用DES数值模拟分离绕流中的旋涡运动

脱体涡模拟(Detached-Eddy Simulation,DES)是近年来出现的一种结合雷诺平均方法和大涡数值模拟两者优点的湍流模拟方法.采用基于Spalart-Allmaras方程模型的DES方法,数值求解Navier-Stokes方程,模拟绕流发生分离后的旋涡运动.其中空间区域离散采用有限体积法,方程空间项和时间项的数值离散分别采用Jameson中心格式和双时间步长推进方法.通过模拟圆柱绕流以及翼型失速绕流,观察到了与物理现象一致的旋涡结构,得到与实验数据相吻合的计算结果.     

圆柱绕流远场旋涡结构的数值研究

基于离散涡方法求解非定常、不稳定流场。数值模拟了高雷诺数下圆柱绕流旋涡结构的发展。从流谱图、等涡量线图和涡谱图可以清晰地看出从近场初生的卡门涡街,过渡到远场的二次涡街的过程。计算结果发现：远场离散涡有形成 二个涡的涡对及三个涡的涡对结构的趋势。计算结果说明了流体运动中涡对结构的本质：远场形成的二次涡对及卡门涡街是由于流动本身的动力不稳定而引起的,从而增加对远场尾迹流及涡对结构的理解。     

圆盘绕流近尾迹相干结构大涡模拟

对Re=22000圆盘近尾迹进行大涡模拟数值研究,通过对x/D=1,4处径向多点脉动速度进行快速傅里叶变换(FFT),发现三个特征频率,其对应的Strouhal数分别为0.035、0.123和1.3~1.7。分析表明,St_2=0.123为涡旋自然脱落频率,与文献结果相符;较小频率St_1=0.035,可能与回流区伸缩和剪切层附近涡旋脱落点周向旋转共同作用相关;而高频率St_3=1.3~1.7则与剪切层结构相关。最后对圆盘近尾迹流场作特征正交分解(POD),根据1~6模态的分布,分析大尺度结构的可能存在形式。     

Bolund岛的DES数值模拟研究

目前很大一部分风电场都处于复杂地形中,处于山后的背风区域具有大分离的流动特征。为把DES方法应用到复杂地形模拟中去,采用带有壁面函数的DES方法对具有几乎垂直的悬崖地貌特征的Bolund岛进行了数值模拟。计算中采用了不同密度的网格。计算采用中心差分格式。在山后的大分离区,当网格大小为山高的5%时,可以获得很好的计算结果。在模拟大分离流动时,DES较RANS模拟方法具有显著的优势。     

方柱绕流大涡模拟

采用有限体/有限元混合格式、非结构网格和大涡模拟方法求解可压缩的N-S方程,对Re=22 000的方柱绕流进行数值模拟,并对不同的边界条件进行详细的分析比较.通过对以往研究经验的总结和利用精细的边界条件,使得采用二阶精度的数值格式和较稀疏的网格仍然得到了令人满意的计算结果,甚至优于以往采用密网格的模拟结果.     

基于DES方法的平板孤立冷却孔数值模拟研究

本文运用DES(Detached-Eddy Simulation)分离涡方法,对吹风比为0.51和1.04的平板孤立直圆孔和弯圆孔下游的换热特性和漩涡结构进行了数值研究,并简要分析了下游涡量场的结构。模拟结果显示,预测的壁面温度场的趋势与实验值吻合较好;与RANS方法相比,DES方法得到了更加丰富的流场细节和旋涡结构,同时再现了冷却孔下游具有流场的间歇性,对进一步理解和研究冷却孔下游流场内的旋涡结构提供了参考。     

纳米尺度圆柱绕流现象的分子动力学模拟研究

本文采用分子动力学模拟方法,利用Lennard-Jones(L-J)势能模型,模拟了Re为28时Ar流体流过Pt纳米圆柱的绕流现象.采用小步长时均值作为涡的瞬时值的方法,在纳米尺度、纳秒量级下得到了涡的周期性产生、组合、发展和脱落现象;在大步长时均条件下,得到了稳定的对称涡,表现出了绕流现象在不同时间范围内的不同特征.绕流过程还体现了流体的密度变化,圆柱上游密度大于下游密度、对称的两侧离轴线越远密度越大.结果表明,分子动力学模拟方法可以有效地细节刻画圆柱绕流现象.     

二维翼型跨音速绕流的数值模拟

本文结合高精度TVD格式的数值通量和时间进展多步法给出了一种求解定常流问题的数值方法。同时给出一些特殊处理来加快数值解的收敛速度。本文用以上方法计算了翼型跨音速绕流问题,结果表明此方法具有分辨率高,收敛速度较快之性质。     

三维高超声速无粘定常绕流的数值模拟

本文采用一种简单有效的通量分裂结合一种二阶TVD格式的数值通量的方法,提出一种隐式的迎风有限体积格式,并利用这种格式,从气体动力学非定常Euler方程组出发,数值模拟了三维不对称物体的高超声速无粘定常绕流。数值结果表明此格式具有分辨率较高和收敛速度较快的优点。     

喷射速度对环形TVC冷态流场的影响

采用Fluent软件对驻涡腔5种喷射速度下环形中心钝体驻涡燃烧室冷态流场进行了数值研究。详细分析了不同驻涡腔喷射速度下环形中心钝体驻涡燃烧室典型截面的流线与压力分布以及驻涡腔和燃烧室的特征参数。结果表明:在喷射马赫数为0.35时,驻涡腔内形成的低压区空间分布较好,燃烧室总压损失最低。     

DES模型在压气机亚音转子中的应用探讨

本文运用分离涡模拟(DES)方法研究了不同工况下压气机亚音转子的流动情况,分析了其时均与瞬时流场中顶部间隙泄漏流动和根部角区的流动分离.通过与S-A模型计算结果的对比表明,DES模型在模拟顶部泄漏流动及二次泄漏、泄漏流在转子下游与尾迹的干涉时能够捕捉到更强的旋涡结构,在模拟转子根部角区的分离时也能获得更为丰富的流动现象.对不同工况的DES计算表明负荷的上升会使泄漏涡形成的位置向上游移动,从而导致并加剧二次流动,并对叶栅下游泄漏涡与尾迹的干涉产生影响.对设计工况下瞬时流场的分析表明,泄漏涡在叶栅下游体现出周期性的强弱变化,近叶根分离区也体现出明显的非定常性.     

基于Lattice Boltzmann方法的圆柱绕流大涡模拟

Lattice Boltzmann(LB)方法是近年来出现的一种流体计算的新方法,在流体力学及相关领域取得了很大的成功。但LB方法在模拟湍流流动时常常引起计算的不稳定。本文基于一种结合大涡模型的LB方法对圆柱绕流问题进行的模拟,并与其他文献的实验结果和计算结果进行对比。计算表明:这种混合LB方法能获得比较满意的结果。     

复杂地形风场绕流数值模拟方法

与一般的工业问题相比,风电场近地面的流动总是充分发展的湍流边界层流动.为了把已广泛应用于工业问题分析的CFD软件包FINE/TURBO和带有壁面函数的k-ε湍流模型用于复杂地形地貌风电场大气流动的数值模拟,本文首先以平板地形为几何模型,探索湍流模型及壁面函数模型中的一些参数对模拟沿流动方向均匀大气边界层的影响.然后采用...     

声边界层外非线性声流旋涡的理论及数值模拟

非线性声流旋涡在加速热、质传输过程和清除固体表面积灰等方面具有显著的优势。为探究换热管声边界层外非线性声流旋涡的流场特性,采用Nyborg极限滑移速度法数值模拟了平面驻波声场和行波场中二维换热管周围的非线性声流现象。与经典Rayleigh声流的解析解对比,验证了数值方法的可行性。数值计算表明,在驻波场中,换热管处于声压波节和声压波腹位置时,换热管外分别呈现出4个和8个轴对称分布的声流旋涡结构;当换热管偏离声压波节或声压波腹位置时,换热管外的声流旋涡结构不再呈轴对称分布。滑移速度分布的波峰和波腹总个数决定了声流旋涡的个数。在行波场中,声流旋涡的流场特性与声波频率f和声压级L呈现出强的非线性依赖关系,声流强度满足：U_{2 max}=6.95388e^-72L^33.50669f^-0.98828。     

有限平板绕流的数值模拟

本文用涡团法模拟了有限平板的绕流问题,计算出一个长度为1的无穷薄平板在静止的流体中突然起动并作匀速运动的周围流场的变化情况。方法上,用保角变换解决了在涡团法中遇到的一个拉普拉斯方程,并对变换中的奇点作了特殊处理,最后得到一个与已有的实验结果完全吻合的周期性数值解。     

数值模拟圆柱绕流旋涡运动及尾流不稳定性分析

1引言流体绕过圆柱所产生的非定常旋涡运动以及由此引起的流动不稳定性在理论和实践上都具有重要的意义。数值模拟圆柱绕流旋涡产生及演化过程，探讨圆柱尾流涡街产生的机制，控制尾迹不同速度型以抑制涡街的产生，避免涡激振动在工程上造成破坏作用具有重大实际意义。为使问题简化，本文以二维圆柱绕流作为研究对象。该流动涉及到非定常分离，旋涡的形成、运动及发展，流动不稳定性质改变等许多未完全解决的问题。B。had等山对圆柱突然起动问题作了一系列实验研究。文献门对二维圆柱绕流问题作了系统数值研究。本文采用文献门提出的差分格…     

再入体头部粘性流场高分辨率格式数值模拟

TVD格式是目前数值研究以激波为主要特征之一的超声速、高超声速流场的最先进的算法之一。本文用二阶迎风TVD格式,对三种烧蚀外形的轴对称粘性流场和10°钝锥有攻角三维粘性流场进行了数值模拟,得到了高质量的头部脱体激波和与实验结果及直线推进法计算一致的物面压力分布,表明了TVD格式在再入体粘性绕流计算中的独特优势。     

Reynolds数22 000的孤立方柱绕流的大涡模拟

方柱绕流是典型的钝体绕流问题,蕴含了丰富的流体力学现象,对这类流动的准确预测面临着诸多挑战.采用自主发展的大涡模拟程序,对来流Mach数M=0.3,Reynolds数Re_D=22 000的绕孤立方柱流动进行了细致模拟,亚格子模型使用动力涡黏模型.对计算结果的分析表明,大涡模拟所得的平均流场及Reynolds应力分布与已有实验数据和直接数值模拟结果均吻合较好,验证了预测结果的可靠性;在此基础上对瞬态流场进行了研究,展示了计算条件下方柱绕流分离转捩及尾迹区旋涡交替脱落形成Karman涡街的全过程,为更细致的流动机理探索奠定了基础.      

钝头体流场结构及俯仰动态特征分析

钝头体跨声速段稳态流场的数值模拟结果显示,其尾流区内含有丰富的流场结构,流场结构直接影响着钝头体的后体压力分布.自由振动数值模拟结果显示,钝头体在跨声速区出现动不稳定,最终进入极限环振动.通过分析发现,在振动过程中,钝头体前体对流场做正功,释放钝头体振动能量,抑制振幅增加,流场对钝头体后体做正功,增加钝头体振动能量,导致振幅增加,当两者相等时,振动进入极限环状态.