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。

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.

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。

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。

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.

一种EASM k-ω两方程湍流模型的应用研究

显式代数应力 ( EASM)模型是一种比线性涡粘模型 ( LEVM)更高级的非线性构成模型。这类构成模型用平均速度梯度、平均应变率和旋转应变率张量 ,给出了更高级的湍流剪应力表达式。通过把 EASM构成模型和 k- ω两方程模型耦合到一起 ,可得到一种更高级的 EASM k- ω两方程湍流模型。采用这种非线性的构成模型后 ,可以极大地拓展湍流模型的应用范围 ,提高数值计算精度。在求解湍流流场时 ,Navier- Stokes( N- S)方程和 EASM k-ω两方程湍流模型的控制方程采用非耦合方法求解 ,通过对平板、RAE 2 82 2超临界翼型、ONERA M6机翼等标准算例的计算 ,验证了此种湍流模型对湍流流场的预测能力 。

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。

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．

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。

k-ω-γ模式对转捩影响因素的预测性能研究

高超声速边界层转捩的准确预测对飞行器的防热、减阻至关重要,而影响高超声速边界层转捩的因素众多.从模式角度出发研究边界层转捩的影响因素,采用k-ω-γ转捩模式对5?圆锥的边界层转捩进行了数值分析,计算了不同头部钝度、来流雷诺数和湍流度情况下的边界层转捩,并与实验结果进行了对比.研究结果表明:k-ω-γ转捩模式基本能够反映头部钝度、来流雷诺数、来流湍流度对高超声速圆锥边界层转捩的影响规律,但对转捩后的热流峰值预测不准;从模式构造角度分析发现,雷诺数越高或头部钝度越小,层流区边界层越薄,k-ω-γ转捩模式中第一、第二模态时间尺度增大,因此转捩起始位置提前;来流湍流度越大,等效脉动动能初值越大,导致层流区发展过程中等效脉动动能越大,因此转捩易于发生.

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。

P_ω增强型k-ω湍流模型在三角翼旋涡流动的应用

在三角翼旋涡绕流数值模拟中,标准Wilcox k-ω湍流模型生成项未考虑旋度的影响而导致预测的旋涡强度较弱。通过引入探测因子区分剪切层和涡核,在旋涡流动的高旋度区域增加ω方程生成项的方法,基于结构化网格上的RANS求解器,加入了P_ω增强型k-ω湍流模型,对绕尖前缘三角翼亚声速和跨声速旋涡流场进行了数值模拟。计算结果与NASA的NTF风洞和DLR的DNW-TWG风洞试验数据进行了对比分析,结果表明:不论在亚声速还是跨声速自由来流条件下,P_ω增强型k-ω湍流模型计算的压力分布、涡破裂位置均与试验数据吻合良好,准确地预测出了三角翼上翼面的主涡、二次涡结构,特别是跨声速条件下激波干扰导致的涡破裂的临界迎角及涡破裂位置,表明Pω增强型k-ω湍流模型在绕三角翼旋涡流动数值模拟中具有良好的适用性。

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.

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。

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。

风工程数值模拟中平衡大气边界层的研究与应用

基于RANS方法构造满足水平均匀性的自保持平衡大气边界层是计算风工程中一个非常重要但尚未得到很好的解释和解决、同时也经常被忽略的前提问题。本文从描述湍流流动的模型方程角度对这个问题进行了研究。首先基于湍流平衡假设,从两方程标准k-ε模型导出一类近似满足大气边界层自保持要求的湍流来流边界条件;接着将本文建议的此类边界条件运用到模拟钝体建筑结构分离流动具有较好适用性的SST k-ω湍流模型中,通过数值风洞模拟对比算例,验证了作者提出的边界条件在构造自保持平衡边界层中的适用性。通过本文的理论和数值研究,一方面对研究平衡大气边界层的模拟问题提供了一种新的方法,另一方面也为风工程数值模拟提供了一类新的适用的来流湍流边界条件,将对增进计算风工程中模拟平衡边界层的理解有所帮助,因此具有理论和实用价值。

水泵水轮机水轮机制动区的流动特性

为研究水泵水轮机水轮机制动区的不稳定流动特性,根据某抽水蓄能电站建立水力模型,应用计算流体动力学软件Fluent模拟其流动特征.采用SSTk-ω模型和SIMPLEC算法计算水轮机制动工况的内流场和外特性,并结合试验数据进行对比验证.结果表明,水泵水轮机在水轮机制动工况随流量的变化水头变化不大,在力矩为0时的水头最低;导叶开度越大,进入制动区时所需的转速越高,且流量越大,可以通过调节导叶开度防止水泵水轮机进入制动区;导叶工作开度下力矩为0时的流场不存在涡结构,随着流量的减小,在叶片和活动导叶的进口以及固定导叶和活动导叶之间出现大量的回流涡,并且呈现出类周期性分布特征;转轮中的回流涡是由于前倾式叶片的倾角较大产生的,导叶中的回流涡是由于流体流动方向与导叶叶片的冲角引起的.以上结论可为水泵水轮机的优化设计提供一定的理论基础.

海底管道流固耦合振动数值模拟

将海底管道简化为圆柱体,管道刚度简化为弹簧,结合在壁面附近进行低雷诺数修正的k-ω流体分析模型,采用Newmark-β法进行二次开发,建立了海底管道二维流固耦合振动计算模型.对静止圆柱体在不同间隙比情况的激振力变化规律进行分析,发现间隙比为0.4时易引起顺流向共振,间隙比为0.8时易引起横流向共振.采用数值模拟分析探讨流固耦合状态下涡激振动特点,提出了流固耦合时涡激振动激振基频的修正计算方法,结构振动各参量在横向共振响应频率为流固耦合激振力基频,而顺流向为基频的两倍.