计算流体力学数值模拟方法的探讨及应用

计算流体力学数值模拟方法可用于各种流体的绕流特性分析,在大跨桥梁、水利工程、土木工程、航空航天等领域均有着广阔的应用前景。将此方法与传统的风洞试验方法进行了对比分析,对计算流体力学数值模拟方法的特点、应用领域及基本方程等进行了阐述。通过具体算例,探讨了计算流体力学软件Fluent关键参数的设置,并将数值模拟的计算结果与风洞试验结果进行了分析比较。结果表明,Fluent计算结果与风洞试验结果在分布规律上完全一致,在建筑物表面各点的风压分布上,也吻合的较好。     

用三维计算流体力学方法计算调压室阻抗系数

为了研究计算流体动力学方法确定阻抗式调压井阻抗系数的可行性,本文选用适合调压室流动的可行化k-ε湍流模型及考虑边壁粗糙度的壁函数,用二阶精度算法对T形岔管、管内孔口、突扩管和阻抗式调压室的流场进行了数值模拟。经比较发现采用计算流体动力学方法计算所得的结果在水头损失方面可达到与常规模型试验结果同等的精度,表明计算流体动力学可以应用于调压室的设计计算中。     

臭氧接触池的计算流体力学模拟

臭氧接触池的水力特性直接影响着微生物消毒效果。利用计算流体力学(CFD)技术,采用欧拉多相流模型和标准k-ε湍流模型对单管臭氧接触池内的流场进行数值模拟。结果表明:单管式臭氧接触池内臭氧分布比较均匀,基本上没有\"死区\"现象的产生,可以保证较高的消毒效率,但是气体气泡大量聚集在接触池出口槽下方。模拟结果对单管式臭氧接触池的优化有一定的借鉴作用。     

计算流体力学的科学计算可视化研究进展

计算流体力学(CFD)是科学计算可视化的一个重要的研究应用领域，文章就计算流体力学的可视化技术及其研究进展进行了综述。计算流体力学的可视化内容主要有计算域的显示、计算过程及计算结果的显示与分析等。可视化技术具体可以分为对于标量场、矢量场及张量场的可视化，其中又分别包含了多种显示技术；其中，矢量场的可视化技术包括三维流场表示方法、实时动态显示以及三维交互技术仍是研究的重点，计算流动显示技术及可视化模型的软件化研究也处在迅速的发展中。     

湍流模型在船舶计算流体力学中的适用性研究

采用CFD 技术研究船舶黏性流场,能提供迅速的、准确的和低成本的船舶水动力性能以及全面、精细的流场信息预报结果,将有望成为船舶航行性能预报和优化的主要手段之一.通过总结前人对各种湍流模型在流场计算中的应用研究,对船舶CFD中湍流模型的选择方法进行了讨论.并采用标准k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable k-ε模型、标准k-ω模型及SST k-ω 模型分别对集装箱船、油船和散货船绕流流场进行了数值计算,通过对流场分析及与试验结果比较得到了一些有意义的结论.     

流体力学在流场计算中的作用浅析

流场计算是许多工程技术领域研究的重要方向,利用它可以设计、优化一些产品或工程,从而保证更加安全、高效的生产,以达到指导生产实践的目的.在进行流场计算的过程中,流体力学起着至关重要的作用.本文举例说明,并结合相关流体力学知识及研究现状和课题实践,浅析了流体力学在流场计算中的作用.结论表明,流场计算离不开流体力学,流体力学是流场计算的基础.     

计算流体力学在水处理反应器优化设计运行中的应用

计算流体力学主要通过计算机模拟获得流体在特定条件下的有关信息,这一技术的出现和发展,使得利用数学模型精确模拟水处理反应器设计条件下的处理过程成为可能。综述了应用计算流体力学优化水处理反应器设计和运行的国内外研究,指出了研究中存在的问题:①未从生化反应的基本原理出发建立基于流动、环境因子浓度分布和生化反应的数值模型,优化反应器的设计和运行;②缺乏足够的数据验证数值模拟结果。在此基础上提出了今后的研究重点。     

计算流体力学中非协调网格的隐式插值格式

该文针对计算流体力学中出现的非协调网格耦合问题,提出了一种隐式插值格式。在不同子域间建立插值关系,针对变量的插值条件可视为Dirichlet传输条件,同时对代数方程组中的系数矩阵和右端项进行重新构建,以此来施加Neumann条件,从而实现计算域中不同网格的耦合。与现有的非协调网格插值方法相比,该方法直接重构代数方程组,摆脱了问题类型、网格形式、离散格式和求解器的限制,且不引入任何额外的自由度或迭代,简单高效,普适性强。并通过三个经典算例,验证了基于该插值格式的非协调网格数值模型具有较好的稳定性,计算结果与前人的实验结果和数值计算结果也吻合良好。     

基于 Fluent 的水气两相流的数值模拟

在水利工程中,因水流水头高、流速大、紊动强、水流表面或过流边界突变．造成大量的空气掺入水流中．形成水气两相流．称之为掺气水流。随着计算机技术的迅速发展．计算流体力学的数值模拟技术有了很大发展．本文以Fluent6．2软件为基础．采用标准紊流模型．对明渠水气两相流进行了数值模拟研究．     

计算流体力学在纵向式公路隧道火灾通风中的仿真

隧道一旦发生火灾，如果处理不当，将造成严重后果。为了预防和控制隧道中的火灾，必须研究烟气在隧道中的流动，进行数值仿真是一条简洁有效的途径。随着国外在计算流体力学（CFD）的兴起与发展，为这一问题的研究提供了可能。鉴于此，本研究以京珠高速公路粤境南段隧道工程为工程依托，采用计算流体力学的研究方法进行通风仿真，对研究国内公路隧道火灾通风控制具有现实意义。     

CFD simulations targeting the performance of the NTNU BT1 wind turbine using overset grids

In the present study,the performance of the NTNU Blind Test 1 wind turbine is analyzed in the computational fluid dynamics(CFD)simulations by using the CFD code FANS with structured overset grids.First,the numerical methods including the governing equations,the turbulence closure model,and the flow solver are introduced.In addition,the NTNU BT1 wind tunnel experiment is described.Then,structured overset grid blocks are generated in the computational domain with fully resolved wind turbine geometry,including the blades,hub,nacelle,and tower.Afterward,unsteady Reynolds averaged Navier-Stokes(RANS)simulations with the two-layer k-ε turbulence model are performed with an inlet velocity of 10 m/s and a tip-speed ratio(TSR)of 6.The overset-grid capability of FANS is leveraged to handle the rotation of the rotor.Finally,simulations are performed for a range of TSRs and a comparison is made among the present CFD results,other numerical results obtained from representative methods,and the experimental data.It is observed that the CFD-predicted thrust coefficients match the experimental measurement at low TSRs while under-predicting the values at high TSRs,and potential reasons for this deviation are discussed.     

Numerical study on the aerodynamic and hydrodynamic performances of an ultra-high-speed AAMV

In order to investigate the resistance performance of an ultra-high-speed aerodynamically alleviated marine vehicle(AAMV),finite volume method(FVM)-based computational fluid dynamics(CFD)software STAR CCM+is used to simulate the forward motion of this vehicle.The calculated results are validated as they reach good agreement with experimental data.Comparing the motions of models with and without aero-wings,the hybrid aerodynamic and hydrodynamic mechanism of this novel hull is discussed.Study is subsequently performed that how step configuration,spray rail and deadrise angle act on hull behavior and resistance.The results show that models with double steps and spray rail possess better resistance characteristics at high speeds,and planing surface with variable deadrise angle could further improve the overall navigation performance.     

氧化沟流场特性数值模拟的现状与展望

氧化沟流场特性的研究对氧化沟工艺废水处理理论、氧化沟工艺的设计与改良有着十分重要的意义。计算流体动力学（CVD）是对氧化沟进行数值模拟的重要手段。综述了CFD概况及氧化沟中流体特性数值模拟的研究进展,总结了目前CFD模拟氧化沟流体特性中存在的问题,并提出了进一步的研究方向。     

船舶螺旋桨周围粘流场数值预报与流场分析

本文叙述了通过直接求解雷诺平均应力方程（ＲＡＮＳ）来获得船舶螺旋桨粘流场数值解的方法与数值求解步骤，该方法采用非交错网格系统，利用幂函数格式离散动量方程，预报－校正方法求解速度－压力耦合问题，应用Ｂａｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ代数湍流模式求解雷诺应力项使方程组封闭，以此来获得螺旋桨粘流场，为了验证数值方法的稳定性和可靠性，文中以ＤＴＲＣ４１１９桨为算例，对螺旋桨粘流场进行了数值求解，通过对计算结果的分     

基于CFD的水电站压力前池流 态特性研究

以某水电站压力前池为研究对象,采用RNG K - s瑞流模型和运用CFD ( computational fluid dynamics)方法对压力前池的流态特性进行三维数值研究。通过对水电站全甩负荷、一台机组增负荷、两台机组依次增负荷三种典型工况下压力前池流态特性的数值分析,揭示了压力前池流态分布和水位变化特性。结果表明:在全甩负荷和增负荷工况下,压力前池内虽出现回流漩涡但进水口水流流态较好、水位波动稳定,从而为压力前池水力优化设计提供了依据。     

基于CFD的管道漏损模拟检测与评估研究

为研究管道漏损对供水管道中水力要素变化的影响,基于计算流体动力学（CFD）方法模拟分析了有、无漏损点和不同漏损点尺寸下供水管道内部水流流动及流场变化过程。以1^#管道模拟结果为例,t=4 s时,无漏损管道拟设漏损点附近流速为0.16 m/s,压力为0.015 kPa;漏损管道漏损点附近流速峰值为0.32 m/s,压力峰值为0.068 kPa。管道整体结果表明1,管道无泄漏时,拟设漏损点附近管段内压力和流速波动较小;因泄漏,漏损管道漏损点附近管段内压力和流速出现峰值,且由沿程变化曲线可得,漏损点下游管段内压力和流速大小明显低于无漏损管道。不同模拟条件下漏损点所在管道内流速和压力具有相似的数值变化规律,但压力比流速变化更剧烈。漏损点尺寸大小与管道内流速和压力的数值变化成反比。本研究对供水管道漏损监测方案制定及监测设备布局优化具有重要的参考价值。     

基于CFD技术的臭氧给水处理工艺研究进展

回顾了目前应用CFD技术对臭氧给水处理工艺的研究情况。从前人的研究成果来看,大多数的研究以臭氧接触池为对象,研究内容主要针对池内出现的回流、死水区问题而进行池型结构的优化,结果发现优化水力结构可提高池内的气液接触效率,并使流态更接近理想推流。部分研究涉及池内臭氧衰减及有机物降解反应的探索,多数结论认为臭氧衰减符合一级反应动力学,有机物降解则为二级反应,但反应机理须视具体情况而定。基于对现在的研究进展及CFD应用前景分析,未来的研究方向将是对于池内有机物降解及相关化学反应机理的进一步研究,以及建立更为全面的处理工艺运行评价指标。     

New design solutions for low-power energy production in water pipe systems

This study is the result of ongoing research for a European Union 7th Framework Program Project regarding energy converters for very low heads, and aims to analyze optimization of new cost-effective hydraulic turbine designs for possible implementation in water supply systems (WSSs) or in other pressurized water pipe infrastructures, such as irrigation, wastewater, or drainage systems. A new methodology is presented based on a theoretical, technical and economic analysis. Viability studies focused on small power values for different pipe systems were investigated. Detailed analyses of alternative typical volumetric energy converters were conducted on the basis of mathematical and physical fundamentals as well as computational fluid dynamics (CFD) associated with the interaction between the flow conditions and the system operation. Important constraints (e.g., size, stability, efficiency, and continuous steady flow conditions) can be identified and a search for alternative rotary volumetric converters is being conducted. As promising cost-effective solutions for the coming years, adapted rotor-dynamic turbomachines and non-conventional axial propeller devices were analyzed based on the basic principles of pumps operating as turbines, as well as through an extensive comparison between simulations and experimental tests.     

电动三通比例阀三维湍流数值分析及优化控制

为分析管路系统中三通比例阀的流量特性,对三通比例阀进行了三维流场数值计算。当三通阀用作分流时,分析了出口流量比和出口水头损失率随入口雷诺数及阀芯位置的变化规律;当用作合流时,分析了入口流量比随出入口压力差及阀芯位置变化规律。结果表明:比例阀的各口流量比主要受阀芯位置影响,在三通比例阀中腔体形状、壁面糙度一定的情况下,降低入口雷诺数可减小局部阻力损失。实现了基于流量比特性曲线的优化控制。