κ-ε湍流模型可压缩性修正在超音速混合层中的应用研究

对标准κ-ε两方程湍流模型进行Durbin可实现性、Heinz湍流产生项以及Sarkar可压缩性修正三部分修正.尝试考虑结构可压缩性修正的影响,发展了一个同时考虑结构可压缩性修正和膨胀可压缩性修正的湍流模型.以超音速混合层为基础,分析了各个可压缩性修正的相对重要性,并将混合层厚度增长率、湍流动能的计算结果与实验结果进行比较,验证、分析修正模型的效果.结果表明,修正模型能够准确地预测到超音速混合层的发展,使模拟结果和实验结果更加接近.     

五种低雷诺数κ-ε模型的考核

低雷诺数k-ε模型适用于从湍流旺盛区到固体壁面的全范围,比标准k-ε模型的适用范围更宽。本文采用经典算例,对五种低雷诺数k-ε模型进行数值计算考核.计算结果表明在选取的算例中,NH模型的预测能力略优于其它模型;而标准k-ε模型则虽比大多数低雷诺数模型的计算量小,但对分离流动的预测能力较差。     

基于层流动能湍流模型的数值模拟方法

从层流动能出发提出数值模拟原则;综合考虑自然、旁路和分离流转捩的因素构建实用的层流动能湍流模型,结合预处理和基本求解技术发展出适于转捩流动的数值模拟方法和程序.针对预处理技术,以Weiss-Smith矩阵为基础,考虑湍流粘性的影响;针对基本离散格式和边界条件,结合模型方程进行对角占优强化等特殊处理.最后通过平板边界层和典型翼型,特别是低雷诺数翼型的数值模拟,验证数值方法的有效性和鲁棒性.算例表明本文的方法能够为求解更复杂的流动提供参考.     

绕水翼超空化现象的实验研究

超空化现象由于可被应用于水下运动物体的减阻而重新引起了人们的关注。为了了解超空化流动区域的流动特性,观察了超空化流动区域的流动结构;采用LDV的方法测量了超空化发生时绕水翼的速度分布大小。结果表明,当空化发展到超空化阶段,在流动区域内形成明显的空化和水流两个流动区域。在超空化流动区域内,充满了空泡和水的混合物。靠近界面的区域内,混合液流的流速和主流区域的流速大小基本相同,而在邻近翼型表面的区域内,具有较大的速度梯度。     

旋流燃烧器数值模拟中Realizable κ-ε和RSM模型的比较

使用RKE模型和RSM模型对某旋流燃烧器进行3D冷态湍流流动模拟计算,并从精度、计算量和收敛性3个方面对两个模型进行了比较。通过与PIV所测得的出口冷态流场对比表明,两个模型均可以较准确地预测燃烧器出口的宏观流场、径向速度和轴向速度分布。相比较而言,RSM模型在预报流场速度峰值的位置、回流区的大小、主流射流宽度等方面比RKE模型更准确一些,在收敛性上RSM模型也占优,而在计算量上,RSM模型略大一些,但对反应流计算,两个模型计算量基本一致。研究表明在模拟旋流燃烧器流场时RSM模型具有一定的优越性,建议优先考虑。     

非定常粘性空化流动模型及其数值计算

基于气液两相当地均相介质模型,本文给出了一种模拟非定常粘性空化流动的计算模型。认为空化绕流流场中流动介质是一种当地均匀的气液混相物。控制方程采用了应用两相流模型的N-S方程。基于液相和气相的状态方程推导了混合介质密度的表达式。为了保证数值计算的稳定性,控制方程的数值求解采用了TVD-MacCormack格式。为了评价计算模型的可靠性,分别计算了绕台阶和管道水锤的空化流动,所得结果是合理的,说明该方法可以用于空化流动的数值计算。     

绕水翼片状空化流动结构的数值与实验研究

采用数值与实验相结合的方法研究了水翼片状空化流动结构.实验采用高速录像技术观察了片状卒泡形态,应用LDV测量了翼型周围的湍动能和速度分布;采用N-S方程和基于空泡动力学方程的空化模型计算了绕水翼片状空化流场.结果表明:在片状空化阶段,翼型吸力面上附着很薄的一层透明空泡,空泡彤态呈现于指状;随着空化数的减少,空泡尾部水汽交界面相互作用增强,并且空泡尾部出现大的旋涡,影响了空泡尾部区域压力和速度分布,片状空泡尾部的水汽混合区出现不稳定现象,同时存在小的空泡团脱落.数值模拟得到的水翼片状空化流动现象和实验观察到的结果基本一致,验证了计算模型和数值方法的可靠性.     

近壁区理论耗散率κ-ε模型的研究

提出在湍流边界层近壁区采用共振三波的理论模型描述湍流相干结构，根据理论模型计算了ε的分布。并且在传统κ－ε模式基础上依照理论ε值计算了平均速度分布。在粘性作用层理论值与直接数值模拟符合很好。表明该理论方法不仅有益于对湍流机制的了解，而且可能为湍流的近壁模型化开辟一条新的途径。     

空化紊流流动的数值计算模型及其验证

本文介绍了一种空化紊流流动的数值计算模型,并计算了射流放水阀内部的空化流动现象。该模型基于均相平衡模型和液相与汽相传输方程,基本方程采用N-S方程,空化模型采用Kunz等提出的汽液质量转换模型。紊流封闭采用标准的κ-ε素流模型;稳定流动计算采用扩展的SIMPLE压力修正方法,非稳定计算采用PISO算法。为评价该数值模型,计算了绕射流放水阀的空化流动,并与实验结果进行了对比,计算结果与实验结果取得较好的一致,说明该流动模型和计算方法是可靠的。     

混流式水轮机内部流场的三维空化湍流计算

本文通过理论分析,引入三维混合流体完整空化湍流模型,确定了混流式水轮机内部三维空化湍流计算的方法.用数值模拟手段对混流式水轮机的内部空化流场进行了计算,采用了全三维全流道的湍流计算方法,基于RNG的k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,从蜗壳进口到尾水管出口,包含所有流道在内的整体一次完成定常.根据得到的三维空化流场数据,对转轮内部流场进行了流场分析,求得了计算临界空化系数,和试验值进行了比较;模拟了特征工况下的尾水管涡带,和试验数据进行了比较.     

混流泵叶轮内空化流动的数值计算

本文应用三维Navier-Stokes方程和k-ε两方程湍流模型以及全空化模型,对一台喷水推进混流泵叶轮内的空化流动进行数值模拟.介绍了空化流动的模拟方法,并计算了混流泵的空化性能指标,有效地预测了叶片上空化发生的区域和空化流动的发展情况.文中还对两种进口相对流动角作了数值计算,结果表明小的相对流动角可以提高混流泵的空化性能,但却使扬程有所下降.     

数据中心高架地板湍流模型系数修正与优化研究

随着5G时代的兴起,数据中心的热负荷上升。为提高数据中心温度分布预测精度,开发更加高效的数据中心热管理系统,本研究采用机器学习与全局寻优方法修正了Standard k-ε湍流模型的参数。通过模拟不同参数组合,构建数据集,使用神经网络进行训练的方法减小了近似物理模型(湍流模型)误差,提高了其精度。修正后的Standard k-ε湍流模型在机柜前后侧的平均均方根误差为0.946,与之前相比降低了29.47%,使得模型的准确性明显提高,为数据中心动态控制系统提供数据驱动,实现精确控制,提高节能率。     

基于校准k-ε模型的复杂地形流动数值模拟

准确计算风电场的内部流动对风电场的微观选址至关重要。求解雷诺平均NS方程(RANS)的模拟是当前模拟风电场内部流动的主要手段。湍流模型对模拟结果的准确性有很大影响。选取在工程中广泛应用的标准k-ε湍流模型进行研究。首先以平板地形为计算模型,探究入口边界条件、壁面方程、模型可调参数和对模拟流向均匀大气边界层的影响,获得平板地形下最优的模型可调参数设置。然后以三维山丘地形为计算模型,研究入口边界条件和源项对存在分离流动时复杂地形下的绕流模拟的影响。将得到的最优结果同实验结果对比,验证模拟方法的可行性,并给出添加源项的指导方法。     

锯齿振荡的湍流模型数值模拟

用Dubois & Samain与Lichtenberg等人提出的解释托卡马克中锯齿振荡的湍流模型,通过求解耦合了锯齿触发条件的一维输运方程,模拟了欧姆加热情形T-10托卡马克中锯齿振荡行为,同时对得到的数值结果作了分析.与采用磁重联模型模拟得到的结果比较表明,采用湍流模型得到的数值结果与实验符合较好,而用磁重联模型则难以得到满意的结果.     

基于修正Linde模型的复材层板的损伤模拟

基于连续损伤力学方法,建立含初始损伤的三维复合材料层合板的有限元模型.采用Linde等提出的应变失效准则,并引入参数对损伤函数进行修正,模拟层合板的纤维和基体的失效行为.参数的改变可以描述损伤变量随应变的变化程度.数值模拟表明,计算结果随着参数的变化幅度较大,在试验值的±15%范围内变动.本文引入的参数一方面可以拓宽Linde材料损伤判据的适用范围,另一方面在适用范围内可以达到更为精确的数值模拟结果,为后续的结构分析打下基础.     

甲烷-空气同轴突扩湍流燃烧的新二阶矩模型的数值模拟

用本文作者最近提出的湍流燃烧新二阶矩模型对无旋和有族情况下的轴对称甲烷-空气湍流燃烧进行了数值模拟,并将其结果和ＥＢＵ－Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型和原来的二阶矩模型等湍流燃烧模型的模拟结果以及文献中实验结果进行了比较,对不同的模型进行了评价,结果表明新二阶矩模型较其它模型更合理。     

平直水翼梢隙流动的直接数值模拟研究

本文对真实湍流入口条件下的梢隙流动进行直接数值模拟研究,来流湍流边界层动量厚度雷诺数为800。水翼采用NACA0012水翼,水翼攻角为8°,选取经水翼弦长无量纲化后的梢隙宽度为0.0167和0.0333。研究发现,梢泄涡仅在较大梢隙宽度条件下的水翼吸力面才出现,而当梢隙宽度较小时在水翼吸力面侧近端壁处形成回流区。吸力面侧回流涡沿流向存活时间较短,而梢泄涡沿流向发展直至水翼尾缘及其下游。在上述两工况间存在着一临界梢隙宽度,使得梢隙流动由回流向梢隙射流转变。     

不同湍流模型对圆射流数值模拟的讨论

采用FLUENT软件,选择Spalart-Allmaras模型,标准κ-ε模型以及RNG κ-ε模型对气体无限空间淹没湍流圆射流进行了数值模拟,并将计算结果与理论分析及实验测量方法所得结果进行比较.结果表明,三种模型都能较好反映射流规律,但计算数值与理论值和实测值有所差异,标准κ-ε模型的模拟效果最好.     

基于神经网络模型的CCD像差修正

针对传统CCD标定中由于修正像差造成标定算法复杂、精度不高、结果不稳定的特点,提出了用4层前向神经网络模型修正CCD像差的方法。为了检验算法,用修正像差后的CCD对空间点进行三维重建,并与传统方法作了对比。结果表明,基于神经网络模型的CCD像差修正方法可以获得比传统方法更高的精度和稳定性。