一种EASM k-ω两方程湍流模型的应用研究

显式代数应力(EASM)模型是一种比线性涡粘模型(LEVM)更高级的非线性构成模型.这类构成模型用平均速度梯度、平均应变率和旋转应变率张量,给出了更高级的湍流剪应力表达式.通过把EASM构成模型和k-ω两方程模型耦合到一起,可得到一种更高级的EASM k-ω两方程湍流模型.采用这种非线性的构成模型后,可以极大地拓展湍流模型的应用范围,提高数值计算精度.在求解湍流流场时,Navier-Stokes(N-S)方程和EASM k-ω两方程湍流模型的控制方程采用非耦合方法求解,通过对平板、RAE 2822超临界翼型、ONERA M6机翼等标准算例的计算,验证了此种湍流模型对湍流流场的预测能力,数值计算结果与理论分析或实验值吻合良好.     

不同湍流模型在小尺寸换热器CFD计算中的应用与比较

为了研究不同湍流模型在换热器流场和传热计算中的适用性,运用计算流体力学软件对粘性流场中小尺寸换热器性能进行了计算研究.分别采用Spalart-Allmaras湍流模型、标准模型k-ε和可实现k-ε方程模型模拟了换热器在不同质量流率下的出口温度、总换热量、壳程压降等有关参数.由3种湍流模型的CFD计算结果与Bell-Delaware理论计算值的对比得出:Spalart-Allmaras单方程湍流模型对换热器性能的数值计算存在明显的缺陷,表明该模型不适合于模拟计算换热器壳程的流动;标准k-ε湍流模型和可实现k-ε湍流模型下的CFD分析相对于SpalartAllmaras单方程湍流模型有所改进,但这种改进仍然没有抛弃物质粘性零影响的假设的基础,因此其对湍流精度的改进是有限的;可实现k-ε湍流方程模型下的CFD计算值与Bell-Delaware理论值最为接近,可实现k-ε湍流方程模型对于小尺寸的换热器仿真具有较其他两种模型更强的数值模拟能力.     

一种EASM κ—ω两方程湍流模型的应用研究

显式代数应力(EASM)模型是一种比线性涡粘模型(LEVM)更高级的非线性构成模型。这类构成模型用平均速度梯度、平均应变率和旋转应变率张量，给出了更高级的湍流剪应力表达式。通过把EASM构成模型和κ-ω两方程模型耦合到一起，可得到一种更高级的EASMκ-ω两方程湍流模型。采用这种非线性的构成模型后，可以极大地拓展湍流模型的应用范围，提高数值计算精度。在求解湍流流场时，Navier-Stokes(N—S)方程和EASMκ-ω两方程湍流模型的控制方程采用非耦合方法求解，通过对平板、RAE2822超临界翼型、ONERA M6机翼等标准算例的计算，验证了此种湍流模型对湍流流场的预测能力，数值计算结果与理论分析或实验值吻合良好。     

柴油机高压进气流动模拟中的湍流模型应用研究

针对柴油机功率密度提高后,进气流动马赫数增大导致严重的流动分离现象,采用k-ε和k-ζ-f湍流涡粘度模型,对U型通道内的气流的运动进行了数值模拟.结果显示k-ζ-f湍流模型能更有效地捕捉到分离流动现象.建立了等效进气门模型,应用三维CFD技术模拟了进气流动速度场,与PIV试验结果对比表明,k-ζ-f模型能更准确地表征进气流动的旋涡和流动分离现象.选择k-ζ-f湍流模型对柴油机直进气道在高压差进气条件下的流量系数进行了模拟,与试验结果吻合良好.     

气泡羽流的双流体两方程湍流模型

从双流体概念出发,结合气—液两相流的特点,建立了描述两相湍流流动两方程模型,两方程为液相湍动能（ｋ）方程和湍动能耗散率（ε）方程．通过对各时均运动方程和两方程中三阶以下湍流相关项作模型化处理,完成了两相流基本方程组的封闭,并将模型用于均匀环境中圆形气泡羽流的数值计算,初步证实了其正确有效性．     

水平轴风力机的叶片设计与基于CFD的流场分析

选用NACA44系列翼型,基于经典的Glauert旋涡理论进行风轮模型设计。在FLUENT软件中采用不可压N-S方程和k-ωSST两方程湍流模型对该风力机进行三维旋转流场的数值模拟,得到流场的流动细节与流动特性,从而对风力机流场进行分析。探索性地研究了三维旋转流场物性参数的分布特征以及叶片周围流场的分布规律。     

气泡羽流的双流体两方程湍流模型

从双流体概念出发,结合气－液两相流的特点,建立了描述两相湍流流动两方程模型,两方程为液相湍动能方程和湍动能耗散率方程,通过对各时均运动方程和两方向中三阶以下湍流相关项作模型化处理,完成了上流基本方程组的封闭,并将模型用于均匀环境中菜气泡羽流的数值计算,初步证辽产其正确有效性。     

局部通风流场模拟解算湍流模型k-ε值计算方法研究

为了使数值模拟试验研究得出的结果与实际情况相符,在模拟软件中对模拟参数的设置就显得非常重要.数值模拟试验中,当采用k-ε模型对流场进行数值模拟时,湍动能k和湍动能耗散率ε的值对流场解算结果有着重要影响.不同的湍动能和湍动能耗散率计算方法得出的k,ε值不同.对于局部通风流场,采用不同的湍动能和湍动能耗散率计算方法模拟解算结果不同.通过模拟k和ε分别采用3种方法计算时局部通风掘进工作面的流场分布,对比不同计算方法时各断面的最高风速、断面风量的解算结果,且与日本富田的试验结果进行比较,提出了局部通风流场适合采用的湍动能和湍流耗散率计算方法,为掘进工作面流场的研究提供了参考.     

不同湍流模型在射流推力矢量喷管数值模拟中的比较分析研究

利用数值模拟手段,分别求解以SA、SST k-ω、EASM k-ω或k-ζ湍流模型封闭的RANS方程,针对激波控制射流推力矢量喷管展开研究,在多个主喷流压比NPR(4.6,7.0,8.78,10.0)和次主流压比SPR(0.7,1.0)下,系统考察了四种不同湍流模型对射流推力矢量喷管性能参数及主喷管内壁面压力分布的预测能力,探讨了激波控制产生推力矢量随不同参数的变化规律。并基于数值分析,定量给出了二次射流所带来的主喷管性能损失。数值计算结果表明,四种湍流模型都能比较准确预测出射流推力矢量喷管的性能参数,在激波捕捉和压力预测方面,相对而言SST k-ω模型最为准确。     

圆柱绕流涡致振动的平面湍流数值模拟

为了研究工程中存在的湍流涡致振动问题,应用平面湍流k-ε模型和重整化群k-ε模型,结合分块耦合方法及任意拉格朗日欧拉法（ALE）数值模拟了圆柱绕流涡致振动,求解基于非交错网格系统, 其中包含满足连续性方程的压力泊松方程解法.计算了湍动能、湍流耗散率、湍流黏性系数及柱面涡量的变化情况.结果表明,当雷诺数为5 000～2×105时计算所得的阻力系数与实验数据吻合良好.研究发现,在涡致振动情况下的湍流耗散率比固定圆柱涡脱落情况下小得多,湍流黏性系数与雷诺数呈对数律增长.     

基于两方程湍流模型的DES方法在超音速圆柱底部流动计算中的应用

采用基于M enter k-ωSST两方程湍流模型的脱体涡模拟(D etached Eddy S im u lation,DES)方法,求解N av ier-Stokes方程,数值模拟了超音速下圆柱底部的大分离流动。脱体涡模拟在近物面区采用雷诺平均方法,在其它区域采用Sm agorinsk i大涡模拟方法,兼具前者计算量小的优点和后者能模拟大分离湍流流动的优势。与雷诺平均方法的计算结果进行对比发现,DES方法可以更好地模拟分离涡的发展,得到的底部径向压力分布的时间平均值与实验值吻合。     

用非线性三方程模型计算内燃机缸内湍流流动

内燃机整个工作循环中 ,其缸内流体始终进行着极其复杂而又强烈瞬变的湍流运动 ,正确地模拟和分析内燃机的燃烧和排放 ,离不开对缸内湍流运动的正确描述和模拟。把一个非线性三方程k -ε -A2 .湍流模型修正后应用于内燃机缸内湍流计算 ,此模型采用了雷诺应力张量和应变张量的三阶相关关系 ,表示雷诺应力张量和应变张量相关关系方程式中出现的雷诺应力第二不变量A2 是通过求解其输运方程得到的 ,计算采用任意拉格朗日欧拉法。用此模型对几种内燃机内的缸内流场进行计算 ,给出了用非线性三方程模型计算得到的结果 ,并与标准的k -ε模型算得的结果和实验结果进行了比较 ,结果表明 ,此模型适合于计算内燃机缸内湍流流动     

基于贝叶斯推理的标准k－ε湍流模型参数识别

为了降低湍流模型湍流参数不确定性给工程湍流问题求解带来数值误差,以后台阶流动为例研究了适用范围很广的k-ε湍流模型的参数识别问题.针对模型和实验数据的不确定性而采用了贝叶斯概率反演方法,该方法集成了有限单元法的正向计算和Metropolis-Hastings抽样算法的反向计算,从而给出在流速测量值已知的条件下标准k-ε湍流模型参数的后验概率分布.算例计算表明,采用参数识别后的参数值进行计算比传统推荐值有效地降低了数值误差.     

影剧院观众厅上送下回气流分布形式的数值模拟研究

采用计算流体动力学(CFD)方法,研究了上送下回的气流组织方案下某影剧院观众厅的室内热环境.选用了零方程湍流模型进行数值模拟,首先验证零方程模型应用于高大空间气流组织模拟的准确性,再对比分别采用零方程模型与标准k-ε方程模型进行数值计算的收敛时间,得出零方程模型工程效率更高的结论,然后采用零方程模型,分别对原气流组织方案和改进方案进行数值模拟,计算得出两种方案的温度场和速度场云图并进行对比.分析得出,气流组织方案改进后,送风口使用散流器,回风口布置在观众厅后部,室内温度场和速度场得到明显改善.同时,研究也表明,用CFD技术分析影剧院观众厅的气流分布并提出优化方案是一种节约时间、人力和物力的高效手段.     

湍流模型在翼身组合体流场数值模拟中的应用研究

通过求解三维Reynolds平均Navier-Stokes方程，采用4种湍流模型：代数B—L、J—K90A／J—K92模型和两方程k-g模型，分别数值模拟了ONERA—M6机翼、细长旋成体及NASA TN D-712翼身组合体标模的跨声速及超声速流场。计算结果表明，对于附体及小分离流动，4种湍流模型的数值计算结果与实验值吻合良好；对于强激波、大分离等具有强烈上游历程效应的粘性流动，k-g和J-K模型较B—L，模型有更好的模拟能力；对于具有多体干扰的复杂流场，k-g模型的表现则优于其余3种模型。     

应用Realizable k-ε湍流模型的振荡水翼绕流数值模拟研究

采用计算流体力学软件Fluent提供的Realizable k-ε湍流模型计算了振荡水翼的绕流问题,利用有限体积法求解雷诺平均N-S方程,空间离散应用二阶迎风格式,速度—压力耦合格式为SIMPLEC格式;为了验证该数值格式及湍流模型,计算了文献中的算例并做了对比;考察了不同参数对振荡水翼周围流场及受力特征的影响,研究表明在一定水翼攻角条件下,水翼振幅及振荡频率均对振荡水翼的涡结构产生发展及其受力特征具有明显的影响.     

不同湍流模型在螺旋桨水动力性能计算中的应用与比较

为了研究不同湍流模型在螺旋桨水动力性能预报中的适用性,运用计算流体力学软件对粘性流场中螺旋桨的敞水性能进行了计算研究.分别采用标准模型k-ε、RNGk-ε模型和雷诺应力方程模型(RSM)模拟了敞水螺旋桨在不同进速系数下的推力系数、转矩系数等.由3种湍流模型的预报结果与试验值的对比得出:标准模型对螺旋桨水动力性能的数值预报存在明显的缺陷;RNGk-ε模型相对于标准k-ε模型有所改进,但这种改进仍然没有抛弃基于涡粘性假设的基础,对预报精度的改进是有限的;而RSM模型完全抛弃了涡粘性假设,完全求解雷诺应力的微分输运方程,并且考虑了壁面对雷诺应力分布的影响,因此具有较其他2种模型更强的模拟能力.     

导弹尾焰对其飞行性能的影响研究

基于压力隐式算子分裂（pressure implicit with splitting of operators, PISO）算法,通过求解Navier-Stokes方程,对不同尾部形状的弹体在M∞=1.2～10飞行条件下发动机内流场、尾焰及弹体绕流形成的干扰流场进行了一体化数值仿真,得出了马赫数、弹体表面压力等流场参数的分布.用TTM方法生成结构网格,采用标准k-ε两方程湍流模型.结果表明：尾部形状为直角时,M∞越大,尾焰膨胀与边界层分离越弱,尾焰诱导激波越靠近弹体尾部;尾部形状为环形时,尾焰对导弹飞行性能影响较小.计算结果与试验数据吻合,可为工程设计提供参考.     

90°圆截面除尘管道流场特性的数值模拟与分析

针对除尘设备中的90°圆截面弯曲管道,从不可压缩雷诺时均Navier-Stokes方程出发,建立了除尘管道内计算流体动力学(CFD)仿真模型.采用Realizable k-ε双方程湍流模式,应用控制容积法和结构化网格进行离散,并在近壁区采用标准的壁面函数法修正,完成了管道内湍流流场评价指标的数值模拟.     

平衡大气边界层自保持及TTU风压数值模拟

构造合理且满足水平均匀性的大气边界层是计算风工程的一个重要难题.基于雷诺平均方法,采用标准k-ε湍流模型,结合RichardsHoxey入口条件,对数值风洞的顶面边界条件施加剪切应力修正,进行二维空流场的平衡大气边界层模拟,给出了一类能够较好满足大气边界层自保持要求的流场边界条件.并将此类边界条件同时运用到标准k-ε湍流模型和SST(shear stress transport)k-ω湍流模型中,针对美国德克萨斯技术大学模型场地试验进行三维流场全尺寸数值模拟,验证了所提边界条件对上述两类双方程湍流模型在低矮建筑钝体绕流的适用性.