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。     

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.     

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。     

簸萁形进水流道进水收缩段底面倾角对流道水力性能的影响

为了探究簸萁形进水流道进水收缩段底面倾角对流道水力性能的影响,建立了簸萁形进水流道的进水结构物理模型和水动力学模型,采用雷诺N-S方程和RNGκ-ε湍流模型,对进水收缩段5种不同底面倾角的流道水流流场进行数值模拟。结果表明,底面倾角对流道进水收缩段和喉部的流速分布影响较大,较大的底面倾角使进水收缩段的流线分布密集度和喉部流线弯曲度增大、流速升高,增大了流道水力损失,降低了流道出口断面流速分布的均匀度;较小的底面倾角使进水收缩段的流线分布平顺和喉部流线弯曲度变缓、流速降低,减小了流道水力损失,提高了流道出口断面的流速分布均匀度;进水收缩段底面倾角的大小对流道出口断面的水流速度加权平均角无明显影响;分析不同底面倾角的流道水力性能,在簸萁形进水流道的进水收缩段底面倾角≤3°时,进水流道的水流平顺,水力损失小,流道出口的水流流态满足水泵叶轮室进口的进水条件。     

轴对称湍流冲击射流场的数值预测

应用标准k-ε模型和一种重正化群（RNG）k-ε模型，对半封闭轴对称湍流冲击射流场进行了数值模拟。通过两种模型计算结果的比较以及与参考文献中LDV测量结果的比较，评价了RNGk-ε模型对冲击射流场的数值预测能力。最后，根据数值模拟的结果，从流体动力学角度分析了冲击射流场的结构特性。     

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。     

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。     

出口段长度及弯肘段半径对肘形进水流道水力特性的影响

为了解出口段长度和弯肘段内、外半径对肘形进水流道水力特性的影响,基于雷诺时均方程和标准κ-ε湍流模型,采用通用CFD软件Fluent,应用SIMPLEC算法对肘形进水流道的三维内部流动进行了数值模拟,并引入优化进水流道目标函数作为评价标准,探讨了在保持肘形进水流道主要控制参数（流道长度L、宽度B、叶轮名义高度H/D等）不变的情况下,不同出口段长度和弯肘段内、外半径对肘形进水流道水力特性的影响。结果表明,在一定范围内随着肘形进水流道出口段长度的增加和弯肘段内、外半径的减小,出口断面轴向流速分布均匀度减小;流道对水流流动方向的调整作用增强,出口水流偏流角减小;流道水流流态变化加剧,水头损失增大。在开挖深度不变的情况下,可通过调整出口段长度和弯肘段内、外半径改善肘形进水流道水力特性。     

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。     

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。     

基于CFD的离心泵内部流场数值模拟

采用GAMBIT建模划分网格,基于CFD技术,采用雷诺时均N-S方程和RNG k-ε湍流模型对离心泵内部的二维湍流流动进行了数值模拟,得到了离心泵内部流场的压力分布、速度分布及气蚀特性规律。结果表明,叶轮内部流体从叶片入口到离心泵出口速度不断降低,压力不断升高。同时,得到了气蚀分布特性,在所研究工况条件下,气蚀首先在叶片两侧出现。模拟结果对工程实践和离心泵水力性能研究有一定的指导意义。     

室内流场湍流模型对比研究

为探明不同湍流模型求解室内流场的适用性,基于计算流体力学软件Fluent和Airpak的零方程模型、室内零方程模型、标准k-ε模型、RNG k-ε模型和Realizable k-ε模型,对暖通空调领域三种典型室内流场(无障碍物时的等温强制对流、有障碍物时的等温强制对流、有内热源时的混合对流)开展数值模拟,并将数值模拟得到的风速分布与实测值进行对比分析。结果表明:基于Fluent的Realizable k-ε模型和基于Airpak的RNG k-ε模型能够准确预测三种典型室内流场的速度分布;室内零方程模型对于室内无障碍物时的等温强制对流预测结果较差,而对于有障碍物时的等温强制对流和有内热源时的混合对流,在计算精度要求不是特别高的工程计算中可以使用;零方程模型对三种典型室内流场的预测结果均较差,在室内流场特性研究中应避免使用。     

导流锥对低扬程双向轴流泵装置水力性能的影响

为研究导流锥对低扬程双向轴流泵装置水力性能的影响,以苏南某泵站为例,设定有、无导流锥两种方案,基于RNG湍流模型,采用CFD方法对双向轴流泵装置进行全流道三维湍流数值计算。结果表明,无导流锥时,进水流道水流流态较有导流锥时紊乱,且水流从进水流道喇叭口下方周围环向进水,喇叭口中心处出现奇点;有导流锥时,导流锥占据了喇叭口下方奇点位置,消除了奇点。有导流锥时,出口流场均匀性较好,进水流道的水力损失随着流量的增加而逐渐增加;无导流锥时进水流道的水力损失较大,最大差值达0.05m。导流锥对水泵装置效率影响较大,增幅达4.1%,增设导流锥可显著提高水泵装置效率。     

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。     

简单射流流化床的数值模拟

以双欧拉模型及颗粒动力学理论为基础，应用Fluent软件进行了简单射流流化床的模拟．经过不同湍流模型下的二维、三维计算结果分析，并与实验值比较，初步探讨湍流模型和二维、三维模拟方法对稠密气固流动数值模拟的影响，发现RNG k-ε湍动方程较标准k-ε湍流模型提高了稠密气固两相流数值模拟的准确性，三维模拟计算的流场比二维模拟更准确．     

正交试验方法在波形板分离器数值模拟研究中的应用

为了比较精确的计算波形板惯性分离器的阻力特性,将正交试验方法与数值模拟相结合,讨论了不同数值计算方法对波形板惯性分离器阻力特性的影响,通过极差分析得出最优的数值模拟方法。研究表明:在对惯性分离器进行数值仿真时,湍流模型对计算结果的影响最大,离散格式影响稍小,压力差补和压力速度耦合算法的影响最小;其中,RNG k-ε湍流模型、SIMPLEC算法、二阶压力插值、QUICK离散格式的算法组合对波形板分离器阻力特性的预测误差为6.8%。     

基于CFD的轴流泵后置导叶水力性能分析

为了解轴流泵后置导叶的水力性能,基于RNG湍流模型,采用计算流体动力学CFD软件Fluent,应用SIMPLIEC算法对轴流泵模型装置全流道进行了数值模拟,分析了四种不同流量下导叶体的内部流动特性,研究了导叶的水力性能。结果表明,导叶的水力损失随流量的增加先减小后增大;在设计流量处导叶水力损失最小,导叶压力转换能力最好;小流量下叶轮进出口处水流流态紊乱,导叶流道内出现漩涡回流,是导致导叶水力损失较大的主要原因;大流量下叶轮出口水流轴向速度较大,水流导叶进口边撞击将导致导叶体水力损失增加,水力性能下降。     

旋流燃烧器出口湍流流场的数值模拟

对旋流燃烧器出口的湍流流场进行了深入的数值模拟研究，经过对不同旋流强度的旋转射流的计算，比较了对目前应用较多的k-ε模型、重正化群(RNG)的k-ε模型及雷诺应力模型在实际求解中的优劣。在弱旋气相流动时，RNG k-ε模型可以满足工程上的精度需求。在强旋流动中，基于“有效粘性”的各个模型的计算结果和实验相差很远，只有采用雷诺应力模型才能得到较为满意的结果。图4表3参5     

基于两方程湍流模型的均匀流中湍流动能衰减规律研究

通过理论推导和数值模拟,从湍流模型封闭系数的确定过程、输运方程扩散项的影响因素、入口边界条件和网格尺度等方面分析标准k-ε模型、标准k-ω模型和SST k-ω湍流模型在计算均匀来流时湍流动能的衰减规律及其本质物理区别;通过数值模拟分析中性大气条件下湍流动能的衰减规律.结果表明,在均匀流中,采用标准k-ε湍流模型,入口湍...     

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。