应用高分辨率迎风格式精确分析透平叶栅三维湍流流场

应用高收敛率、高精度和高分辨率的数值计算方法,通过求解全三维可压缩雷诺平均的Navier－Stokes方程和q－ω低雷诺数双方程湍流模型,数值模拟了VKI跨音速叶栅内的三维流场,对叶棚内的三维流动结构进行了细致的分析。计算表明,本文采用的计算方法可以精确模拟叶轮机械内部的复杂流动。     

跨音速轴流压气机级三维粘性流场全工况数值模拟

采用一种快速求解三维粘性流场的计算方法求解跨音速轴流压气机级内部流场及全工况特性。该方法以LU-SGS-GE隐式格式和MUSCL TVD迎风格式为基础,结合壁面函数方法和简单的混合长度湍流模型,对三维可压缩雷诺平均Navie-Stokes方程进行求解。叶列间参数的传递采用混合平面方法并应用了微机网络并行计算技术。计算得到了NASA 37号低展弦比、跨音速轴流压气机级70％设计转速下的全工况性能曲线,并重点分析了其中一些典型工况下的内部流场。计算与实验结果的对比表明此方法能快速得到三维粘性流场的流动特性且计算精度较高,可用来模拟跨音速轴流压气机级内的全工况三维粘性流动。     

高炉污泥旋流法颗粒分离的数值模拟

本文采用一种简化的多流体多相流模型及雷诺应力湍流模型建立了水力旋流器内液固多相湍流流动的数学描 述,并对高炉污泥旋流分离进行了数值模拟,获得了水力旋流器内高炉污泥流动的流场及颗粒分级效率曲线,数值计算得 到的颗粒分级效率曲线与实验结果吻合很好。数值结果还表明,底流管直径较小的旋流器分离高炉污泥的效果较好。     

用雷诺应力模型计算旋风分离器中气-固两相流动

针对分离器内部的复杂的三维强旋转、气-固两相湍流运动,采用雷诺应力模型(SSG),利用贴体网格技术,模拟计算了分离器内部流动,并将计算结果与实验数据进行分析、比较。分离器内的固体颗粒运动采用涉及湍流扩散影响的随机轨道模型和确定轨道模型,在流场计算的基础上,模拟了不同直径的颗粒在分离器内的运动规律及颗粒分离效率,并同理论和实验得到的数据进行了比较。     

水力旋流器湍流流动的数值模拟

本文采用雷诺应力模型计算了水力旋流器的水相湍流流场,计算结果与实验数据吻合很好。与相关文献中采用修正的κ-ε模型的计算结果比较,本文采用雷诺应力模型的计算结果更接近于实验结果。计算得到了水力旋流器内的流线图、等压线以及零速包络面。     

间断Galerkin方法求解跨音压气机转子流场

本文采用间断Galerkin方法求解雷诺平均N-S方程和SA湍流模型方程,采用Roe格式计算无黏通量,混合格式求解黏性通量中的梯度。为防止跨音速流场计算中的数值振荡,采用了TVD限制器和正性修正。计算了跨音速转子NASA Rotor37在设计转速下的变工况流场,得到了与实验吻合良好的结果,表明DG方法在叶轮机械内部流动计算中具有广阔的应用前景。     

针对典型分离流动数值模拟的自适应耗散调节方法

分离流动是一种复杂湍流现象,其中微小尺度结构的发展演化有着重要的影响,但是湍流数值模拟中数值方法的固有耗散会抑制小尺度流动结构的发展.因此,本文结合延迟分离涡模拟方法,基于五阶耗散紧致格式,通过引入流场相关的调节因子,构造自适应耗散调节方法,使其在大涡模拟区域降低耗散影响以提高对小尺度流动结构的辨识能力,在雷诺平均区域恢复正常耗散水平以保持稳定求解.本文首先通过近似色散关系和涡输运算例说明该方法可有效降低数值耗散影响,同时具有更高分辨率的涡保持能力;随后通过各向同性衰减湍流和平板槽道流动展示了该方法可有效提高对微小流动结构的辨识能力,同时在存在大梯度的流场中可保持求解稳定性;最后求解Re=3900亚临界状态下的圆柱绕流,通过对比流场云图、时均速度和雷诺应力分布曲线,说明了该方法通过减小分离区耗散影响,可有效提高对典型分离流动求解的准确性.     

低展弦比跨音速轴流风扇转子流场三维数值模拟

应用基于时间推进的有限差分法求解跨音速压气机风扇转子内部三维粘性流场．该方法以新型ＬＵ隐式格式和改良型 ＭＵＳＣＬ ＴＶＤ格式为基础,对三维可压缩雷诺平均 Ｎａｖｉｅ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和低雷诺数ｑ－ω双方程湍流模型进行求解．计算得到了ＮＡＳＡ Ｌｅｗｉｓ ６７跨音速、低展弦比轴流风扇转子的性能曲线并重点分析了近最高效率点工况和近失速工况下的内部流场．计算与实验结果的对比表明此方法能够得到三维粘性流场的流动特性且计算精度较高,可用来模拟跨音速风扇转子内部流动．     

基于νt尺度方程的雷诺应力模型初步研究

雷诺应力模型一直是湍流模式理论研究的前沿和难点,而提高数值鲁棒性是其广泛开展工程应用的关键.借鉴经典的k-k L湍流模型,本文构造了一种新的ν_t尺度方程,并将其用于耦合SSG/LRR模式从而形成SSG/LRR-ν_t雷诺应力模型.通过零压力梯度湍流平板边界层、翼型尾迹流、超声速方腔流和NACA0012翼型45°迎角分离流动4个标准算例对新模型进行了验证与确认.同时,为了测试模型的数值鲁棒性,采用高精度数值格式对模型方程进行了离散求解,并与SA涡粘模型和SSG/LRR-ω雷诺应力模型进行对比.结果表明:ν_t尺度方程在黏性壁面边界严格为零,相比传统的ω尺度,具有更好的数值鲁棒性,从而可实现新模型与高精度数值格式的匹配并获得更好的网格收敛效率;新模型具备雷诺应力模型的传统优势,可对拐角流动进行很好的模拟;具备尺度自适应能力,对于非定常分离流动的模拟存在一定的潜力.     

煤粉旋风燃烧过程流场特性研究

煤粉旋风燃烧器可用于工业加热过程,实现以煤代油,本论文根据旋流燃烧流动特点,采用能考虑非均向湍流应力的雷诺应力模型,对煤粉旋风燃烧器内气流流动过程场进行数值模拟计算,流场计算结果表明,燃烧室几何参数对其内部的流动特性有很大的影响。计算结果与流场实验测试相吻合。     

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．     

翅片管束式管壳式换热器三维数值模拟研究

本文提出了运用多孔介质模型、分布阻力模型和k-ε湍流模型对壳侧为翅片管束的壳管式换热器壳侧速度场与温度场进行三维数值模拟的方法,并对一相应类型换热器壳侧的流动与换热进行了数值模拟,得出了壳侧流场参数的图示以及壳侧进出口压降,温差,换热量随壳侧Re变化的特性曲线。     

交叉三角形波纹板流道在过渡流状态下的传热与阻力特性

交叉三角形波纹板流道中流动常处于过渡态。本文研究了交叉波纹板中的周期性完全发展流动及热传递。利用周期性降低几何流道的复杂性以及简化模拟对象。为了模拟这个拓扑结构中的过渡流,利用了已经验证的低雷诺数k-ε,湍流模型来说明流动中的湍流流动。得到了三维复杂计算区的温度、速度以及湍流场。计算了在恒壁温和恒热流密度两种边界条件下的摩擦系数和平均Nusselt数及其与雷诺数的关系。湍流中心从上层壁面的波纹处移向下层壁面的波纹处并逐步增强。     

A numerical analysis on flow field and heat transfer by interaction between a pair of vortices in rectangular channel flow

This paper is a numerical study of the effect of flow field and heat transfer created by interactions between a pair of vortices generated by a vortex generator in a rectangular channel flow. In order to analyze the vortices produced by the vortex generator, the pseudo-compressibility method is introduced into the Navier–Strokes (NS) equation of a three-dimensional unsteady, incompressible viscous flow. A two-layer k–ε turbulence model is used on the flat plate three-dimensional turbulence boundary to predict the turbulence characteristics of the vortices. The computational results accurately predict the vortex characteristics, which are related to Reynolds stress, turbulent kinetic energy, and flow field. Also, in the prediction of thermal boundary layers, skin friction characteristics, and heat transfers, the present results are reasonably close to the experimental results obtained by other researchers.     

扩压叶栅端壁角区流动结构和紊流特性

三维激光多普勒测速技术测量了扩压叶栅叶片和端壁相交的角区中的流动结构和紊流特性。实验结果表明,角区中端壁附面层和叶面附面层的堆积使得叶面附面层变厚;角区内存在较强的通道涡,随流动向下游发展,通道涡核心远离叶面;在前缘产生的马蹄涡逐步消失;通道涡使得角区的紊流动能增加,并影响雷诺正应力的分布。     

颗粒增强湍流的新模型和气粒流动的湍流变动

用雷诺应力方程模型和极细的网格系对单个颗粒受湍流气体绕流进行了数值模拟,研究了改变颗粒直径和气体相对速度时颗粒增强气体湍流的规律.据此构造了颗粒尾涡增强气体湍流的新模型.将此子模型加入到两相流动模型中,对竖直和水平通道内气粒两相流动进行了数值模拟,和实验结果的对照表明,考虑颗粒尾涡增强气体湍流效应得到的气体湍流脉动速度的模拟结果比不考虑此效应的模拟结果好得多.     

Flow and mixing fields of turbulent bluff-body jets and flames

The mean structure of turbulent bluff-body jets and flames is presented. Measurements of the flow and mixing fields are compared with predictions made using standard turbulence models. It is found that two vortices exist in the recirculation zone; an outer vortex close to the air coflow and an inner vortex between the outer vortex and the jet. The inner vortex is found to shift downstream with increasing jet momentum flux relative to the coflow momentum flux and gradually loses its circulation pattern. The momentum flux ratio of the jet to the coflow in isothermal flows is found to be the only scaling parameter for the flow field structure. Three mixing layers are identified in the recirculation zone. Numerical simulations using the standard k-? and Reynolds stress turbulence models underpredict the length of the recirculation zone. A simple modification to the C₁ constant in the dissipation transport equation fixes this deficiency and gives better predictions of the flow and mixing fields. The mixed-is-burnt combustion model is found to be adequate for simulating the temperature and mixing field in the recirculation zone of the bluff-body flames.     

水平管气液两相泡状流紊流结构的准三维测量

用两个X型热膜探针对内径为35mm的水平管内气液两相泡状流的三维紊流结构进行了准三维测量,得出了沿不同直径的轴向、径向和周向的紊流脉动速度和雷诺应力分布。发现在水平管下部脉动速度和雷诺应力与单相流动时的分布规律相似;在管子上部由于空气泡的存在增强了脉动速度;在某些区域内,周向的脉动值甚至比径向和轴向的相应值还要高。水平气液两相泡状流中雷诺应力-uw不为零,在管子的上部甚至和-uv有相同的量级。给出了由于气泡引起的紊流脉动与总素流脉动比值沿径向的分布。     

离子温度梯度模湍流的带状流最小自由度模型

在离子温度梯度模(ITG)湍流背景中,通过最小自由度模型中模耦合方式产生带状流,对此模型做了动力学稳定性分析及数值求解.并在此基础上初步探讨了湍流中漂移波与带状流的能量转移,以及雷诺协强与带状流的关系. 关键词： 等离子体 离子温度梯度模 湍流 带状流