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。

k-ω湍流模式在船舶粘性流场计算中的应用

湍流模式的选取对精确预报船舶艉部流场至关重要,本文利用SSTk-ω湍流模型计算了SR196A油船模型的粘性绕流场,船艉三个截面上的轴向速度等值线和横向速度矢量的计算结果和文献提供的试验值进行了对比,结果符合得很好,同时计算得到的阻力系数也与试验值进行了比较,结果同样令人满意。表明SSTk-ω湍流模型在船舶粘性流场的计算中有较强的应用能力。

基于SST k-ω湍流模型的平衡大气边界层模拟

为实现SST k-ω湍流模型下空流场大气边界层的平衡,提出通过在湍动能输送方程与比耗散率输送方程中添加源项的方法使来流边界条件与湍流模型相协调,并通过相应的CFD数值算例分别考察了不考虑源项与考虑源项时沿流场不同位置处的平均速度、湍动能及比耗散率剖面的一致性。计算结果表明,当考虑源项时沿流场不同位置处的平均速度剖面、湍动能剖面及比耗散率剖面均有较高程度的一致性,较好地实现了大气边界层的平衡。研究结论为平衡大气边界层的研究提供了新的思路和研究方法,对结构风工程中CFD数值模拟有一定的理论及应用价值。

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。

基于SST k-ω的超声速气膜冷却湍流模型温度修正

针对现有湍流模型无法准确预测非等温超声速气膜冷却行为的问题,在现有SST k-ω可压缩修正模型基础上,以总温梯度为变量,完成了湍流模型的温度修正,并首先通过非等温可压缩自由剪切流动实验数据初步验证了其修正效果,在此基础上对温度修正模型预测超声速气膜冷却传热的准确性进行了验证。结果表明,基于剪切层总温变化的湍流模型修正效果显著,可准确预测大温度梯度下的自由剪切流动轴向速度分布;修正模型计算得到超声速气膜冷却壁面热流分布与对应的实验结果吻合;当用于剪切层温度大梯度变化的超声速气膜冷却数值模拟时,温度修正后的SST k-ω模型与可压缩修正的k-ω模型、SST k-ω模型相比,具有显著优越性。

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。

两种湍流模型在跨声速绕流计算的应用研究

湍流模型在对复杂流场的数值计算中起着非常重要的作用。本文采用SA一方程湍流模型和SSTk-ω二方程湍流模型,通过解耦求解雷诺平均N-S方程和湍流模型方程实现对亚跨超声速湍流流场的数值模拟。对NACA0012翼型和ONERA-M6机翼跨声速绕流流场进行了计算,对压力分布和激波位置与实验结果进行了细致的比较,并分析了不同离散格式、不同网格疏密及壁面函数对计算结果的影响,在计算过程中这两个模型体现出了较好的简捷性和健壮性。

带有横向射流的三维超声速湍流流场分析

应用显式的五阶WENO格式 ,结合 k_ε湍流模型 ,求解三维Favre平均N_S方程 ,计算了从方孔横向喷出的声速气流与马赫数为 3 0的超声速气流的干扰流场· 结果表明 ,在射流上游 ,射流的阻碍使超声速气流产生分离 ,形成两个主要的回流区域 ,主回流导致在方孔射流两侧形成马蹄涡区域 ,射流下游存在低压区域 。

自激振动圆柱体湍流场及发展变化的研究

采用雷诺平均法模拟低质量比弹性支撑的刚性圆柱体在均匀来流中的涡激振动问题,是近年来人们研究的热点。本文采用有限体积法结合SST k-ω湍流模型求解时间平均的纳维尔———斯托克斯方程(RANS),对低质量比弹性支撑的刚性圆柱体在均匀来流中横向振动的三个响应分支(初始分支、上端分支和下端分支)湍流场及其发展变化进行了研究,并与同等雷诺数下固定圆柱体的湍流场进行了对比。结果表明:三个响应分支的流体力系数、壁面压力系数、壁面切应力、流向平均速度、流向速度的脉动、横向速度的脉动、雷诺应力、湍流动能和涡量的分布均与固定圆柱体有明显差异。

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。

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。

基于标准k-ω模型的吸入疗法计算机模拟

本文主要分析药物颗粒在人体呼吸道内扩散规律,为吸入疗法提供一些理论基础。运用FLU-ENT6.3为软件平台,以标准k-ω湍流模型为计算模型,在不同工况下模拟药物颗粒的扩散规律。

外立面形式对高层建筑表面风压影响研究

针对当前高层建筑典型外立面形式,以长沙市同有大厦为研究对象,基于SST k-ω湍流模型对增设阳台、不同凹凸外形及不同格栅类型等9种外立面高层建筑表面风压进行了详细分析,明确了不同外立面形式下建筑表面风压分布特性,并结合高层建筑周围流场信息,揭示了外立面形式对其表面风压的影响机理。结果表明:外立面增设阳台会导致迎风面风压系数最大值增加,背风面风压系数负值最大值减小;同时,阳台会使来流在建筑顶层阳台顶端出现流动分离,在高层建筑迎风面顶部形成局部负压;相比光滑立面,凹、凸立面会导致高层建筑迎风面和背风面表面风压差增加,建筑物靠近顶部区域会出现压力突变现象,且在墙角处会出现较大负值;增设竖向格栅同样会增大高层建筑迎风面和背风面压差,而横向和矩形格栅对结构风荷载影响相对较小。

能量回收透平多工况内流损失和压力脉动特性研究

能量回收透平对降低海水淡化系统的能耗具有重要的作用。为了解决能量回收透平性能偏低的问题,对一台离心式能量回收透平内部的流场和压力脉动进行了研究。首先,基于SST k-ω湍流模型,计算分析了多工况关键部件内的漩涡分布特性;然后,通过试验测试了透平多工况的性能曲线;最后,研究了透平内部的压力脉动特性。研究结果表明:透平的高效区位于1.0 Q d~1.2 Q d工况下;在额定工况下,流体与叶片之间的相互影响微弱,能量损失最低;在1.2 Q d工况下,叶片进口压力面和吸力面均存在漩涡,压力面的漩涡是由流体与叶片发生撞击产生的,吸力面的漩涡是由于流体发生分离现象产生的。叶轮进口P11m的压力脉动幅值最大为0.019。由此可见,透平的高效区存在偏大流量工况,因此设计时应适当在偏小流量工况下,有利于多工况高效运行。

黏土质海床附加阻流器管道局部冲刷数值模拟

采用流体体积(Volume of Fluid,VOF)水土两相流模型、SST k-ω湍流模型和Herschel-Bulkley模型建立二维海底管道局部冲刷数值模型,模拟黏土质海床管道冲刷,并对管道局部冲刷剖面、升力系数、冲刷坑最大深度等进行对比研究,分析阻流器不同安装位置和长度对管道冲刷特性的影响机制。结果表明:安装于管道正上方的阻流器会加剧管道局部冲刷,而且随着阻流器长度的增加,管道局部冲刷坑最大深度和宽度均增加;安装于管道后方且平行于来流方向的阻流器有助于抑制管道局部冲刷,冲刷坑最大深度和宽度均减小;安装于管道底部的双向刚性阻流器可有效避免管道局部冲刷的发生,当双向刚性阻流器长度在3 D及以上时,管道局部冲刷基本不再发生。

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。

亚临界雷诺数下圆柱受迫振动的数值研究

在Navier-Stokes方程和k-ω湍流模型的基础上,利用流线迎风有限元方法结合ALE动网格技术对亚临界雷诺数下的圆柱受迫振动问题开展了数值模拟研究。本文的数值模型成功模拟了Re=5000条件下,圆柱发生受迫振动时尾迹区内的2S,2P和P+S尾流模式;对Re=10000情况下,无量纲振幅分别为0.3,0.4,0.5的圆柱受迫振动问题开展了数值模拟,分析了给定振幅条件下圆柱受力随振动频率的变化关系以及受迫振动的锁定区间。以上数值计算结果与Gopalkrishnan(1993)的实验结果基本符合。研究结果表明,二维数值模型能够基本正确地反映出圆柱发生受迫振动时的涡激振动特性以及有关的受力变化趋势,为今后进一步开展三维数值分析工作奠定了基础。

植物导管壁面增厚结构水动力学模型与流动阻力特性

针对植物木质部导管壁面增厚结构对流动阻力特性的影响问题,提出一种基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)的植物导管流体建模方法。建立了导管内壁增厚结构的伯努利数学模型,分析导管内径、增厚纹宽、纹高、纹间距和倾斜角等几何结构与导管流阻系数之间的关系;基于剪切应力传输(shear stress transport,SST)k-ω湍流模型建立了螺纹与环纹导管流场仿真模型,对不同几何结构的增厚导管内部水分流动的流场进行了数值模拟。结果表明,导管内径,增厚纹间距和纹高等结构对流体阻力影响显著,增厚纹宽、倾斜角等结构的变化对流体阻力影响较小;壁面增厚结构对小导管的流动阻力影响更加明显,纹高为2.3μm时,在内径为16μm的导管中增厚结构产生的结构流阻占总流阻的57.0%,而内径50μm的导管中增厚结构流阻只占总流阻的27.2%;具有相同结构参数的环纹导管与螺纹导管的水分传输效率接近,且随着导管内径增大两者压降越来越接近(相差小于0.5%)。研究结果为深入研究植物导管水动力学传输特性提供理论依据。