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。     

旋流煤粉燃烧NO生成的AUSM湍流反应模型

针对煤粉燃烧NO生成提出一种湍流反应统一二阶矩代数(AUSM)模型．用纯双流体模型，包括κ—ε—κp两相湍流模型、EBU—Arrhenius燃烧模型、六热流辐射模型、NO生成湍流反应的AUSM模型和原有二阶矩代数模型，对旋流煤粉燃烧器内相流动、煤粉燃烧和NO生成进行了数值模拟．两相流动的模拟结果和PDPA实验结果符合较好。热态模拟结果和文献中的实验结果的对照指出，AUSM模型的模拟结果比ASM模型的模拟结果更合理．ASM模型由于采用温度指数函数的级数展开近似，舍去了并非小量级的高阶项，低估了NO生成率．这和文献中用ASM模型模拟甲烷—空气燃烧低估了NO生成率的趋势是一致的。     

多流体模型在燃气轮机燃烧室三维反应流中的应用

对一种模型燃气轮机燃烧室中的三维反应流进行了数值模拟，模型燃烧室的燃料是CH4，燃烧类型是预混燃烧，在数值模拟过程中，采用了Spalding于1995年提出来的多流体模型来对燃烧室中的湍流预混燃烧进行了数值模拟，在数值模拟过程中考虑了辐射问题，采用了六通量辐射模型。通过数值模拟给出了速度，压力，湍流脉动动能，湍流动能耗散率，焓值，湍流粘度，温度，密度，燃烧产物质量分数，氧的质量分数，燃料/空气混合比，燃料质量分数，空间三个方向的辐射热通量以及各种流体的质量分数等变量的分布情况，此外，还采用传统的旋涡破碎模型对此燃烧室进行了数值模拟，并对两种方法的结果进行了分析比较，由分析可以看出多流体模型的结果接近于实际情况，对模型燃烧室进行三维反应流数值模拟的工作为今后对实际燃烧室反应流的数值模拟打下了一定的基础。     

用二阶矩亚网格尺度燃烧模型对丙烷-空气旋流扩散燃烧的大涡模拟

用二阶矩(SOM)亚网格尺度燃烧模型对环缝进燃料的丙烷-空气旋流湍流扩散燃烧进行了大涡模拟(LES).模拟得到统计平均的热态3个方向的速度、湍流度、温度、丙烷、氧和CO2浓度分布,其值与实验数据符合很好.结果表明,二阶矩(SOM)亚网格尺度燃烧模型适用于大涡模拟.环缝进气使湍流脉动强度、各向异性程度和温度分布趋于均匀.     

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。     

不同来流温度下单液滴燃烧的数值模拟

单液滴蒸发燃烧规律是研究喷雾蒸发与燃烧这一复杂物理化学过程的基础.与传统折算薄膜理论相比,从基本控制方程出发,建立了高温对流环境中单液滴的瞬态蒸发与燃烧模型.模型中详细考虑了液相内部环流、气相边界层流动以及热物性的变化,并采用数值模拟方法分析了来流温度对油滴蒸发燃烧特性的影响.计算结果复现了实验中液滴火焰由尾部火焰向包覆火焰的发展过程,验证了直径平方定律的适用范围,并得到了来流温度对油滴蒸发燃烧特性的影响规律.     

风力机翼型大攻角分离流的数值模拟

为了准确预测风力机翼型在大攻角下分离流动的气动性能,并且为风力机的设计与安全运行提供一种可靠的数值模拟手段,针对某风力机专用翼型,分别采用基于非定常不可压缩Navier-Stokes方程的大涡模拟(LES)模型、RNG k-ε模型和Standard k-ε模型对其气动性能进行数值模拟,并计算出翼型攻角为35～90°,雷诺数为2×106时的气动力参数。将不同湍流模型的计算结果与风洞试验数据进行比较,并分析流场结构。分析结果表明,LES模型能够准确地模拟出翼型表面的分离流动,计算结果与试验数据取得了很好的一致性,并且优于RNG k-ε模型和Standard k-ε模型的模拟结果。     

冲击射流预混火焰的数值模拟

采用FLUENT软件,选择标准k-ε模型、RNG k-ε模型、低雷诺k-ε模型（Abe-Kondoh-Nagan）对停滞板燃烧器内冷态流场进行数值模拟,然后将模拟结果和实验结果进行比较。结果表明,RNG k-ε模型和AKN（Abe-Kondoh-Nagan）模型得到的结果与实验结果比较接近。用RNG k-ε模型和Abe-Kondoh-Nagan模型对停滞板燃烧器的预混燃烧进行数值模拟,通过与实验结果的比较,评价了两种湍流模型对停滞板预混燃烧的数值预测能力。     

戽流消能水力特性数值模拟

采用RNG κ-ε紊流模型,结合气液两相流VOF模型以及标准壁面函数法对干捞水电站戽流消能水力特性进行数值模拟。得到了在设计洪水位条件下溢流坝下游河床自由水面、压强、流场分布以及消能影响范围等水力特性的变化规律。通过模拟结果与电站实际运行情况进行对比分析可知,本方法能够准确模拟出戽流消能的各项水力特性,并且为消能工的设计和优化提供参考依据     

纳米流体Rayleigh-Bénard细胞流的格子-Boltzmann模拟

采用热格子-Boltzmann方法,对两平行平板间纳米流体的Rayleigh-Bénard细胞流现象及其影响因素进行数值模拟研究,模型计算结果与方腔内纳米流体的自然对流实验结果吻合较好。讨论了纳米颗粒种类(Al2O3、Cu和SiO2)、体积分数(1%～4%)等因素对细胞流流动和传热的影响。研究发现平板间纳米流体的Rayleigh-Bénard细胞流的流动和传热行为明显异于纯流体,同时发现纳米流体的热导率、黏度和颗粒的热运动共同决定细胞流的流场和温度场分布的规律:热导率越大、布朗运动的越强,会减小流体温度的非均匀性,削弱对流作用,使其细胞流对涡个数减小;黏度增大也会抑制细胞流的发展。     

当量比对涡轮叶间燃烧性能影响的数值模拟

为探究涡轮叶间燃烧性能,设计了4种不同当量比的工况,利用 FLUENT 软件的 Realizable k-ε湍流模型、PDF 燃烧模型、DO 辐射模型和离散相模型对燃烧室的流动及燃烧进行数值模拟.结果表明:燃烧室能在广泛的当量比(2.59~0.81)下保持性能稳定,燃烧效率保持在96%以上、总压损失低于2.4%,气体温度提高650,K 左右;降低当量比,能够提高燃烧效率,降低 CO、UHC、NOx 等污染物排放,改善温度分布,但会造成更大的总压损失;最优当量比等于1.00,此时燃烧效率在99.95%以上,总压损失相对低(1.5%),出口径向温度呈抛物线型分布,最适合燃烧室设计.与文献对比发现,选取的工况合理,其结果对涡轮叶间燃烧室设计具有参考价值     

基于步进式加热炉数学模型的氧化烧损预测模拟

针对钢铁企业的氧化烧损问题,用数值模拟的方法进行预测分析。利用CFD流体计算软件建立了炉内流动、燃烧、辐射、钢坯导热和氧化烧损模型,流动模型采用k—ε湍流模型,燃烧采用PDF燃烧模型,辐射换热模型采用离散坐标（DO）辐射模型,热流密度做为钢坯导热的边界条件,模拟钢坯在实际工况下的结果表明,氧化铁皮的快速增长期是在钢坯入炉50～120min之间,位于加热段;在不同均热时间下,钢坯氧化率随均热时间呈线性增长。据此结论,现场操作人员可通过强化加热段加热能力的手段减少钢坯在加热段的停留时间或热装钢坯调整总的在炉时间来降低钢坯氧化烧损率以提高钢坯加热质量。     

低浓度瓦斯脉动燃烧过程的数值模拟

选取k-ε湍流双方程模型、概率密度方程(PDF)湍流燃烧模型及部分预混燃烧模型,利用流体分析软件Fluent对煤矿低浓度瓦斯在Helmholtz型脉动燃烧器中的燃烧过程进行了数值模拟。通过对燃烧室内低浓度瓦斯脉动燃烧压力场和速度场的分布进行模拟研究,并与理论燃烧过程相比较,其结果表明:低浓度瓦斯脉动燃烧数值模拟结果符合实际脉动燃烧规律,说明脉动燃烧这一燃烧方式适合低浓度瓦斯的研究利用,并为以后的研究提供参考。     

垃圾衍生燃料在内旋流流化床中燃烧数值研究

使用FLUENT软件平台,采用非预混燃烧模型、标准k—ε湍流模型以及P-1辐射模型,对垃圾洐生燃料在内旋流流化床中的燃烧特性进行数值模拟研究。通过数值模拟,得到一定工况下炉膛内的温度场、组分场分布,模拟结果与实验数据符合较好。     

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。     

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。     

某重型燃气轮机环形燃烧室的数值模拟

完成了环形燃烧室从扩压器、旋流器到火焰简完整真实几何结构的建模,并进行三维数值模拟.数值计算采用有限速率/涡团耗散湍流燃烧模型、Realizable k-ε湍流模型、SIMPLE压力速度耦合算法以及二阶精度迎风差值格式.分析了不同负荷对流星分配、出口温度、燃烧效率、压力损失以及污染物排放的影响.在对比现场实测结果后发现...     

数值模拟加力燃烧室热态流场

本文对带有隔热屏、外冷却通道和稳定器的加力燃烧室的热态流场了数值模拟。加力燃烧室中的网格划分采用了非均匀交错网络系统，应用ＳＩＭＰＬＥ算法来求解各守恒方程。采用了双方程ｋ－ε紊流模型来预估紊流特性；采用简单的单步化学反应假设的ｋ－ε－ｇ紊流燃烧模型描述紊流燃烧；采用热通量法辐射模型来估算辐射通量和壁面温度。另外还研究了在加力燃烧室外冷却气流对加气燃烧室筒体壁面进行冷却后壁温分布情况，以及Ｖ型稳定器     

甲烷在多孔介质中过滤燃烧制氢的数值模拟

对燃料极富条件下(φ>2.0)甲烷在多孔介质中的部分氧化重整制取氢气的工艺过程进行了数值模拟.建立了一维定常双温度模型,采用详细化学反应机理GRI1.2,着重研究燃烧区峰值温度、主要化学组分的分布规律和氢气的转化效率.讨论了混合气体流速、当量比等参数对甲烷转化特性的影响.数值模拟结果与文献[4]的实验结果基本吻合.     

等离子发生器燃烧流场的数值模拟

采用漩涡破碎(EBU)燃烧模型、κ-ε双方程湍流模型及SIMPLEC算法对等离子发生器内部的燃烧流场进行了数值模拟，得到温度场、压力场以及湍流脉动动能、湍流平均动能耗散率等参数分布图。