k-kL两方程湍流模型的改进及验证研究

提高湍流数值模拟的准确性,从而明确湍流模型对数值模拟结果的影响具有重要的意义,应用K.S.Abdol-Hamid给出的尺度自适应k-kL两方程模型封闭RANS方程,并修改von Karman长度尺度的限制方法,通过平板、翼型、后台阶等流动的模拟,考察k-kL模型在湍流模拟中的准确性,及其反映主要流动特征的能力和网格收敛性,并对影响流动模拟准确性的因素进行讨论。结果表明:改进长度尺度限制之后的k-kL两方程模型无论是对附着流动还是分离流动都可以给出比较准确的结果。

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。

基于新的描述湍流耗散方程的k-ζ两方程湍流模型的数值算法研究

对Navier-Stokes方程进行雷诺平均后出现的各关联项建模,通过新的描述湍流脉动耗散的变量构造耗散方程,建立k-ζ两方程湍流模型,研究了k-ζ两方程湍流模型的数值求解方法。通过求解有限体积法离散的RANS流动控制方程,数值模拟了平板,翼型,机翼等不同湍流流场,并与理论解、实验值及SSTk-ω模型进行比较,全面考察了k-ζ两方程湍流模型在湍流流场计算中的准确性及适用性。数值计算表明,通过建立新的耗散方程研究湍流的方法是可行的,目前的k-ζ两方程湍流模型具有良好的数值稳定性,并且计算结果要优于或者至少与传统的两方程模型精度相当。

不可压湍流流动K-ε两方程模型参数辨识

本文提出了不可压湍流流动情况下标准 K -ε两方程模型的参数辨识方法 ,并对轴对称管道流动、二维后向台阶流动、轴对称突扩管道流动下的模型参数进行了参数辨识与分析 ,得到了一些初步结论 :( 1)参数辨识方法是确定湍流模型经验参数值的一种有效方法 ;( 2 )参数辨识结果受数值计算精度和流动特性影响很大 ;( 3)由于标准 K -ε两方程模型本身还有缺陷 。

关于两方程湍流模型的考虑

通过对两方程湍流模型的分析，提出了在主流区或远壁区用两方程模型，近壁区用代数湍流模型的思路，即所谓的“双层”模型概念。通过对平板湍流附面层的计算表明，这种分层计算措施获得的速度分布、壁面剪切力较单纯应用低雷诺数两方程湍流模型时的结果准确。对非均匀来流条件下９０°弯管内高湍流度流场的计算表明，双层模型可获得更加准确的速度分布。从而表明本文提出的分层计算措施是有效的，可满足工程计算要求。

两方程湍流模型混合隐式迭代/解析算法研究

采用通量修正二阶TVD格式和混合隐式时间推进/解析算法求解κ-ε湍流模型的输运方程以克服其计算刚性.通过过膨胀状态下轴对称喷管内流场、带圆转方型面二元喷管内外流场两个算例,验证了其配合改进的多重网格算法对计算效率的提高.计算结果与试验数据进行了对比.

一种新的非线性K-ε两方程湍流模型

本文基于理论分析和对标准Ｋ－ε两方程湍流模型数值模拟结果的分析，在标准Ｋ－ε两方程模型的雷诺应力表达式中加入高阶非线性项；并在模型的涡粘性系数μｔ 中考虑流动各向异性的影响，将涡粘性系数中参数Ｃμ取为表征流动各向异性的参数Ａ 的一个线性函数，从而得到了一个新的非线性Ｋ－ε两方程湍流模型。此外，本文利用两种不同扩比下的后向台阶流动的实验结果来对新模型中引入的待定参数进行了参数辨识，并用另一种扩比下的后向台阶流动、绕方块的分离流动、Ｕ 型管道内流动、以及接近失速攻角情况下绕ＧＡＷ－ １ 翼型的低速流动等四种流动来对该非线性Ｋ－ε两方程模型作了进一步的验证，得到了令人满意的结果。

用非线性 K-ε 两方程湍流模型计算后向台阶分离流动

本文利用ＴＢＧａｔｓｋｉ和ＣＧＳｐｅｚｉａｌｅ根据张量不变性理论推出的二维流动情况下的非线性Ｋ－ε两方程模型来对两种不同扩比下的后向台阶分离湍流进行了数值模拟。从计算结果可以看出：用非线性Ｋ－ε两方程模型计算得到的回流区长度、壁面压力分布和摩阻分布等物理量的精度比用标准Ｋ－ε两方程模型计算得到的结果有了明显改进。而且，该模型还具有标准Ｋ－ε两方程模型的结构简单、使用方便的优点，易于工程应用。

带有剪切应力输运性质的k-ε两方程湍流模型构造与应用

由于传统的壁面衰减函数峰值并不考虑雷诺数的变化,因此仅能在特定的雷诺数下还原边界层的近壁衰减效应。为了改善这个缺陷,一个结合不同湍流雷诺数的因子被引入壁面衰减函数,从而使其峰值对雷诺数的变化能够合理感知。另外,基于DNS数据,将Bradshaw假设中的常数进行了重新标定,引入平滑的湍涡黏性系数切换函数,最终形成了一个带有剪切应力输运性质的k-ε两方程湍流模型。通过平板、翼型、二维鼓包以及翼身组合体进行了校验,结果显示新模型的精度较高,具有一定的工程实用价值。

基于两方程模型的路堤风吹雪数值模拟

道路风吹雪灾害是风吹雪地区道路规划中考虑的重要因素之一,对于风吹雪问题,数值模拟作为其研究的主要手段之一,在近年得到了较快的发展;但由于风吹雪问题的复杂性,数值模拟方法及参数的选取还有待进一步完善。采用欧拉-欧拉方法,利用雪相两方程控制模型,结合实测经验公式确定充分发育来流雪相浓度,将其作为雪相浓度壁面条件进行模拟计算,利用平坦地面风吹雪对模拟方法进行验证,分析了湍流施密特数对路堤风吹雪模拟结果的影响,并对不同风速下路堤风吹雪进行了模拟。结果表明:平坦地面风吹雪模拟与现场实测结果一致,湍流施密特数对路堤周围空间雪相浓度计算结果影响较大,不同来流风速下路堤周围雪相浓度分布规律一致,这为进一步研究道路周围风致积雪重分布及防治提供参考。

两相湍流中颗粒矩拉格朗日方程可靠性的验证

基于两相湍流PDF理论,颗粒矩拉格朗日方程可以通过求解颗粒PDF输运方程获得,但不同的数学方法推导获得的颗粒PDF输运方程形式是不同的,哪一种颗粒PDF输运方程的形式更可靠呢?该文先介绍不同形式的颗粒PDF输运方程,然后给出了使用颗粒PDF输运方程获得的颗粒矩拉格朗日方程。另一方面,从颗粒朗之万方程出发,用简单平均的方法推导颗粒运动一阶矩与二阶矩拉格朗日方程组,将这两种不同方法得到的结果进行比较。结果表明,基于色噪声扩维法PDF理论得到的颗粒矩方程组更为可靠。

颗粒Reynolds正应力轨道模型及后台阶两相流动数值模拟

用随机过程理论建立气固两相耦合脉动量Lagrange方程,并建立了气固两相流随机颗粒轨道模型中颗粒Reynolds正应力的Lagrange方程.将新的模型运用于各向同性的湍流衰减的流场中,模拟颗粒的湍流扩散特性,与文[1]中的模型和实验结果作比较,并使用新模型模拟了后台阶两相流动.

各向异性颗粒PDF输运方程及其颗粒湍流扩散(英文)

根据Minier的模型,获得颗粒所见流体脉动速度的朗之万模型,并推导颗粒所见流体湍流脉动速度自关联函数,该函数具有各向异性的特征,进一步由流体脉动速度朗之万模型和颗粒运动方程获得相应的颗粒PDF输运方程.为描述在网格生成湍流中的颗粒扩散运动,将颗粒PDF输运方程作相应的简化,获得一个具有颗粒湍流各向异性的解析解,将方程的解与Wellsand Stock的颗粒湍流扩散实验结果进行比较,获得了很好的结果.揭示了具有各向异性特征的颗粒PDF输运方程的优越性.

随机轨道模型中颗粒湍流量模拟方法

该文建立了两相流随机颗粒轨道模型中颗粒雷诺应力的拉格朗日方程,及两相耦合脉动量的拉格朗日方程,并探讨模型中的各种时间尺度。将新的理论运用于各向同性的湍流衰减的流场中,模拟颗粒运动特性,特别是颗粒的湍流扩散特性,并与文献1中的模型和实验结果作比较,一定程度上改善了原模型的不足。

化油器腔体内部气体流动的研究——二维湍流模型的建立及算法（I）

本文应用ｋ－ε两方程湍流模型来描述化油器腔体内气体流动，采用ＳＩＭＰＬＥ方法求解，并以ＰＺ摩托车化油器为例进行计算。初步得出节气门全开、半开、经济三种工况下的流场变化规律。

基于湍流模型的转捩预测方法研究

阻力的精确计算,一直是低雷诺数飞行器设计的关键。而与附面层分离和转捩相关的摩擦阻力的精确计算则是此类飞行器阻力精确计算的关键。因此,开展了基于湍流模型的转捩预测方法的研究,应用几种湍流模型对平板边界层进行计算分析,研究各湍流模型预测流动转捩的能力。由于各模型对扰动的过于敏感,引起转捩提前发生,使预测与实验差距较大,由于k-ωSST两方程湍流模型预测能力优于其它模型,在此模型基础上引入了间隙函数进行粘性系数修正,对平板和NACA 0012翼型的转捩重新进行了预测,计算结果表明改进后的模型对转捩位置具有较好预测能力。

基于混合网格Navier-Stokes方程的并行隐式计算方法研究

针对结构网格很难处理复杂外形和非结构网格无法计算具有边界层的粘性流动的缺点,发展了基于混合网格格点的隐式算法,成功地解决了在工程应用中难于处理的复杂外形粘性流场计算和效率问题。同时针对大规模的工程问题,发展了基于MPI通信技术的染色分层通讯并行计算方法。其中空间离散采用基于Roe格式发展的三阶迎风HLLEW(Harten-Lax-Van Leer-Einfeldt-Wada)或AUSM格式,湍流模型采用k??两方程湍流模型,时间推进考虑到LU-SGS并行等效较困难则采用基于DP-LUR(Data-Parallel Lower-Upper Relaxation)格式的隐式算法,计算CFL数可取到105量级,从2个到128个CPU的并行加速效率都保持在90%以上,大大提高了计算效率。算例对标模M6机翼模型流场进行计算,验证了方法的可靠性;然后对标模DLR-F6翼身组合体进行混合网格粘性与无粘计算结果进行比较,进一步验证混合网格方法;最后计算了DLR-WBNP外挂发动机翼身组合体模型,准确模拟了外挂和超临界机翼的相互干扰流动问题,采用4 CPU 16 CORE到24 CPU 96 CORE,2000步计算时间都不超过3小时。为民机跨声速气动弹性分析的计算效率提升提供了基本的数值模拟工具。

绕翼型低速湍流的数值模拟

采用求解低速流动的ＳＩＭＰＬＥ算法，用标准Ｋ－ε两方程模型、非线性Ｋ－ε两方程模型和一种改进的Ｋ－ε两方程模型来对绕两种翼型（Ａ翼型和ＧＡＷ－１翼型）在接近失速攻角情况下的低速湍流流动进行了数值模拟。计算结果表明，非线性Ｋ－ε两方程模型和改进的Ｋ－ε两方程模型较好地模拟出了翼型表面上的分离流动特性，较准确地预测出了分离点位置以及翼型的气动力系数，对翼型与机翼的工程设计具有一定的参考价值。

火焰面模型在超燃冲压发动机数值模拟中的应用

采用k-ω两方程湍流模型,火焰面模型和质量加权平均的Navier-Stokes方程组解耦求解的方法,模拟了DLR氢燃料直连式超燃冲压发动机湍流燃烧流场,并与化学反应源项直接采用Arrhenius公式模拟及实验得到的结果进行对比,可以发现湍流脉动对化学反应的影响不能忽略。

湍流特征频率的模式理论计算

该文在重新研究模式理论中特征频率概念的基础上,利用标准k-ε模型中湍流粘性定义,获得湍流特征频率的计算公式。运用标准k-ε模型和特征频率公式,数值模拟了不同尺寸的管流和圆形射流湍流场中的特征频率分布,定量比较表明,湍流场的特征频率计算是有效的。