气膜冷却计算中湍流黏性系数的修正

燃气轮机高温叶片气膜冷却中的复杂涡系结构使得流动传热很难被准确预测.本文基于平板气膜冷却数值和实验研究结果,指出雷诺平均算法中常用的湍流模型在射流侧向输运和二次涡的捕捉上具有相当的局限性.文中对湍流黏性系数提出了各向异性对数率涡黏模型(ALEV模型)修正,基于ALEV模型修正后的湍流模型增强了射流的侧向输运,减弱了二次...     

各向异性涡黏模型在通道分离流动中的应用

本文针对燃机带肋冷却通道发展了一种考虑近壁特性和远壁流动各向异性特点的代数各向异性涡黏模型。本文针对肋片处分离流动的各向异性特点,结合隐式代数应力模型和各向同性涡黏模型,推导各向异性因子修正三个正向涡黏系数,反映正雷诺应力的各向异性特点。同时,通过近壁分析完善k和ε封闭形式。将各向异性涡黏模型应用到,1)后台阶流动预测中,湍流流动预测精度提高约10%;2)带90°肋通道流动传热预测中,平均流动预测精度得到改善,传热预测精度提高6%~10%。结果表明,本文针对内冷通道的分离流动作出的各向异性修正是有效的。     

湍流黏性修正在不同孔型气膜计算中的应用

燃气轮机气膜冷却流动中的复杂涡系使得其湍流黏性系数体现出很强的各向异性。本文采用作者提出的代数各向异性湍流黏性系数修正方法(AAEV方法),对不同孔型气膜冷却进行了研究。文中结合平板圆孔、扇形孔气膜冷却实验结果,将传统的湍流模型与修正后的湍流模型获得的模拟结果与实验值进行了比较,得到修正后的结果与实验有较好的吻合度。修正后的湍流模型对不同的孔型有很好的适用性,同时揭示了两种孔不同的三维特性。     

应用分离涡模型计算斜圆柱孔气膜冷却

分离涡模型(DES,Detached eddy simulation)兼有雷诺时均湍流模型计算量较小和大涡模拟计算精度高的优点。本文利用DES对平板单斜圆柱孔的气膜冷却进行了数值模拟,并将结果同RANS湍流模型的计算结果以及实验数据相比较,表明DES能有效弥补RANS湍流模型在计算三维不均匀非定常湍流场的不足,更接近实际地反映了气膜冷却中的流动和换热的本质规律。     

粘弹性减阻流动的雷诺应力模型研究

针对由Giesekus本构方程描述的粘弹性槽道减阻流动,建立了低Re数雷诺应力模型.通过与DNS数据的比较,该模型对平均速度、平均变形、减阻率和应力的预测较准确,而对时均速度剖面和脉动速度强度的预测精度有待提高.另外,对雷诺应力再分配项(压强变形率相关项)的模化有待改进.     

使用RSM模型对旋风除尘器内湍流各向异性的数值模拟

旋风除尘器内三维湍流流场具有典型的各项异性,本文采用雷诺应力模型求解该流场得到了三维湍流流场的详细数据,得出了雷诺应力6个分量的分布图,揭示了这类强旋流流场湍流各向异性的特征。典型的几个算例的实践表明:采用雷诺应力模型求解这类流场非常必要,它能较好地反映这类流场的真实物理流动;与相关实验数据的比较表明吻合性较好,显示了本文算法的可行性;计算中发现,发展非结构网格更有利于模拟壁面附近的流动,并节省计算机内存。     

气膜冷却圆孔射流输运特性的大涡模拟研究

气膜冷却是燃机透平的关键冷却技术,其中射流问题又是气膜冷却的核心物理问题,本文采用大涡模拟方法研究了圆孔冷却射流的输运特性.文中首先采用流向准周期性方法实现了稳定的壁面湍流生成功能.通过对槽道湍流的大涡模拟验证,指出了在两种对流项格式下解析壁面湍流所需要的网格尺度,同时针对六种亚格子模型进行了验证.文中还发展了基于曲面...     

气膜冷却温度场预测的标通量模型评估研究

气膜冷却是燃机高温透平叶片的关键冷却技术，准确高效地预测气膜冷却的温度场对于冷却设计具有重要意义。本文针对圆孔射流密度比(DR)为1、速度比(V R)为0.46的工况，基于大涡模拟(LES)的流场数据，单独求解采用不同标通量模型的时均标量输运方程，对比分析了各个模型的预测效果及其参数影响。评估的标通量模型包括梯度扩散模型(GDH)、广义梯度扩散模型(GGDH)和高阶广义梯度扩散模型(HOGGDH)。结果显示，GDH对射流核心的流向扩散预测较弱，对于温度场的分离再附特征也不能准确捕捉。GGDH和HOGGDH模型能够较好地预测下游扩散，对分离再附现象也有较好的反映。本文进一步指出，GGDH和HOGGDH模型引入雷诺应力从而隐含了垂直于标量梯度的输运模式，使其对温度场的预测更为准确。     

湍流度对单排圆孔及后扩孔气膜冷却的影响

通过传热-传质类比法研究了湍流度对单排圆柱孔及后扩孔气膜冷却效率的影响.计算结果表明,小吹风比M=0.5时,圆柱孔与后扩孔的壁面冷却效率相当,湍流度趋向于在整个下游区域使冷却效果恶化;大吹风比M=2时,后扩孔产生的壁面气膜冷却效率的提高明显,而湍流度的提高强化了冷却剂向壁面的扩散,削弱了冷却气膜脱离壁面的现象,趋向于在整个下游区域提升冷却效率.     

k－ε－PDF两相湍流模型和台阶后方气粒两相流动的模拟

本文提出了两相湍流的ｋ－ε－ＰＤＦ模型。ＰＤＦ模型所得的湍流两相流动的统计平均方程，与雷诺时均方程有相似的形式，但ＰＤＦ模型可精确计算出颗粒相各方程的脉动关联项。本文将该模型用于预报台阶后方湍流两相流动，与ｋ－ε－ｋｐ模型相比，它可以更合理地预报出颗粒湍流的各向异性。     

不同主流进口湍流度下的超音速气膜冷却

本文通过数值模拟的方法计算并分析主流进口湍流度、冷却流进口高度和进口马赫数对超音速气膜冷却的影响。计算结果表明,主流进口湍流度对超音速气膜冷却有较大影响,增大主流进口湍流度会减弱超音速气膜冷却效率,同时还表明,增大冷却流进口高度以及进口马赫数,能减弱主流湍流度对超音速气膜冷却的影响。     

下降管中稠密两相湍流的数值模拟

本文将统一二阶矩两相湍流模型和颗粒动力学理论结合,推导并封闭了稠密两相流考虑颗粒间碰撞的统一二阶矩两相湍流模型。该模型用颗粒动力学理论模拟颗粒之间的碰撞,用各向异性的统一二阶矩模型考虑气相和颗粒相的湍流脉动,并用输运方程描述气固两相湍流之间的相互作用。最后用该模型对下降管中的气粒两相流动进行了模拟,模拟所得的沿径向颗粒浓度分布和速度分布与实验吻合较好,预报结果也反应出了颗粒雷诺应力的各向异性。     

稠密气固流动二阶矩摩擦应力模型和模拟

基于统一二阶矩两相湍流应力模型和稠密颗粒动力学理论,建立了欧拉-欧拉双流体二阶矩颗粒摩擦应力模型。模型充分反映各向异性的气固两相相间雷诺应力相互作用,并引入有效颗粒弹性恢复系数,考虑了因颗粒表面不光滑产生的摩擦力对湍流流动结构和颗粒弥散特性的影响,对于下降管的计算结果与实验吻合较好。因颗粒摩擦产生能量耗散降低了颗粒温度和导致颗粒雷诺应力再分布。在入口和出口区域因颗粒碰撞频率较高而产生的能量耗散对流动结构影响明显。     

扩压叶栅端壁角区流向涡对湍流特性的影响

本文用三维激光多普勒测速技术测量了平面扩压叶栅的叶片吸力面角区流动湍流特性，如紊流动能分布、雷诺应力分布等．分析了角区内流向涡和通道涡对湍流特性分布的影响，结果表明：流向涡的核心区域及旋涡与附面层相互作用区域的湍流动能增加．同时，旋涡和旋涡运动强烈影响着雷诺正应力和切应力的分布规律．     

旋流两相流动的DSM—PDF两相湍流模型

本文提出了气相雷诺应力方程模型和颗粒概率密度输运方程模型相结合而构成的ＤＳＭ—ＰＤＦ两相湍流模型,并用该模型和ｋ－ε－Ｋｐ模型模拟了文献中测量的旋流数为０．４７的旋流突扩气粒两相流动．和测量结果的对照表明,两模型都能较好地模拟族流数不高的两相流动平均速度场,但ＤＳＭ—ＰＤＦ模型可以揭示出两相湍流的各向异性,因此有预报强旋两相流动的潜力．     

基于湍流模型的转捩流动数值计算研究

本文通过求解雷诺平均NS方程,采用基于k-ω模型和添加控层流动能方程的三方程湍流模型计算转捩流动。相对于基于实验的转捩关系式模型,本模型对叶轮机械复杂的流动环境提供了更加真实的物理意义.ERCOFTAC T3系列实验和低压涡轮叶栅的算例表明该模型能够自动捕捉流动的转捩过程,但还需要进一步修正以能更加准确考虑各种因素对转捩的影响。     

PDF方法模拟钝体驻定的湍流扩散火焰

采用标量联合的概率密度函数方法,对钝体驻定的湍流射流扩散Sydney火焰HM1进行数值模拟,结合当地自适应建表方法加速化学反应计算,用修正的LRR-IP雷诺应力模型求解速度场.首次对3种不同规模的甲烷化学反应动力学机理进行研究,并与实验数据进行比较,结果表明,模型和反应机理很好地预测了速度场和标量场的变化及局部熄火现象,而考虑反应机理中的C2化学对火焰HM1的影响不大.     

旋流和无旋突扩流动的LES和RANS模拟

本文用smagorinsky-Lilly亚网格尺度湍流模型对旋流突扩流动(s=0.53)和无旋突扩流动(s=0)进行了大涡模拟(LES模拟),同时分别用压力应变项为IPCM和IPCM+Wall模型的雷诺应力方程模型进行了RANS模拟,和LES的统计结果对比。LES的统计结果与雷诺应力模型的模拟结果及实验对照表明,LES结果与实验结果的吻合比雷诺应力模型的好,说明所用的亚网格尺度湍流模型对旋流流动是适用的,LES结果是可信的。LES的瞬态结果揭示出在旋流作用下,流场中存在复杂的旋涡脱落现象。大涡结构极易破碎成小涡,而在无旋突扩流动的情况下,由于剪切的作用更强,大涡结构的尺寸和范围比旋流流动的要大。     

旋涡流化床悬浮空间强旋湍流回流流动的数值模拟

旋涡流化床悬浮空间强旋湍流回流流动是十分复杂的湍流流动过程。本文基于对旋涡流化床悬浮空间气固两相悬浮流动规律的认识和强旋湍流各向异性的特点,建立和发展了适用于旋风流动的雷诺代数应力模型(ASM),使其既能体现雷诺应力输运方程的基本特征,又具有模型简单和计算经济的优点。结合压力速度校正的SIMPLE算法程     

基于压敏漆的带横槽气膜冷却实验与数值研究

为改善燃气轮机高温透平叶片的设计,使用压力敏感漆实验技术和数值方法对平板气膜冷却进行对比研究,分析了0°、45°和90°复合角时,有无横槽结构对圆孔气膜冷却的影响。结果表明有复合角时横槽结构能显著提高气膜冷却效率,因为横槽壁对射流形成阻碍作用,在横槽内形成侧向涡,加强了由复合角引起的射流侧向动量。