基于全局动态Vreman模型的复杂非定常湍流的大涡模拟

在湍流数值模拟方法中,大涡模拟方法可以提供丰富的大涡旋信息,已逐渐成为复杂湍流问题数值研究的重要方法。而大涡模拟中,最重要的一环是尽量准确地构建能反映流场物理本质特征的亚格子应力模型。基于该思想,将一种新型的大涡模拟亚格子应力模型-Vreman亚格子应力模型用于高雷诺数三维后台阶流动的求解,计算结果与实验结果进行对比分析结果较吻合,验证了该模型的可靠性。这是对该模型用于无任何均匀流动方向的高雷诺数复杂湍流非定常流动的首次检验,计算结果优于基于传统的Smagorinsky涡粘性的动态亚格子模型。

基于Smagorinsky和Vreman模型的竖通道内旋转热流场大涡模拟

为了确定Vreman亚格子模型对于有侧开缝的竖通道内旋转火焰热流场模拟的适用性,基于一竖通道内旋转火焰实验场景,分别使用基于Smagorinsky和Vreman亚格子模型的大涡模拟技术进行了模拟。通过对所得结果比较确定基于Smagorinsky亚格子模型的大涡模拟技术可以得到与实验吻合的火焰状态,而使用Vreman亚格子模型会在一定程度上低估旋转火焰周围的粘性耗散,从而过高地估计旋转火焰周围的切向速度,使火焰不能保持相对稳定的旋转状态。

混流式水轮机跨尺度流道内复杂湍流的数值模拟

由于水轮机主流道和密封间隙流道空间尺度相差较大,为同时获得水轮机流道和密封通道内的流动特性以及水封间隙泄漏特性,充分考虑叶道流和间隙流的相互干扰,采用非一致网格界面插值技术以及基于Vreman亚格子模型的全局动态大涡模拟方法,不仅得到主流道内速度、压力以及涡量的分布,同时捕捉到了微通道间隙内的流动特征以及不同间隙宽度对密封渗漏流动特性及顶盖压力分布的影响。计算结果表明,主叶道内的强旋拧涡带,密封间隙内旋涡结构以及尾水涡带都直接影响转轮的动态平衡,流体从间隙进入梳齿空腔后产生很强的旋涡而耗散部分动能,而且不同尺度密封间隙流道内产生的旋涡结构不同,耗散能量差异较大,反映出密封渗漏流量的不同。

顶部侧开缝的倾斜通道热流场及开口中性面研究

为了掌握通道在上壁面不同宽度的开缝条件下,不同倾斜角度的通道内热流场特性及两端开口处中性面高度的变化规律,对一200 cm长的通道内一靠近低端开口一侧火源产生的热流场进行了实验与基于Vreman亚格子模型的大涡模拟研究.通过实验值与数值模拟结果的对比,验证了构建的数学模型对于上壁面有侧开缝的倾斜通道内热流场模拟的有效性;确定了通道上壁面的开缝对于通道内热流场的温度分层特性、通道两端开口处U速度以及中性面高度随着通道倾角变化的规律影响不大;对于一定的通道倾斜角度,随着通道上壁面侧开缝宽度增大,火源两端温度分布的对称性增强,通道上壁面附近的温度降低,通道内的高温区域向下壁面的偏移幅度减弱,通道两端开口处靠近上壁面附近的空气流速逐渐降低,两端开口处中性面高度升高;上壁面有开缝的通道两端开口处中性面的高度曲线随着通道倾斜角度的增大有一个交叉,交叉发生在通道倾斜角度小于5°时.

混流式水轮机小开度下导水机构内湍流特性和叶道涡结构研究

为准确捕捉小开度流动的瞬态湍流特性,充分了解流场结构,采用滑移网格技术以及基于Vreman亚格子模型的全局动态大涡模拟方法,不仅得到混流式水轮机全流道内速度、压力以及涡量的分布,同时捕捉到了活动导叶周围独特的流动形式和叶道涡的时空演化。计算结果表明:当高转速、小开度工况时,流道内流体的圆周速度占有绝对优势,加强了导叶后尾迹涡的相互影响,致使流道中发生更为剧烈和复杂的漩涡、脱流等各种水力不稳定现象。从蜗壳到转轮室的压力脉动均以低频为主,主要的频率能量成分基本相同,说明小开度低频异常振动与压力波的传递有关。叶道涡是致使叶片疲劳破坏的主要因素。