亚临界区圆柱绕流相干结构壁面模化混合RANS/LES模型

本文发展了一种具有壁面模化大涡模拟能力的雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)和大涡模拟(LES)方法的混合模型(简称WM-HRL模型),致力于对亚临界区雷诺数钝体绕流相干结构这类复杂流动现象进行高置信度的CFD解析模拟研究.该方法通过一个仅与当地网格空间分布尺寸有关的湍动能解析度指标参数rk即可实现从RANS到LES的无缝快速转换,并且RANS/LES混合转换区的边界位置及其各个分区(包括RANS区、LES区及RANS/LES混合转换区)对湍动能的解析能力均可通过两个指标参数nrk1-Q和nrk2-Q准则进行预先设定.通过对雷诺数Re=3900下圆柱绕流场的系列数值模拟研究,获得了能够高置信度解析并捕捉其绕流场中三维时空瞬态发展相干结构特性的湍动能解析度指标参数nrk1-Q和nrk2-Q准则的组合条件.研究表明,该WM-HRL模型不仅能够准确获取圆柱绕流场中剪切层小尺度K-H不稳定性结构的精细谱结构,而且在同一套网格系统下通过变化湍动能解析度指标参数nrk2-Q和nrk1-Q准则的组合条件,还可以精细解析圆柱绕流场中两类不同回流区的长度结构特征,及其对应的圆柱尾部近壁面处V和U形两个平均流向速度剖面的分支结构特性.

基于LES模型的水轮机三维非稳定湍流及压力脉动数值模拟(英文)

本文基于N-S方程和大涡模拟(LES)模型,采用贴体坐标和四面体网格系统和SIMPLE算法,较准确地对混流式水轮机内部三维非稳定湍流流动及其尾水管内的旋涡压力脉动进行了数值模拟。

Black-Scholes模型在高新技术项目投资决策中的应用

高新技术项目由于产品生命周期缩短、投资环境日趋动态化等特点，与一般建设项目相比需要应对更多的环境的不确定性。高新技术项目评价方法选择主要取决于以下几个特点：

基于气动声学故障诊断技术的风机叶片开裂模型仿真与检测方法研究

随着新能源技术的不断发展,风力发电逐渐成为目前主要的可再生能源发电方式。大型风机的发展对于风力发电行业而言至关重要,但其也存在诸多的运维问题。为了解决风力发电机叶片受载荷不均匀,容易造成尾缘开裂,以及运维困难的问题,通过数值模拟与半经验声学模型结合的方法研究风机叶片开裂状态下气动噪声的变化,并提出采用IEEE2400国际标准进行声学故障检测的理论框架。通过对不同的实验结果以及NREL的半经验模型软件仿真结果分析,得出:所提出的非接触式检测模型可以有效地识别到风机叶片的开裂故障;同时该方法有较强的推广性,可以用于其他的风机叶片故障分析与监测。该模型不仅可以检测风机的叶片开裂故障,还可以用于分析风机运行时的气动声学特征,对于完善风机叶片无损检测、非接触式具有十分重要的意义。

基于LES模型的北京市进城农民工食物消费状况研究

以粮食和蔬菜为主的北京市进城农民工食物消费状况与城镇居民和农村居民存在明显差异,其食物消费结构也许并非是农村居民向城镇居民的简单过渡,而已然演化成区别于这两个群体的新的食物消费结构形态.通过LES模型研究发现,北京市进城农民工食物消费支出系统中,水产品和酒精并不构成食物消费的必需品;主要食物中,边际预算份额从高到低依次为蔬菜、肉禽、粮食、奶和瓜果;蔬菜、奶和瓜果的基本消费支出相互间比例为13.4:1.7:1;肉禽和奶富有弹性,蔬菜接近于水平弹性,而瓜果和粮食则缺乏弹性.

不同RANS/LES混合模型的汽车气动噪声分析

采用Fluent UDF构造Realizable k-ε/LES、SST k-ε/LES和Spalart-Allmaras/LES 3种RANS/LES混合模型,并对汽车的气动噪声进行数值模拟。在近壁面采用RANS湍流模型求解,而远离物面的分离区域内的大尺度运动则用LES求解,将3种混合模型的计算结果与全LES湍流模型和风洞试验结果进行了比较。结果表明,3种混合模型对气动噪声的计算精度高于LES湍流模型;Realizable k-ε/LES和SST k-ε/LES混合模型数值模拟结果与试验值的相对误差均小于5%,而其中Realizable k-ε/LES混合模型更为准确和高效,消耗的计算资源更少。

计算模型对空气静压轴承特性分析有效性的影响

空气静压轴承具有精度高、摩擦小和寿命长的特点,被广泛应用于航空航天等领域。不同空气静压轴承气膜的承载面积和厚度的差距悬殊,导致气膜内部的流场极为复杂,传统的基于层流假设的N-S(Navier-Stokes)方程已无法精确预测该轴承的工作特性。为此,以圆盘形中心供气小孔节流空气静压轴承为研究对象,基于气体润滑和湍流理论建立其气膜流场数学模型,分析了气膜流场内湍流斑形成涡旋后的发展运动以及向平滑层流过渡的过程。在相同工况下,针对气膜厚度较小(<10μm)时的特征流场采用k-ε模型,针对气膜厚度中等(10~20μm)时的特征流场采用大涡模拟(large eddy simulation,LES)模型,针对气膜厚度较大(20~30μm)时的特征流场采用“k-ε模型+层流模型”。然后,设计并搭建空气静压轴承静态特性测试实验台,以验证所采用计算模型的准确性。结果表明:根据不同工况选择适宜的计算模型,可提高空气静压轴承气膜流场的计算精度。当气膜厚度小于10μm时,气腔内湍动程度较大,宜采用k-ε模型进行描述;当气膜厚度增大到10~20μm时,气腔内大涡旋以一定速度沿半径方向扩散并输运能量,宜采用LES模型进行描述;当气膜厚度增大至20~30μm时,气膜的容性效应增强,使得气腔内后半部分呈现层流特征,宜采用混合计算模型进行描述。研究结果为不同工况下空气静压轴承的设计提供了参考数据,准确选择计算模型有利于缩短研发周期。

基于大涡模拟方法的可压缩空化流流场数值模拟分析

针对可压缩空化流流场细节特征,对空化的回射流机制与凝结激波机制下的空化云演化过程进行大涡模拟。通过对比文献实验数据验证了可压缩空化流数值模拟方法的可靠性,并分析了空化数σ、CN空化数、St数和压力损失系数K等无量纲参数,发现数值模拟对空化流压力-速度耦合计算的准确性方面还有待进一步提升。两种空化机制情况下,涡环生长是空化云脱落后耗散过程,涡环溃灭成游离涡是耗散结果;通过大涡模拟实现两种机制下的空化模拟,对比发现回射流机制的空化的无量纲参数偏差较少,凝结激波具有一定偏差;凝结激波的功率谱密度分析发现满足-7/3标度律,回射流满足-5/3标度律。

混流式水轮机中旋涡流的LES法预测

本文基于N-S方程和大涡模拟(LES)模型,采用贴体坐标和四面体网格系统,用SIMPLE算法求解,对混流式水轮机内部流动进行了三维非定常紊流计算,较准确地预测了一混流式水轮机在各工况下的内部流动,尤其是尾水管和转轮内的旋涡流动。

混流式水轮机尾水管漩涡流的LES法预测

基于N-S方程和大涡模拟(LES)模型,采用贴体坐标和四面体网格系统,用SIMPLE算法求解,对混流式水轮机内部流动进行了三维非定常紊流计算,较准确地预测了一混流式水轮机在各工况下的内部流动,尤其是尾水管和转轮内的漩涡流动。

可持续的中国城乡居民养老金体系的数学模型研究

针对我国城乡居民养老金体系的可持续性问题,结合当前我国面临的人口老龄化以及经济结构性减速、财政收入增长速度下降等问题及城乡养老体系的不同,分别建立养老金收支模型;以2010年全国人口普查数据及最新的生命周期表,建立生存模型,进行人口结构精算,预测养老金未来20年的当期结余及累计结余;通过估算,2020年我国养老金的当期结余首次出现负值为-510亿元,出现入不敷出的现象,但因为前期有结余,养老金问题依旧在可控范围之内;而在2025年,养老金累计结余出现负值,养老金缺口问题爆发。建立LES模型,寻找当前政策下合适的缴费率与替代率,为新政策的制定与实施提供参考依据,以期实现平稳过渡。

基于车身绕流的低雷诺数湍流模型改进研究

本文将汽车绕流模块化为各典型局部流动,通过常用湍流模型对各典型局部流动进行数值模拟,结果验证了湍流模型对转捩的捕捉能力是准确模拟汽车绕流的关键.在分析汽车绕流分离及转捩机理的基础上,优化了稳态和瞬态求解方法,改进了湍流模型对转捩的预测能力,进而提高了湍流模型在汽车流场模拟上的精度.针对汽车绕流的稳态问题,将流线曲率因子及响应阈值引入LRN k-ε(low Reynolds number k-ε)模型,获得了一种能够更准确预测转捩的改进低雷诺数湍流模型(modified LRN k-ε),改善了原模型对湍流耗散率的过强依赖性及全应力发展预测不足等问题;针对汽车绕流瞬态求解,通过分析RANS/LES混合湍流模型的构造思想及特点,引入约束大涡模拟方法,结合本文提出的改进的LRN k-ε湍流模型,提出了一种能准确捕捉转捩现象的转捩LRN CLES模型.分别将改进的模型用于某实车外流场和风振噪声仿真中,通过Ansys Fluent求解器计算,并将计算结果与常用湍流模型的仿真结果、HD-2风洞试验结果和实车道路实验结果进行对比,表明改进后的湍流模型能够更准确模拟复杂实车的稳态和瞬态特性,为汽车气动特性的研究提供了可靠理论依据及有效数值解决方法.

基于三种湍流模型的竖缝式鱼道水力特性研究

为研究不同湍流模型对竖缝式鱼道数值模拟的适用性和准确度,采用RNGκ-ε模型、大涡模拟(LES)模型及分离涡(DES)模型3种湍流模型对某竖缝式鱼道进行数值模拟,并对比分析了模拟的竖缝式鱼道流态特征、流速及湍动能等水力指标值与实测数据。结果表明,3种模型均可较为准确地解析鱼道池室流态特性,其中DES模型最能反映竖缝式鱼道的流态、流速分布;综合模拟成本后,RNGκ-ε模型在湍动能模拟方面较其他两个瞬时模型具有优势。因此,鱼道数值模拟在不追求较高精度流场特征的要求下,应优先选用RNGκ-ε模型。研究结果可为今后数值模拟在鱼道工程的应用提供参考。

不同湍流模型柴油机喷嘴空穴流动的对比分析

建立了喷油嘴内部燃油两相流动CFD模型,基于界面追踪法(VOF)对比分析了应用LES湍流模型和标准k-ε湍流模型模拟空穴流动的结果。结果表明:大涡模拟方法得到的瞬态湍流运动呈现较明显的非对称分布,标准k-ε湍流模型模拟得到的湍流场比较均匀,而对称性比较明显。大涡模拟可以捕捉到更多的随机漩涡,对喷射的流场预报更为准确,更能反映流动的细节,有助于更加深刻地认识湍流的本质。

带有植物的河道水流浅水紊流运动大涡模拟

针对浅水问题研究了带有植物的河道水流紊流运动.建立了浅水问题的大涡模拟紊流运动模型k-lLES,应用该模型模拟计算了两组实验,对带有植物的河道水流紊流运动机理进行了分析,并将计算结果与实验结果进行了比较,验证了k-lLES模型计算结果的正确性.

旋流分离器内流动特性的模拟分析研究

为了研究旋流分离器内三维气相流场的流动特性,在非稳态下采用LES模型对旋流分离器内气相流场进行了数值模拟和计算。通过数值模拟,得到了旋流分离器内的切向速度、轴向速度的分布规律,模拟结果表明:大涡模型适合于三维强旋流的流场模拟,分离器内部的流动空间可分为外侧下行流与内侧上行流两个区域,在不同的流动区域中,速度场的分布有较大的不同,流场的流动特性也有很大的差异。

非稳态超空泡流动的数值模拟

采用理论分析和数值模拟相结合的方法,对水下超高速运动体自然空化形成超空泡形态问题展开研究。分析了水下超高速运动体在不同速度下超空泡形态的变化规律,比较不同速度下空泡脱落计算结果的异同。通过数值模拟,验证了LES数值模拟与试验结果的关系,以及评估非稳态空泡流的计算模拟能力。

输沙率公式对桥墩局部冲刷数值模拟影响研究

基于Melville桥墩局部冲刷试验模型,采用FLOW-3D软件,利用大涡模拟方法模拟了桥墩绕流局部冲刷过程,通过分析冲刷坑形态、深度的变化过程,评价了Meyer-Peter和Van Rijn推移质输沙率公式在桥墩绕流局部冲刷模拟中的适用性,并结合两输沙率公式结构分析了模拟结果存在差异的原因。结果表明:大涡模拟方法能够有效模拟桥墩绕流的复杂流态,采用Meyer-Peter推移质输沙率公式的局部冲刷模拟结果较好,预测的冲刷坑形态更接近试验观测结果;当时间为30 min时,最大冲刷深度与试验观测结果相对误差为2.3%。采用Van Rijn推移质输沙率公式的预测结果相对较差,最大冲刷深度与试验观测结果相对误差为15.5%。

气相色谱分析过程的计算机仿真模拟与优化

以色谱法的ＬＥＳ模型作为气相色谱分析过程的计算机仿真模拟与优化的理论基础，提出了把两次多阶程序升温实验保留时间作为基本数据进行模拟优化的方法，拓宽了模拟优化方法在复杂组分样品中的应用。软件编程采用了计算数学方法，提高了模拟优化的精度和速度，节省了分析样品的时间。该软件可以模拟恒温、一阶程序升温和多阶程序升温的ＧＣ分离过程，模拟保留时间的误差小于５％，峰宽的误差小于７％。