湍流模型在肘形进水流道三维流场数值模拟中的适用性研究

为找到可准确模拟低扬程泵站肘形进水流道水流流动的湍流模型,在对肘形进水流道进行网格无关性分析的基础上,选用S-A、Standardκ-ε、RNGκ-ε、Realizableκ-ε、Standardκ-ω、SSTκ-ω和RSM等7种常用湍流模型分别对肘形进水流道三维湍流流动进行数值模拟,并从流道水头损失和流态两个方面与流道模型试验结果进行比较。结果表明,不同湍流模型满足网格无关性所需的网格数量不同,RNGκ-ε、Realizableκ-ε和S-A湍流模型数值模拟的水力损失与模型试验结果的相对误差分别为1.01%、7.07%、9.09%,RNGκ-ε与Realizableκ-ε湍流模型计算得到的流场几乎完全相同,建议在对肘形进水流道三维湍流流动进行数值模拟时优先考虑采用RNGκ-ε湍流模型。研究成果可为进水流道三维湍流流动数值模拟的模型选择提供依据。     

三种κ-ε模型模拟混流式水轮机转轮叶片湍流场差异性比较

为比较Standardκ-ε模型、RNGκ-ε模型、Realizableκ-ε模型用于水轮机数值模拟时的异同,采用三种κ-ε模型对不同工况下带有副叶片的混流式水轮机转轮进行了三维定常湍流数值模拟,流场求解使用分离式解法,压力场求解使用SIMPLEC算法。结果表明,三种κ-ε模型用于水轮机的数值模拟具有一定的准确性和适用性,在相同模拟条件下都可得出与实际流态大致吻合的结果,但在计算量、捕捉流动细节及计算精度等方面存在差异,可为水轮机数值模拟研究中κ-ε模型的选择提供参考和依据。     

用RNG k-ε模型计算内燃机缸内湍流流动

应用快速畸变假设对RNG k-ε湍流模型进行压缩性修正后,将其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RNG k-ε模型算得的结果,并与标准的k-ε模型算得的结果和实验结果进行了对比.结果表明,用RNG k-ε湍流模型算得的结果比k-ε模型算得的结果有所改进,此模型适合于计算内燃机缸内湍流流动.     

用RNGκ—ε模型计算内燃机缸内湍流流动

应用快速畸变假设对RNGκ-ε湍流模型进行压缩性修正后，将其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RNGκ-ε模型算得的结果，并与标准的RNGκ-ε模型算得的结果和实验结果进行了对比。结果表明，用RNGκ-ε湍流模型算得的结果比RNGκ-ε模型算得的结果有所改进，此模型适合于计算内燃机缸内湍流流动。     

不同湍流模型在斜流泵性能预测中的应用

为研究不同湍流模型在斜流泵性能模拟上的差异,以比转速为425的斜流泵为研究对象,选取κ-ε、κ-ω、SST、RNGκ-ε四种湍流模型,对斜流泵设计工况下的内部流动进行数值计算,并分析各湍流模型在斜流泵内流计算中的适用性。结果表明,SST模型预测的扬程偏差较大,为7.69%,其余模型扬程预测偏差均小于5%,其中RNGκ-ε模型扬程预测偏差最小,为3.76%;SST模型预测的效率偏差最大,为3.70%,κ-ε模型和κ-ω模型的效率偏差最小,均为3.00%;4种模型在吸入段及导叶处的轴向速度分布基本一致,κ-ω模型对叶轮轴向速度预测的高速域范围略优于其余三种模型;κ-ε模型和RNGκ-ε模型对斜流泵涡量预测结果较为相似,而κ-ω模型和SST模型的预测结果比较接近。研究结果可为预测斜流泵性能和内部流动特性提供参考。     

不同湍流模型对水平轴风力机三维粘性气流特性的影响

对某水平轴风力机叶片附近的三维湍流流场进行了数值模拟,其中在7、15、25m/s 3种不同工况下分别采用S-A、Standard k-ε、RNG k-ε和SST k-ω4种湍流模型。计算结果表明:随着来流速度的逐渐增大,叶片吸力面的分离流沿叶根向叶尖方向逐渐发展,且由于三维旋转效应使得展向流动逐渐增强。和相关实验结果比较,选择不同的湍流模型对数值模拟结果有明显影响,其中RNG k-ε和SST k-ω两种模型可以获得较好的压力分布计算精度。综合考虑压力分布、功率系数和推力系数在不同工况下与实验结果的比较,选择SST k-ω湍流模型较适合模拟该水平轴风力机周围复杂的三维湍流流动。     

喷雾脱硫过程中拐形分离器内气雾间热交换及分离的研究

在冷态的基础上∧［1］,对单拐形分离器内气水间热交换及分离问题进行了理论研究与数值计算。在计算中,采用贴体坐标的办法处理整个流动区域。对分离器内空气单相传热与流动,采用K-ε湍流模型,使用有限差分析方法计算流道内流场分布;两相流动采用两相分离流模型,即：气相采用Euler方法描述,水滴相采用随机采样分离流模型,由Largrange方法求解。计算给出了在多种工况下的水滴相的运动轨迹,分离效率以及速度分布等参数。计算结果与经验数据基本一致。图8参11     

基于OpenFOAM对某溢洪道挑流水动力特性的两相流数值研究

挑流消能中水舌在空中段及跌落到下游水垫塘的过程中,均存在明显的气液两相流特性,为更加深入探明该过程中的水动力特性,需构建更加先进的气液两相流数值模型。运用CFD开源软件OpenFOAM构建两相流三维数值模型,通过挑流试验测得的水舌结果对该数值模型进行验证,结果表明数值模拟结果与试验结果吻合较好,同时通过数值研究发现κ-ωSST湍流模型优于κ-ε、κ-ω湍流模型。将κ-ωSST湍流模型得到的数值模拟结果与已有挑流射程经验公式进行比较,结果表明κ-ωSST湍流模型比经验公式计算结果更接近试验结果。最后,基于数值模拟结果分析射流作用下水垫塘的动水压力分布特征,发现塘底湍动能最大值位于距挑坎1.26L₁、1.23L₂、1.093L₃、1.001L₄处。最大塘底压强位于距挑坎约0.91L₃处,此处也是整个计算域流速最低的流速滞点。研究结果可为挑流过程的相关研究提供参考。     

基于三种湍流模型的竖缝式鱼道水力特性研究

为研究不同湍流模型对竖缝式鱼道数值模拟的适用性和准确度,采用RNGκ-ε模型、大涡模拟(LES)模型及分离涡(DES)模型3种湍流模型对某竖缝式鱼道进行数值模拟,并对比分析了模拟的竖缝式鱼道流态特征、流速及湍动能等水力指标值与实测数据。结果表明,3种模型均可较为准确地解析鱼道池室流态特性,其中DES模型最能反映竖缝式鱼道的流态、流速分布;综合模拟成本后,RNGκ-ε模型在湍动能模拟方面较其他两个瞬时模型具有优势。因此,鱼道数值模拟在不追求较高精度流场特征的要求下,应优先选用RNGκ-ε模型。研究结果可为今后数值模拟在鱼道工程的应用提供参考。     

抽水蓄能电站调压室阻抗系数的三维数值模拟

选用适合调压室流动的三维可视化k-ε双方程湍流模型以及考虑边壁粗糙度的壁函数,采用一阶精度及S IM PLE算法,以FLUENT流体计算软件为计算平台,对抽水蓄能电站调压室流场进行了数值模拟。通过对比和分析表明,在分流、合流两种流态下利用计算流体动力学CFD方法计算得到的水头损失系数值与常规物理模型试验得到的结果,在规律和数值上基本吻合,表明计算流体动力学可以应用于抽水蓄能电站调压室的优化设计中。     

非线性双方程湍流模型用于翼型分离流动模拟

采用非线性k-ε和q-ω双方程湍流模型，利用高收敛率、高精度和高分辨率的数值算法，对二维NRELS809翼型在0～18°攻角范围内的低速绕流进行了数值模拟，将翼型的升阻特性的计算值与实验值进行了比较。与采用线性k-ε和q-ω双方程湍流模型的计算结果对比表明，当翼型流动发生分离时，采用非线性双方程湍流模型可以明显地改进计算精度。本文采用的数理模型与数值方法可有效地用于风力机翼型大尺度分离流场的预测。     

基于FLUENT的便携式泥沙起动测量装置模拟效率与精度

现场测量粘性细颗粒泥沙临界起动条件方法众多,便携式泥沙起动测量装置以其轻便快捷的优点越来越受到关注。利用成熟的商业流体计算软件FLUENT分别建立二维、三维数值模型,从模型维度、湍流模型、膨胀层网格3个方面对便携式泥沙起动测量装置的模拟效率与精度进行研究。结果表明,二维简化模型与三维模型的计算结果吻合较好,但二维模型的计算效率比三维模型高的多;RNGκ-ε、Realizableκ-ε湍流模型模拟所得底部床面产生的水流剪切力基本相同;膨胀层网格可在提高数值模型计算结果精度的同时减少模型总网格数量,提高模型计算效率。该结果可为泥沙起动装置设计和数值模拟研究提供参考。     

汽轮机凝汽器喉部与排汽缸耦合流动的数值模拟

为了更加透彻的认识凝汽器喉部的流动状况,通过求解由κ-ε双方程湍流模型封闭的三维时均N-S方程,对凝汽器喉部和排汽缸的耦合流动进行了数值模拟.结果表明:凝汽器喉部和排汽缸耦合计算的结果,完全不同于凝汽器喉部单独计算的结果,喉部出口的速度分布和喉部的能量损失系数都差异很大.喉部流场受入口来流的影响较大.采用耦合计算,能够获得更加接近实际的数值结果,为凝汽器喉部的优化设计、改造和性能研究奠定了基础.     

基于两种湍流模型的某风机专用翼型数值研究

针对风力机专用S832翼型绕流流动建立了二维不可压缩湍流模型,利用计算流体力学软件Fluent,分别选用S—A、RNGk-ε两种湍流模型对S832进行数值模拟,对比了两种湍流模型对气动模拟精度的影响,得出了雷诺数为3×10^6时,该翼型在-16°～30°攻角下的升力系数和阻力系数随来流攻角的变化关系及压力分布图,分析了不同攻角下翼型表面压力分布特性并进一步预测了大攻角（达30°）下翼型分离流动特性．并与NREL的试验数据进行比较,研究结果表明：RNGk—ε在预测该翼型小攻角范围气动性方面更加有效。     

采用热-流耦合方法对火焰筒壁温三维数值模拟

考虑了流场变化对换热的影响,使用热-流耦合方法,对某型燃烧室整个流场、温度场进行完全的数值模拟。该方法对流场和固壁内换热进行耦合计算,得出了三维燃烧室壁温分布。计算中,对完全发展的湍流燃气采用了标准“k-ε”湍流模型,运用DO模型计算了燃气的热辐射,燃烧模型使用涡-耗散模型来计算化学反应速度,固壁材料使用了变比热和变导热系数。数值模拟结果表明流场与固壁相互作用得更充分,能更精确地反映流场和温度场的整个形态,可以模拟出较为合理的流场和温度场分布以及相应的流动换热特性。     

不同湍流模型对海水淡化用提升泵模拟精度的影响

针对双蜗壳型式的海水淡化用提升泵,运用Fluent软件,分别采用标准k -ε、RNGk-ε和Realizablek -ε湍流计算模型进行数值模拟.分析3种不同湍流模型中蜗壳与叶片的流场情况,在此基础上进行了性能预测,并与试验结果进行比较.研究表明:采用RNGk -ε湍流模型计算时,中叶轮和蜗壳内部流线比较流畅,性能预测结果与试验结果吻合较好:采用k -ε和Realizable k -ε湍流模型计算时,叶轮和蜗壳流线紊乱、产生漩涡,性能预测结果与试验结果相差比较大.RNGk -ε湍流计算模型更适合海水淡化用提升泵和类似结构离心泵的性能预测,为海水淡化用提升泵及类似双蜗壳结构离心泵的性能预估和数值模拟提供一定参考.     

环栅式动力除尘器的两相流数值模拟

为了开发、设计高性能产品，针对环栅式动力除尘器进行了二维两相流数值模拟。模拟中使用了颗粒轨道模型。采用κ-ε模型对气相湍流进行模拟，用Stochas模型描述颗粒相的湍流扩散。对灰尘颗粒及气体的流动情况以及除尘器的特性进行了分析研究。     

拦污栅栅条截面形式对水流特性的影响

采用CFD数值模拟技术,结合κ-ε湍流模型,计算了拦污栅栅条不同截面形式对拦污栅局部水头损失的影响,并将数值模拟结果与拦污栅水头损失经验公式计算结果进行对比,分析了不同截面形式拦污栅的过流流动特性。结果表明,数值计算的局部水头损失与经验公式计算值吻合良好,其中截面形状为圆形的拦污栅水头损失最小,栅后形成的流速梯度较小,沿着水流流向水流过渡最平缓;截面形状为正方形的拦污栅水头损失最大,水流流过栅后会形成较大的漩涡,栅后流速过渡比较急促,紊动作用较强;水流距离拦污栅越远,水流受栅条的影响越小,直至恢复到与拦污栅上游相同的流态,流线逐渐趋于平行。     

基于低雷诺数κ-ε模型冲击射流传热的数值模拟

冲机射流在机翼除霜、电子元器件散热等工程领域应用广泛,为进一步研究其传热机理,利用两种低雷诺数κ-ε模型对单股冲击射流的传热进行数值模拟,并与标准κ-ε模型及雷诺应力模型的计算结果进行对比。结果表明,低雷诺数κ-ε模型在两种工况下的计算结果均优于其他模型。湍流热扩散系数作为求解温度场最重要的参数,对传热的计算结果影响极大,通常用湍流普朗特数作为常数求解。在低雷诺数κ-ε模型的基础上,分别通过湍流普朗特数函数求解和t2-εt方程直接求解进行改进,并将计算结果进行比较。结果表明,使用湍流普朗特数函数形式求解湍流热扩散系数能给出更好的预测结果,直接求解仍需进一步改进。     

三种紊流模型模拟溢流坝泄流精度的对比分析

为研究不同紊流模型对溢流坝泄洪数值模拟的适用性和准确度,采用标准κ-ε模型、RNGκ-ε模型及大涡模拟(LES)模型等3种经典紊流模型对某溢流坝泄流过程进行数值模拟;同时,将数值模拟出的溢流坝坝面的水流流态、流速及坝面压强等溢流坝泄流过程的重要水力指标结果与物理模型试验结果进行对比分析。结果表明,RNGκ-ε模型对溢流坝泄流的流态模拟效果最好,与物理模型试验结果最为一致;LES模型对坝面水流流速、坝面压强及空化数的模拟效果最好;采用标准κ-ε模型模拟出的各个指标精度最低。因此,针对溢流坝泄流过程数值模拟,应优先采用RNGκ-ε模型和LES模型。