湍流模型在平板边界层分离流动中的应用

湍流边界层分离是自然界中常见的一种现象,由于其灵敏性,实验难度相当大,所见成功的实验少之又少。本文就目前比较流行的几种湍流模型（如κ－ε系列,κ－ω系列）应用于湍流平板边界层分离流动的计算,并就预测结果与直接数值模拟结果进行了比较。     

湍流模型在平板边界层分离流动中的应用

湍流边界层分离是自然界中常见的一种现象,由于其灵敏性,实验难度相当大,所见成功的实验少之又少.本文就目前比较流行的儿种湍流模型(如к-ε系列,к-ω系列)应用于湍流平板边界层分离流动的计算,并就预测结果与直接数值模拟结果进行了比较.     

求解管内非耦合湍流流动对流换热系数的有限元差分法

给出了基于有限差分理论的一种数值方法,可用以计算非耦合湍流管内流动及其对流换热状况。数值计算结果收敛,和实验结果相基本符,证实了该方法的可行性。／     

三种湍流模型模拟能力的对比

采用中心有限体积，Runge-Kutta方法显式求解三维Reynolds平均Navier-Stokes方程，使用三种湍流模型数值模拟跨声速及超声速流动。着重介绍半方程J－K模型的两个改进版本：J－K90A模型和J－K92模型，该模型对分离流动有较好的模型能力。J－K模型92年版本具有更好的模拟大攻角，大分离流动的能力，它能较准确地模拟背风面涡的结构与强度，同时能更好地模拟壁面压力分布，当流动存在较强激波时，平衡态的Baldwin-Lomax模型模拟的激波位置明显地靠后。对于附体或中等分离的流动，三种湍流模型都能得到与实验结果吻合良好的结果。     

平板边界层湍流的数值分析

对于不可压缩平板边界层的时间模式的直接数值模拟（DNS）而言,在转捩后继续计算,就可以得到湍流直接数值模拟结果．分析计算结果发现,当湍流充分发展后,其平均流剖面、各种量的脉动均方根值和雷诺应力等沿平板法向的分布都具有相似性．不过,从转捩完成至湍流充分发展之间有一过渡过程,其间上述相似性不成立．这一结果为简化但又较准确地计算工程技术问题中的湍流提供了一种可能性．此外,还分析了其他一些湍流特征,如形状因子和位移排移厚度随时间的演化规律．为了观察到相干结构,须将展向的计算域缩小一半,以增加分辨率,研究结果表明,湍流边界层近壁区存在相干结构,其主要表现是准流向涡或涡对．     

基于Fluent UDF的γ-Reθt转捩模型高超声速修正初步研究

为了提高γ-Re_θt转捩模型在高超声速转捩预测中的精度,在γ-Re_θt转捩模型中引入了马赫数和雷诺数来反映高超声速流动的可压缩效应,并基于响应面法重新构造了涡雷诺数与动量厚度雷诺数之间的拟合关系式,使得γ-Re_θt转捩模型可适用于高超声速流动。考虑到实际应用,利用用户自定义函数(UDF)功能对商业软件Fluent中的γ-Re_θt转捩模型的Re_θc和F_length函数进行了修正,并采用高超声速平板和钝锥对修正的γ-Re_θt转捩模型进行了检验和验证。与原始γ-Re_θt转捩模型以及实验数据相比,改进的γ-Re_θt转捩模型可以成功地预测由边界层转捩引起的斯坦顿数的变化,并且对转捩起始位置的预测精度较原始模型有明显改善。     

穿层固粒在湍流边界层内的运动特性

本文对稀固相气固两相湍流边界层流动，在平均场的意义和在固粒不影响边界层特性与忽略固粒相互作用的假定下，分析了穿层团粒所受作用力及其它因素对固粒运动特性的影响，研究了固粒穿越边界层后碰撞壁面时的不同现象，提出了湍流边界层内固粒运动特性分类准则，并且从磨损的角度探讨了气固两相边界展流动研究的前景。     

回转体微沟槽面湍流边界层流动实验测量

为了揭示具有减阻功能的沟槽面湍流边界层与光滑面湍流边界层流动的差异,结合粒子图像测速技术对流场无干扰及高精度全场测量的技术优势,在拖曳水池中,采用随车式PIV测量系统,开展了水下回转体分别粘贴微沟槽薄膜和光滑薄膜时的壁面湍流边界层流动显示及速度测量试验,对比分析了微沟槽薄膜湍流边界层和光滑薄膜湍流边界层的速度、速度梯度和流线分布图,说明了微沟槽对湍流边界层流动特征的影响规律:微沟槽薄膜有利于保持回转体壁面边界层流动的稳定,能够减少壁面涡的强度和发生频率,并降低近壁面区的速度梯度.     

流体粘弹性对湍流流动与传热的影响

本文采用混合长度理论和二阶流体模型,从理论上计算了阻力系数与换热系数。结果表明了流体粘弹性的减阻效应与对换热系数的影响。     

沟槽面在湍流减阻中的应用

对近些年来的沟槽面湍流减阻技术的工业应用方向 ,沟槽的几何形状和尺度、流场压力梯度、沟槽面放置方式对于沟槽减阻效能的影响 ,沟槽面对于湍流边界层流动特性的影响 ,沟槽面的湍流减阻机理几方面研究进展进行了综述。从湍流拟序结构理论出发提出 :具有减阻效应的沟槽面不但能通过控制低速制条带间距来降低湍流“猝发”频率 ,而且在“猝发”后的高速“下扫”过程中因其几何结构使藏在槽内的安静流体避免或部分避免因高速“下扫”而“诱导”出较大速度剪切层 ,从而实现减阻。同时指出需要利用先进的实验技术如PIV等图像处理手段并结合直接数值模拟对湍流边界层的瞬时流场进行研究 ,以其找出湍流边界层的流动结构及其运动规律。     

γ-Re_θ转捩模型在风力机翼型数值计算中的应用

很多湍流模型忽略了层流区域的存在,但实际流动在翼型某位置处开始转捩,此时模型显然偏离实质,计算结果精度较低。因此加入γ-Reθ转捩模型,将转捩动量厚度雷诺数Reθ作为经验关联函数来控制边界层内间歇因子γ的生成,再通过间歇因子来控制湍动能产生项,使湍流模型在层流区域失效。首先为了验证数值计算的准确性,采用上述方法针对风力机翼型A2121,在高雷诺数4×106下对几种典型攻角的气动性能进行计算,对比普通全湍流模型、湍流转捩模型和风洞试验的计算结果,发现湍流转捩模型结果更精确。之后在更大攻角范围-10.14°~25.09°内,采用此转捩模型数值方法进行气动仿真,发现其总体计算结果与风洞试验实验数据较吻合,验证了此数值方法的正确性和有效性。     

不同来流条件及沙波形态对沙波湍流场的影响

目前,对沙波问题的研究主要侧重于对沙波形成机理的研究,对于沙波形态、水流条件与沙波湍流场之间的关系,相关的研究成果相对较少。通过建立概化后的沙波模型研究其湍流场的分布结构,分析了来流雷诺数与沙波形态对湍流场的影响。研究表明:回流区的形态、大小和再附着点的位置受雷诺数的影响较大,高雷诺数下的沙波湍流与后台阶流动有一定的相似性;在充分发展的湍流当中,回流区的长度比会随着沙波波陡的增大而减小,但同等条件下,迎、背流面水平距离比值大小不影响回流区长度,仅影响回流区在垂向上的形态以及回流强度。     

涡流比对直喷式柴油机缸内湍流流动规律的影响

用三维数值模拟的方法研究了不同涡流比下直喷式柴油机缸内湍流流动的规律。涡流比变化时 ,燃烧室内的湍动能、流场结构及温度分布有很大的差异。本文给出了涡流比对湍动能、流场结构和温度分布变化规律的影响。     

基于Fluent的边界层转捩仿真研究

基于Fluent软件,利用已有的RANS求解器,采用SST k-omega湍流模型,对Aerospatiale-A翼型流体绕流问题进行了数值模拟,分析了不同攻角下翼型流场的速度与压力分布云图,并在攻角为13.1°与13.3°条件下,将仿真计算结果与国外风洞实验数据进行了对比分析。结果显示,在该条件下,能够观测到边界层转捩现象,并且直接数值模拟结果与已有的风洞实验数据吻合,验证了仿真结果的可靠性。     

用不同湍流模型预测机翼边界层分离区

介绍了机翼气流分离区的预测方法和不同湍流模型对其预测结果的影响。分析了C-S模型用于分离流计算的缺点,提出了对模型的若干种改进方案,并通过实例计算说明它们的应用效果。还给出了使用k方程模型求解边界层分离流问题的技术细节与技巧,对计算结果与代数模型结果以及试验结果作了比较。结果表明,对C-S模型的原型作适当修正是必要的,修正内容包括在外层粘度系数定义时用流向位移厚度来取代三维位移厚度,并计入壁面流线角影响;在定义内层粘度系数时,需计入压力梯度影响和横向与纵向旋涡粘度比的影响。     

基于KIVA的内燃机燃烧室内湍流流动的数值模拟计算

内燃机缸内湍流的研究是个十分重要而且复杂的课题,数值模拟技术为其提供了有效的研究方法.本文利用CFD软件KIVA分别采用标准k-ε,RNGk-ε模型在无旋流和有旋流的两种工况下,对轴对称的ω型燃烧室内的湍流流动进行二维和三维数值模拟计算,并把计算结果与实验数据进行对比,得到了内燃机缸内湍流流动的特性.本文为内燃机港内湍流研究提供了一种比较好的研究方法,此方法和计算结果为内燃机的性能开发与优化设计提供依据.     

三维湍流流动计算方法在中小型混流式转轮增容改造中的应用

针对连续某电站水轮机转轮增容改造,基于k-ε模型的全三维湍流计算技术在流动计算中的应用,给出了混流式转轮在贴体坐标系下的湍流计算的基本方程组。应用该方法编制的程序对该电站水轮机转轮进行了优化后的主要流动计算,并设计制造出了新转轮。经实际运行验证,达到了预期性能,效果很好。     

用平均速度剖面法测量湍流边界层壁面摩擦速度的对比研究

介质阻挡放电（DBD）激励器具有重量轻、无运动部件、易用及响应快等优势,在流动控制应用中受到广泛关注。等离子体湍流边界层减阻是DBD流动控制诸多应用之一,但DBD湍流减阻机制还需进一步探究。文章通过试验研究来流速度为10 m/s时DBD激励对平板湍流边界层摩擦阻力的影响。试验使用油膜干涉法测量摩阻的变化,利用热线风速仪和粒子图像测速系统（PIV）得到边界层内速度分布。其结果显示,在等离子体激励的作用下,测得的壁面摩擦因数减小。等离子体激励通过减小边界层缓冲层和对数区的速度,减少雷诺切应力以及湍动能,抑制了相干结构的发展,从而达到减阻的效果。

     

湍流边界层微小尺度流动结构的精细实验测量

用热线风速仪以高于对应最小湍流时间尺度的分辨率,精细测量风洞中平板湍流边界层不同法向位置的流向速度时间序列信号.用子波分析对湍流脉动速度信号进行多尺度分解,用自相关法得到不同尺度湍涡结构的实际物理时间-空间长度,研究了子波分析的分尺度参数与湍流分尺度湍涡结构实际物理时间尺度的对应关系.并由实验测量得到的耗散尺度及泰勒微分尺度研究了耗散尺度、泰勒尺度等湍流微小尺度在湍流多尺度谱中的定位,分析了它们沿平板湍流边界层法向位置的变化规律,用多尺度条件采样方法提取了湍流边界层中微小尺度流动结构的条件相位平均波形.     

圆柱坐标系下非轴对称三维湍流流动的离散化代数方程

以ＳＩＭＰＬＥ算法为基础,建立了圆柱坐标系下非轴对称三维湍流流动离散化的代数方程,从而可以对非轴对称三维湍流流动进行数值模拟。