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。     

不同湍流模型在水轮机数值计算中的适用性探究

为探究不同湍流模型在水轮机数值计算中的适用性,运用UG三维建模软件建立混流式水轮机模型,在ICEM中分别进行网格划分,导入FLUENT软件,分别采用RNGκ-ε、Realizableκ-ε与SST三种湍流模型计算水轮机3种运行工况得转轮扭矩、尾水管测试线上的速度及监测点P的压力脉动,并与水轮机的试验数据进行对比。结果表明,SST湍流模型较适用于转轮扭矩的计算;Realizableκ-ε、RNGκ-ε、SST湍流模型各自较适用于小流量、最优及大流量工况下流场分布的计算。     

弹性地基处周期性圆形钢筋混凝土管道振动特性分析

为探究不同湍流模型在水轮机数值计算中的适用性，运用UG三维建模软件建立混流式水轮机模型，在ICEM中分别进行网格划分，导入FLUENT软件，分别采用RNG κ-ε、Realizable κ-ε与SST三种湍流模型计算水轮机3种运行工况得转轮扭矩、尾水管测试线上的速度及监测点P的压力脉动，并与水轮机的试验数据进行对比。结果表明，SST湍流模型较适用于转轮扭矩的计算；Realizable κ-ε、RNG κ-ε、SST湍流模型各自较适用于小流量、最优及大流量工况下流场分布的计算。     

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。     

不同湍流模型对跨音速轴流压气机数值模拟适应性研究

为研究不同湍流模型对跨音速轴流压气机内部流场和整体性能的影响,采用了5种湍流模型对额定转速下的NASA Rotor67转子进行三维流场数值模拟,分析不同湍流模型计算所得相对流量与压比、效率之间的关系,以及内部流场马赫数分布情况。与实验结果对比发现,5种湍流模型计算出的整体性能和内部流场马赫数分布中,κ-ω模型相比标准κ-ε模型、RNG κ-ε模型、SST模型和SSG雷诺应力模型预测精度更高。     

基于不同湍流模型的混流泵内部流动及性能研究

以低比转数混流泵为例,基于CFX软件,分别选取标准κ-ε模型、RNGκ-ε模型、剪切应力传输SSTκ-ω模型、BSLκ-ω模型4种湍流模型,模拟了该混流泵在设计工况和非设计工况下叶轮内流场的流动分布及叶片压力变化情况,并对比分析了外特性计算结果与试验结果。结果表明,基于4种湍流模型的计算结果与试验结果均基本一致,其中基于标准κ-ε模型的扬程、效率的预测结果与试验结果更为接近。     

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。     

某电站灯泡贯流式水轮机转轮优化研究

某电站水轮机转轮由于叶片应力过大而经常产生裂纹，严重威胁机组安全运行，为解决该电站水轮机转轮叶片应力过大的问题，以该电站灯泡贯流式水轮机为例，基于RNGκ-ε湍流模型，对水轮机各个部件进行建模、网格划分，通过对转轮叶片的加厚与修角优化处理，利用CFD技术对优化前后转轮水力性能及刚强度进行对比分析。结果表明，优化后转轮叶片应力与变形得到较大改善，符合工程实际需要，可有效避免转轮裂纹的产生。     

影响高压涡轮流场和性能的几个关键因素数值分析

针对高压涡轮进口气流的特殊条件,采用数值模拟方法.研究了高湍流度、进口总温径向分布不均匀等因素时高压涡轮总体性能和流场的影响规律.研究结果表明,高压涡轮进口总温径向畸变对气动性能影响较小,而进口湍流度从1%到10%逐渐增大,高压涡轮效率降低了约0.4%.但是,在RANS流场模拟中,不同湍流模型,对涡轮性能预测结果有明显差异,由RNGκ-ε模型、κ-ω模型、SST模型以及耦合转捩的SST模型对比表明,不同湍流模型对涡轮效率预测差别最大可达1%,而对叶片表面附面层分离状况预测差别更大,耦合转捩的SST模型预测效果最明显.     

长短叶片水轮机内三维粘性流动数值研究

基于RNG κ-ε湍流模型和三维时均N-S方程,计算了长短叶片水轮机全流道三维粘性流动数值,获得了长短叶片水轮机各过流部件内的流场在设计和非设计工况下的流动特性.计算结果可为长短叶片水轮机的水力设计及过流部件的优化设计提供参考.     

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。     

基于升力法的贯流式水轮机叶片设计及可行性分析

根据升力法设计轴流式水力机械转轮叶片的基本原理、方法和步骤,设计了贯流式水轮机叶片,建立了贯流式水轮机的三维模型,并基于Fluent,采用RNG κ-ε双方程湍流模型和SIMPLEC算法对设计叶片进行了数值模拟,得到了叶片表面压力和速度云图、流场流线和速度矢量图,并估算出水轮机水力效率。结果表明,采用升力法进行贯流式水轮机叶片设计具有可行性。     

不同湍流模型对风力机叶片翼型气动性能参数计算结果的影响研究

为了比较不同湍流模型得到的风力机叶片翼型气动性能参数计算结果的区别,采用S-A、SST k-ω和RNG k-ω这3种湍流模型对风力机叶片NACA0018翼型进行数值计算,然后将得到的结果和文献给出的风洞实验值进行比较,最后分别讨论了一阶迎风、二阶迎风和QUICK这3种离散格式对计算精度的影响。结果表明:当翼型在未失速(攻角小于14°)状态时,RNG k-ω模型得到的升力系数值与实验值最为接近;当翼型处于失速状态(攻角大于等于14°)时,S-A模型得到的升力系数值与实验值最为接近,而SST k-ω模型得到的阻力系数值与实验值最为接近。     

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。     

建筑顶面风力机微观选址数值分析方法的研究

为确定建筑物顶面屋顶风力机微观选址的有效方法,分别采用SKE、RKE、RNG、SST k-ε及LES共5种湍流模型对日本建筑物学会在风洞实验中所用建筑物的顶面及周围流场进行数值模拟,将各湍流模型的预测值与AIJ风洞实验的测量值进行对比分析,并采用3种统计参数对各湍流模型的预测精度进行评估,结果表明:LES模型对建筑物顶面风场湍流特性的预测是最准确的,而SKE、RKE、RNG这3种湍流模型的预测精度均略低于LES模型的,且这3种湍流模型对建筑物顶面三维风速的预测精度基本一致,但对湍动能的预测略有差别,其中SKE湍流模型最差,RKE湍流模型居中,RNG湍流模型最好。考虑到计算成本及实际建筑物的大尺寸,采用数值模拟方法进行建筑物顶面屋顶风力机微观选址时,SKE、RKE、RNG这3种湍流模型的计算精度完全可达到要求,其中RNG湍流模型的预测精度最好。     

A696转轮内部流场的数值模拟与分析

基于雷诺时均N-S方程、RNGκ-ε湍流模型和SIMPLE算法,采用FLUENT软件对A696混流式水轮机转轮进行了三维定常湍流数值模拟,获得了不同工况下的转轮内部流场的速度矢量、压力及流线分布规律,分析了转轮内的流动状态,对预测混流式水轮机转轮性能具有一定的参考价值。     

风力机翼型气动特性数值模拟

采用CFD软件Fluent对美国NREL两种风力机翼型S825和S827进行了二维数值模拟,研究了不同网格密度、不同湍流模型对风力机翼型气动特性的影响,并与试验结果进行了对比分析。通过对3种网格密度(4万、7万和10万网格节点)及3种湍流模型(S-A、Standard k-ε和Standard k-ω模型)的数值模拟标定,得出由Fluent软件进行风力机翼型数值模拟时,采用约7万网格节点、近壁Y~+10时达到网格无关,S-A湍流模型进行气动性能预测相对精度较高,为风力机翼型气动设计提供了快速有效地数值仿真性能检测手段,具有较高工程实用价值。     

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。     

双方程湍流模型在叶栅稳态流动中的应用

对标准κ-ε模型、重整化群κ-ε模型、可实现κ-ε模型和κ-ω模型等4种不同的湍流模型在预测叶栅稳态流动的能力方面进行了研究。采用时间推进的压力耦合方程的半隐算法(SIMPIEC),求解了稳态可压缩的雷诺平均Navier-Stokes方程及不同的湍流模型。通过一个叶栅流动算例,分析了这4种湍流模型本身的特点,并对其预测不同流动的能力进行了比较。数值分析结果表明:采用标准κ-ε模型进行计算时,在较大负冲角工况下,不能在叶栅压力面前缘预测到分离的产生;在零冲角和不大的正冲角工况下,在50%叶高处叶片表面,κ-ε模型所计算的等熵马赫数比κ-ω模型更接近实验值;其它两种湍流模型预测能力在两者之间。图5参9     

基于RNG湍流模型的泵站进水流道三维数值模拟

运用基于壁面律的RNG k-ε湍流模型对新型空心桩式水泵站进水流道进行数值模拟,采用交错网格的有限体积法求解三维不可压Navier-Stokes方程,提出优化进水流道目标函数并依据数值模拟结果预测进水流道水力损失.根据经验公式计算的水力损失与预测的进水流道水力损失较为接近,表明采用RNG k-ε湍流模型能较好地预测进水流道的水力性能,对进水流道内特性数值模拟和外特性预测研究有较高的推广价值.