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.     

汽车外流场数值仿真k-ε模型适用性研究

由于目前的湍流模型并非针对汽车空气动力学进行数值仿真,因而造成潜在的计算误差。因此,为探寻适合的数值计算模型,以MIRA阶梯背汽车1/3比例模型为研究对象,对常用的Standard k-ε、RNG k-ε和Realizablek-ε3种k-ε涡黏湍流模型进行数值仿真,以计算所得的气动力系数、尾部流场及表面压力系数为适用性评价指标,并与HD-2风洞试验数据对标。研究结果表明:3种模型中,Standard k-ε模型收敛速度和效率最优,但气动阻力的计算精准度最差;RNG k-ε模型的表现一般,而Realizable k-ε模型能获得最高的气动阻力计算精度,与风洞试验结果对比,误差在5%以内,但收敛速度和效率相对较差;同时,3种湍流模型对气动升力的计算结果与风洞试验对比存在较大误差。     

覆冰输电导线气动力特性模拟的合理模型

对覆冰导线风洞试验的数值模拟和参数分析是获取气动参数的主要手段。进行了覆冰输电线气动参数数值模拟的几何建模、网格划分、边界条件的选取、湍流模型的选取、求解参数设置等分析研究。明确了加密区首层厚度、层数、厚度、形状及加密条带等对计算结果的影响,得到了合适的网格模型。对k-ε湍流模型、k-ω湍流模型、Realizable k-ε湍流模型、Reynolds应力湍流模型及SST k-ω湍流模型的分析,表明k-ω模型虽然能较好地模拟覆冰输电线的气动力特性,但是对参数比较敏感。k-ε湍流模型的是模拟覆冰输电线气动参数的最合理模型。     

旋风分离器流场的数值计算方法研究

利用计算流体力学软件FLUENT,分别采用k-ε标准模型、RNGk-ε模型和RSM模型湍流模型及不同离散方式对旋风分离器的流场进行了数值模拟研究.通过模拟结果与前人实测结果的对比,确定出了适合旋风分离器的数值计算方法.结果表明:湍流模型采用各向异性的RSM模型,离散方式采用对流项的QUICK格式和压力梯度项的PRESTO格式,才能获得合理的流场模拟结果.该结论为旋风分离器流场的数值模拟及进一步的结构优化设计提供了参考依据.     

利用开源CFD程序计算可压缩流场

针对可压缩流动问题,在开源CFD程序OpenFOAM上开发相应的求解程序.采用绝对坐标系下的Favre平均Navier-Stokes控制方程组和标准k-ε湍流模型.数值计算时,对流项和扩散项分别采用二阶精度TVD格式和二阶中心差分离散,求解离散后的方程组采用SIMPLER算法.通过对不同的马赫数下凸包流动和带有湍流模型...     

RNG k-ε模型在内燃机缸内湍流数值模拟中的应用

在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 ,要正确地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。通过快速畸变分析对由重整化群理论得到的RNGk -ε湍流模型进行了压缩性修正 ,把经压缩修正后的RNGk -ε湍流模型应用于内燃机缸内湍流流动的数值模拟 ,计算采用任意拉格朗日欧拉法。给出了用RNGk -ε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 ,RNGk -ε湍流模型得到的结果比k -ε模型算得结果的精度有所提高 ,其计算程序编制的难易程度和计算成本与k-ε模型相当 ,此模型适合于计算内燃机缸内湍流流动     

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.     

湍流特征频率的模式理论计算

该文在重新研究模式理论中特征频率概念的基础上,利用标准k-ε模型中湍流粘性定义,获得湍流特征频率的计算公式。运用标准k-ε模型和特征频率公式,数值模拟了不同尺寸的管流和圆形射流湍流场中的特征频率分布,定量比较表明,湍流场的特征频率计算是有效的。     

基于KIVA的内燃机燃烧室内湍流流动的数值模拟计算

内燃机缸内湍流的研究是个十分重要而且复杂的课题,数值模拟技术为其提供了有效的研究方法.本文利用CFD软件KIVA分别采用标准k-ε,RNGk-ε模型在无旋流和有旋流的两种工况下,对轴对称的ω型燃烧室内的湍流流动进行二维和三维数值模拟计算,并把计算结果与实验数据进行对比,得到了内燃机缸内湍流流动的特性.本文为内燃机港内湍流研究提供了一种比较好的研究方法,此方法和计算结果为内燃机的性能开发与优化设计提供依据.     

直喷汽油机燃料与空气混合过程的大涡模拟

为了更为详实地对内燃机缸内流场进行数值计算,通过修改发动机多维CFD计算程序KIVA 3V,建立了内燃机缸内冷态流场的大涡模拟（LES）计算模型.利用此模型对直喷汽油机燃料与空气的混合过程进行了详细分析,并与k-ε模型进行了比较.比较结果表明,在喷油过程中,与采用k-ε模型计算相比,采用LES计算时油束燃油质量分数更为均匀;喷油结束后,与采用k-ε模型计算相比,采用LES计算时缸内流场显示了更为复杂的湍流结构,除了能得到有序的大尺度涡团结构外,还能捕捉到大量不规则的小涡团结构,同时油束形状也更为扭曲、拉伸及不规则化.     

基于FLUENT的实尺度两栖车辆航行阻力的数值模拟

为了评价两栖车辆的水上性能,采用目前广泛应用的计算流体力学软件FLUENT对某两栖车辆的航行阻力进行了数值模拟.基于流体力学的相关知识,结合k-ε模型,求解了Navier-Stokes方程,运用VOF法对自由液面进行了处理,并对计算对象进行了详细试验.通过大量的试算,选取了一个合适的湍流模式,并确定了湍流参数.将计算结果与模型试验结果进行比较,验证了计算方法的可靠性.     

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.     

圆盘涡轮式搅拌槽的数值模拟

用计算流体力学软件FLUENT6.2,多重参考系法对圆盘涡轮式搅拌槽在不同转速下的流动进行了整体数值模拟.采用标准k-ε湍流模型成功模拟了搅拌槽内的流动分布,考察不同搅拌转速和不同计算方法下搅拌桨的功率准数.给出搅拌槽内速度分布和湍流动能分布图.为该领域研究者提供指导.     

基于新的描述湍流耗散方程的k-ζ两方程湍流模型的数值算法研究

对Navier-Stokes方程进行雷诺平均后出现的各关联项建模,通过新的描述湍流脉动耗散的变量构造耗散方程,建立是k-ζ两方程湍流模型,研究了k-ζ两方程湍流模型的数值求解方法.通过求解有限体积法离散的RANS流动控制方程,数值模拟了平板,翼型,机翼等不同湍流流场,并与理论解、实验值及SST k-ω模型进行比较,全面考察了k-ζ两方程湍流模型在湍流流场计算中的准确性及适用性.数值计算表明,通过建立新的耗散方程研究湍流的方法是可行的,目前的k-ζ两方程湍流模型具有良好的数值稳定性,并且计算结果要优于或者至少与传统的两方程模型精度相当.     

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.     

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.     

大跨径悬索桥施工猫道气动力系数数值分析

为了探讨用数值方法研究大跨径悬索桥猫道的气动力系数,并且考虑雷诺数效应的影响,以某大跨径悬索桥为背景,分别利用计算流体力学软件Fluent中的标准k-ε模型、RNG k-ε模型和SST模型,且采用一定的猫道透风率进行二维数值模拟,对猫道的气动力系数在不同风速、不同攻角和不同雷诺数情况下进行CFD识别,并与相应风洞试验的结果进行对比分析.结果表明:雷诺数的变化对阻力系数影响较小,但对升力系数影响较大,因此在进行猫道的数值模拟时,选择合适的雷诺数很有必要;SST湍流模型是猫道断面CFD识别中较合理的模型;模拟的猫道透风率是可行的.     

气-气混合器的三维流场数值模拟

应用RNG的k-ε双方程湍流模型,采用四面体和六面体混合网格,利用CFD技术对气体喷射流混合器内的三维不可压缩湍流流场进行了数值模拟,得到混合器内流场、湍动能、压降及混合浓度场的变化.数值计算表明混合相对均匀、压力降可满足工艺要求.     

CFX4中常用模型在复杂流动中适用性分析

目前商用流体力学被广泛用于工业的流动分析,但是对其模拟复杂流动的适用性和精确度等的认识还不够.通过数值计算和实验的对比分析,对CFX4提供的常用的标准k-ε模型、RNGk-ε模型以及低雷诺数k-ε模型在模型参数缺省的情况下计算值的准确性作了较为详细的评价.结果发现,数值计算值的准确性与流动的复杂性有关.对所讨论的两种流动,标准k-ε模型和RNGk-ε模型给出了与实测值较为一致的结果,而低雷诺数k-ε模型与实测结果存在较大出入.因此,在没有实验资料进行模型验证的情况下,标准k-ε模型和RNGk-ε模型可能是一个较好的选择.     

混流式喷水推进器水动力性能的数字模拟

针对混流式喷水推进器采用数值方法研究其流体动力性能并分析内部流场特性。采用全结构化网格离散计算区域,应用k-ε和k-ω相结合的SST湍流模型来封闭控制方程,采用全隐式多区域网格耦合求解。根据流场计算结果对转速-功率,转速-扬程,转速-效率特性进行了预报,并对内流场的流线和叶片表面压力分布作了详细分析。其中,预报的转速-功率特性与厂家试验结果比较,误差在2%以内。说明研究采用的模型和计算方法具有较好的可信性和较高的计算精度。