k-ε湍流模型及其在FLUENT软件中的应用

由于流体湍流运动机理和规律的复杂性,目前尚未找到对各种流动情况都十分有效的模型.不过,工程上应用最广泛的是k-ε两方程模型.应用k-ε两方程模型通过对某管道湍流稳态的模拟并与理论分析比较,以及对某空气管道非稳态的流固耦合问题进行数值模拟,结果证明k-ε湍流模型对于内部的稳态或非稳态的充分发展湍流都很适用,再结合在壁面附近区域采用有效的壁面函数法,可以得到令人满意的结果.     

障碍物管道中湍流火焰发展的数值模拟

应用湍流马赫数修正的非稳态可压缩性K－ε-f-gr四方程湍流模型，模拟了半开口狭长管道中重复布置的障碍物引起的湍流火焰加速现象。结果表明，障碍物产生的扰动对加强燃烧和湍流输运的影响很大。随着火焰向前传播，火焰穿过障碍物时发生变形，反应区越来越长，且火焰速度逐渐上升。同时，火焰速度和管内压力的计算结果与实验测量值吻合良好，修正后的湍流模型能较真实地模拟障碍物管内预混火焰的发展过程。     

钝体燃烧的数值模拟

钝体燃烧模拟考虑湍流和燃烧相互耦合。在标准κ-ε两方程模型下分别采用非预混燃烧模型中化学平衡、稳态小火焰和瞬态小火焰模型，研究不同燃烧模型对组分、温度场以及流场分布的影响。数值模拟结果表明，上述燃烧模型模拟的结果与前人研究成果存在不同程度的差异，稳态小火焰模型优于其它模型，但模拟该燃烧器的燃烧模型尚需进一步完善。     

船用增压锅炉烟气涡轮级叶栅三维湍流流动的数值模拟

以某船用增压锅炉涡轮增压机组烟气涡轮级为研究对象，采用三维数值模拟技术和“混合平面”方法传递级间参数，利用标准κ-ε双方程湍流模型和耦合隐式求解器，通过求解三维雷诺平均守恒Navier—Stokes方程，来模拟烟气涡轮级叶栅三维湍流流动。文中给出了烟气涡轮级叶栅出口静压、总压、速度以及总温和静温等各参数的变化规律，对于烟气涡轮叶栅气动优化设计具有一定的参考价值。     

湍流扩散火焰中对基于混合分数的湍流燃烧模型的数值研究

根据条件矩模型(CMC)和小火焰面模型在模型构建上的相似,针对具有不同大小雷诺数和湍流-化学相互作用特性的非预混湍流射流火焰,对这两种模型进行了数值研究和比较.湍流燃烧模型采用Lagrangian型非稳态小火焰模型(LFM)和径向加权积分的CMC模型,而在H2/N2火焰的数值研究中还考虑了稳态小火焰模型的数值模拟结果....     

环形通道内空气湍流正在发展流与壁面辐射的耦合换热研究

对内环壁面加热、外环壁面绝热的圆环型通道,数值研究了空气湍流正在发展流与壁面辐射的稳态耦合换热。采用低雷诺数k-ε模型与SIMPLEC算法求解气流的湍流流动与对流换热,采用蒙特卡罗法求解壁面间的辐射换热,对流换热与表面间辐射换热通过绝热壁面边界条件进行耦合。通过模拟计算,分析了相关参数及物性变化的影响。研究结果表明,入口Re数与壁面发射率均对通道内的换热有重要影响;考虑空气物性变化与否所预测到的对流热流分布形态相差非常大,常物性下的模拟结果会导致对通道内热输运特性的不正确认识。     

A696转轮内部流场的数值模拟与分析

基于雷诺时均N-S方程、RNGκ-ε湍流模型和SIMPLE算法,采用FLUENT软件对A696混流式水轮机转轮进行了三维定常湍流数值模拟,获得了不同工况下的转轮内部流场的速度矢量、压力及流线分布规律,分析了转轮内的流动状态,对预测混流式水轮机转轮性能具有一定的参考价值。     

多级轴流压气机喘振特性分析

基于求解三维雷诺平均N-S方程,采用混合平面法并应用微机网络并行计算技术,结合Spalart-Allamaras一方程湍流模型,对某型多级轴流压气机非设计工况进行了数值计算,分析了近喘振工况下的流场特性。结果表明:在近喘振点时气流流量减小,在叶片吸力面尾缘处容易出现分离,而且叶根附近分离最强。数值模拟结果与实验数据吻合较好,可为压气机的设计和优化提供参考。     

等离子发生器燃烧流场的数值模拟

采用漩涡破碎(EBU)燃烧模型、κ-ε双方程湍流模型及SIMPLEC算法对等离子发生器内部的燃烧流场进行了数值模拟，得到温度场、压力场以及湍流脉动动能、湍流平均动能耗散率等参数分布图。     

进气道稳流试验装置内三维流动特性的数值模拟

使用FLUENT商业软件，采用RNG κ-ε湍流模型，对稳定流动实验条件下，不同进气道角度时切向进气道一气门一气缸内的流场，在两种气门升程下进行了三维数值模拟；分析了气道一气门一气缸内气体的稳态流动特性；总结了不同气道角度、不同气门升程时气道和缸内气体流动的变化规律。随着气门升程的增加，气道角度对缸内涡流的影响增大，并且涡流和滚流相互抑制。     

Vortices within the Separation Region in a Decelerating Channel Flow （Effect of Inlet Velocity Gradient）

An experimental investigation was made into three-dimensional separated flow and the vortices within the flow separation in a decelerating channel flow generated by the suction from a porous side wall. The flows along the side and bottom walls were visualized by the surface tuft method. The turbulent internal flow was measured by the split-film probe to investigate the turbulent flow including the reverse flow. In the flow visualization for the strong decelerating flow (the suction flow ratio:0.8), two typical flow patterns appear alternatively. One is that the flow near the bottom wall separates more upstream than the flow near the top wall and a clockwise vortex can be seen in the separation region. Another is the reversal flow pattern with a counterclockwise vortex. By the turbulent flow measurement using the split-film probe, two peaks of turbulence level are observed for the strong decelerating flow case. These peaks can be related with two flow patterns mentioned above.     

紊流工况下的滑动轴承性能分析

大机组轴承越来越多运行于紊流工况下，采用不同的紊流模型计算分析机组轴承的性能存在差异。该文目的是分析采用不同的紊流模型计算结果之间的差异，为选择紊流下轴承性能分析提供依据。该文对比了采用四种紊流模型对椭圆轴承性能的分析结果，包括最小膜厚、温升，流量、刚度阻尼等，并采用单元盘弹性转子一轴承模型讨论轴承的稳定性。分析结果显示，应该以分析目的和分析范围的不同来选择紊流模型。在稳定性分析中，采用青木弘模型计算结果比其他三种模型更趋保守；在轴承流量分析，对于纯紊流下分析可采用青木弘模型，对于层紊流过渡区可采用Ng-Pan模型。     

Forced turbulent heat convection in a square duct with non-uniform wall temperature

In the present work, the numerical simulation to calculate the problem of the turbulent convection with non-uniform wall temperature in a square cross-section duct was adopted. To solve this problem some assumptions for the flow, such as: the condition of fully developed turbulence and incompressible flow have been assumed. The methodology of the dimensionless energy equation was used to calculate the fluid temperature field in the square cross-section in function of the non-uniform wall temperatures prescribed. Numerical simulations were done using two different turbulent models to resolve the momentum equations and two more models to resolve the energy equation. The models of turbulence k-ε Nonlinear Eddy Viscosity Model (NLEVM) and the Reynolds Stress Model (RSM) were used to determine the turbulent intensities as well as the profiles of axial and secondary mean velocities. The turbulence model RSM was simulated using a commercial software. The thermal field was determined from other two models: Simple Eddy Diffusivity (SED), based in the hypothesis of the constant turbulent Prandtl number; and Generalized Gradient Diffusion Hypothesis (GGDH). In this last model, as the turbulent heat transfer depends on the shear tensions, the anisotropy is considered. These two last equation models of the energy equation of the fluid have been implemented in FORTRAN, a code of programming. The performances of the models were evaluated by validating them based in the experimental and numerical results published in the literature. Two important parameters of great interest in engineering are presented: the friction factor and the Nusselt number. The results of this investigation allow the evaluation of the behavior of the turbulent flow and convective heat fluxes for different square cross-sectional sections throughout the direction of the main flow, which is mainly influenced by the temperature distribution in the wall.     

PaSR湍流燃烧模型对典型湍流射流火焰的数值模拟

采用PaSR湍流燃烧模型对湍流燃烧研究中典型的甲烷湍流射流火焰进行了数值模拟.计算采用简化的化学反应机理,并将计算得到的平均温度场、速度场和各组分的分布与相应的权威实验数据进行了对比.对反应系统中流动和燃烧的不同时间尺度以及二者之间的关系作了探讨.计算结果表明,PaSR模型能够很好地模拟燃烧过程中流场和组分的变化.在火...     

齿墩内表面不同的两种体型齿墩式内消能工的数值模拟

为了研究两种体型齿墩式内消能工对管道内部水力特性的影响,采用FLUENT软件中的κ-ε数学模型模拟分析了齿墩内表面为平面(体型Ⅰ)和齿墩内表面为圆曲面(体型Ⅱ)两种体型消能工的流场、压力场、紊动能及水力参数等。结果表明,相同流速下齿墩内表面由曲面变为平面会扩大压强变化段长度和减小消能工出口处低压区的压强,且在大流速时体型Ⅰ在该区出现负压;消能工出口管壁附近会出现漩涡区,齿墩内表面由平面变为曲面,旋涡区域减小;紊动能的突变区域出现在消能工出口后,齿墩内表面由平面变为曲面会减小该区域的紊动能及其范围;齿墩内表面由平面变为曲面,消能工的消能率减小,流量系数加大,与其水力半径密切相关,为齿墩式内消能工的体型优化提供了依据。     

三流中间包中控流装置的冶金行为

中间包是连铸机中一个重要的冶金反应器,中间包内钢液流动行为直接影响着连铸坯的质量。因此,十分有必要利用水力学模型研究湍流控制器和多孔挡墙对三流中间包内流体流动的影响。研究结果表明,湍流控制器有助于提高活塞区体积分率,但是增大了死区体积分率;湍流控制器和多孔挡墙可以提高活塞区体积分率,同时减小死区体积分率;中间包内不安装控流装置或仅安装湍流控制器,中间包RTD曲线形状为细长型;而在中间包内安装湍流控制器和多孔挡墙后,中间包RTD曲线形状为矮胖型。     

方形旋风分离器内气固两相流湍流特性的研究

应用三维颗粒动态分析仪（3D－PDA）对方形下排气旋风分离器内气固两相流场进行了实验研究，并对流场、脉动速度、颗粒浓度、湍动能、湍流强度等的分布做了讨论。方形旋风分离器的流动具有Rankine涡 的特点，即中心部分为强制涡区，边壁附近是准自由涡区。边角处因颗粒与壁面间的相互碰撞引起的准层流运动，并使得颗粒湍流脉动强烈，湍流动能和局部湍流强度在边角附近取得较大值，表明此时两相流耗了气流的能量较多，是造成分离器压力损失的主要区域之一。边角有利于颗粒分离。研究结果为结构优化提供了基础数据，并为今后的数值模拟研究提供了实验对比。     

网格密度对内燃机冷态流场大涡模拟的影响

通过修改发动机多维CFD计算程序KIVA-3V,建立了内燃机压缩过程冷态流场的大涡模拟(LES)计算模型.利用此模型对内燃机压缩过程中缸内流场的水平速度及湍流动能进行分析,同时,分析了网格密度对内燃机缸内流场大涡模拟的影响.结果表明,当采用k-ε模型计算时,网格的精细程度对流场结构影响不大;在相同的计算网格下,与采用k-ε模型计算相比,采用LES计算显示了更为复杂的湍流结构,而且LES所能捕捉到的涡团结构范围要大于k-ε模型,计算得到的湍流动能也要低于k-ε模型;同时,网格越精细,这种效应越明显.     

An experimental study of turbulent flow in attachment jet combustors by LDV

Flame stabilization in attachment jet combustors is based on the existence of the high temperature recirculation zone, provided by the Coanda effect of an attachment jet. The single attachment jet in a rectangular channel is a fundamental form of this type of flow. In this paper, the detailed characteristics of turbulent flow of a single attachment jet were experimentally studied by using a 2-D LDV. The flowfield consists of a forward flow and two reverse flows. The forward one is composed of a curved and a straight section. The curved section resembles a bent turbulent free jet, and the straight part is basically a section of turbulent wall jet. A turbulent counter-gradient transport region exists at the curved section. According to the results, this kind of combustor should have a large sudden enlargement ratio and not too narrow in width. Project supported by the National Natural Science Foundation of China.