和流噪声的数值计算

[目的]水面舰船周围因非定常流动引起的流噪声问题是舰船声隐身设计技术的难点,自由液面的存在使之不同于潜艇水动力噪声计算。为解决这一问题,[方法]采用流体体积(VOF)法结合SST k-ω湍流模型计算船体外非定常流场,赋予自由液面空气声阻抗来模拟吸声边界。将船体表面脉动压力作为流噪声声源,应用声学有限元法计算水面舰船的水下辐射噪声。[结果]计算所得结果与实验值吻合良好,表明噪声源主要集中在船艏兴波处。[结论]所得结果表明所用计算方法可以较准确地模拟水面舰船的流场与声场,对水面舰船声隐身设计具有参考价值。

四坡屋面低矮建筑风载体型系数研究

基于雷诺平均方法(RANS)和剪切应力输运(SST)k-ω湍流模型,对低矮房屋的四坡屋面风压体型系数进行了数值计算。以美国德克萨斯州理工大学的TTU(Texas Tech University)建筑模型为验证算例,求得其屋面风压分布,与其他文献的结果进行对比吻合较好,验证了所选湍流模型及其参数的合理性。基于此方法研究不同风向角下,房屋外形参数(坡角与檐口)对四坡屋面风压体型系数的分布影响,并总结出屋盖风压体型系数变化的规律,为此类建筑抗风设计提供参考。

基于SST k-ω湍流模型的提升竖井活塞风效应研究

针对罐笼在提升竖井内频繁运动产生于井筒的一系列附加效应,采用基于SST k-ω湍流模型对罐笼在竖井内运行进行空气流体仿真,研究不同工况下压力系数(C_(p))时变曲线、速度系数(u/V_(T_max))时变曲线随罐笼运行的动态变化以及运行罐笼周围速度场和压力场的瞬态变化。研究表明:当罐笼在不同工况下运行,各测点C_(p)值与u/V_(T_max)值受活塞风效应影响会出现不同程度的骤增、骤降;罐笼运行速度越快,产生于其前后的压差越大,逆风运行罐笼不同运行速度下其前后方压差可分别达81.49、130.36、170.94、235.64 Pa;罐笼运行状态不同,产生于其周围的活塞风速也不同,当罐笼运行速度为10 m/s时,顺风运行罐笼周围最高与最低活塞风速差值为6.01 m/s,逆风运行罐笼周围最高与最低活塞风速差值为11.00 m/s。研究提升设备运行造成的活塞风作用下相关指标不同的变化规律,对提高矿井通风效果以及完善矿井通风理论有积极意义。

翼型几何模型对边界层转捩预测精度的影响

对飞行器表面的边界层转捩现象进行准确地预测,是设计高性能层流翼型的关键。基于边界层数值模拟和现代CFD技术的特点,选取与SSTk-ω湍流模型相耦合的γ-Reθt转捩模型,对不同类型的翼型边界层转捩进行预测。结果表明:在转捩计算过程中出现的摩阻曲线震荡,是由翼型表面计算网格不光顺所引起的;提高翼型几何模型光顺程度能够在不同程度上提高翼型气动特性的计算精度,并能得到更加准确的转捩预测结果。

湍流模型对于低速流噪声影响研究

为了研究湍流模型对于低速流噪声预报的影响,采用结合不同湍流模型的流声分解方法(Viscous/Acoustic splitting method)计算雷诺数Re=20000时的圆柱绕流噪声。通过采用SSTk-ω湍流模型和基于SSTk-ω湍流模型的尺度自适应模拟(SST-SAS)模型分别计算圆柱绕流的流场分布。采用流声分解方法(Viscous/Acoustic splitting method)计算圆柱在两种流场下所产生的流噪声。结果表明采用SST-SAS湍流模型计算出的圆柱斯特哈尔数更接近实验结果,但SSTk-ω湍流模型算出的圆柱平均阻力系数更准确。采用两种湍流模型计算出的圆柱绕流噪声具有相似的偶极子柱面波分布规律,两种湍流模型算例声学的圆柱展向效应均不明显。采用不同湍流模型计算出的圆柱绕流噪声峰值频率不同,但均与流场计算出的圆柱升力系数峰值频率相同。可采用非稳态雷诺时均模拟(URANS)方法中的SSTk-ω模型结合流声分解法来预测圆柱绕流噪声等有确定升力系数频率的流噪声问题。

基于Fluent的单排双孔空气变形喷嘴内流场模拟

以典型Hema型空气变形喷嘴结构为基础,设计了参数为α=30°、β=60°的单排双孔空气变形喷嘴,利用Fluent软件,采用SST k-ω模型对高压、高速可压缩的内流道气流进行三维数值模拟,来研究空气变形喷嘴内流道气流的运动特性。结果表明:等效温度下的高压气流在单排双孔喷嘴的内部气流存在较大的压力和速度梯度,在超音速湍流及激波的作用下,单丝被吹散并形成丝圈,变形效果较好,且简化了喷嘴结构,节省了制造成本。

雷诺数的变化对翼型气动性能的数值模拟研究

风力机是截取风能常用的工具,而叶片翼型对风力机有重要意义,文章对影响风力机翼型气动性能的雷诺数进行深入研究,雷诺数是评判物体在流动中受到的阻力大小的重要参数,雷诺数在大于某临界值时,可以忽略雷诺数的影响;当雷诺数小于这一临界值时,雷诺数对翼型的边界层厚度以及流动分离。文章采取1.0×10^(6)、2.5×10^(6)及5.0×10^(6)3种雷诺数分别对NACA6409、NACA2411和SD70323种翼型进行研究。采用ANSYS软件中的ICEM-CFD翼型进行O型网格划分,由FLUENT插件对划分好网格的翼型使用SSTk-ω进行数值模拟研究。

壁面函数在超声速湍流模拟中的应用

通过子迭代的方式计算摩擦速度,更新虚拟点湍流黏性系数实现对壁面剪切应力的修正,耦合SSTk-ω两方程模型,在国家数值风洞软件平台上实现了壁面函数程序模块。通过压缩拐角和高速飞行器典型算例进行考核,初步数值实验结果表明:压缩拐角算例壁面函数在无量纲壁面距离y+≤200范围内,均准确预测湍流边界层速度分布,可显著提高粗网格上壁面湍流边界层和壁面摩擦系数的预测精度,且壁面函数使用粗网格最多可节约75%的计算时间;对于复杂外形,附面层网格间距变宽,可使得整体网格减少约38%的网格总量,在相同的计算设置情况下可节约60%的计算时间。唇口附近出现明显的激波边界层干扰现象,使用壁面函数后稀网格和密网格得到流场中分离、激波反射相同,且分离区最高压力系数偏差从15%降低到2%。从粗网格和密网格全机轴向力系数比较来看,使用壁面函数后摩阻预测偏差可从40%下降到4%。整体来看,壁面函数的引入提供了一种高效的飞行器湍流流动气动力预测方法。