水电站虹吸式进水口工作过程CFD模拟

采用RNGk ε湍流模型和CFD软件对水电站虹吸式进水口的虹吸形成过程(含抽真空过程)和虹吸破坏过程进行数值模拟研究,分析了虹吸管道内压强、流速、水气界面的分布及其变化情况。研究结果表明:虹吸式进水口工作过程中驼峰顶部的压强值最低;抽真空速度与压力波动幅度成正比;虹吸破坏后驼峰两侧水体平稳性存在较大差异。     

对流项离散方案和湍流封闭模型对高雷诺数方柱绕流拖曳系数计算的影响

使用不同的对流项离散方案和二阶湍流封闭模型对于高雷诺数下(106)方柱绕流的拖曳系数进行了计算,对于数值计算结果通过相互比较和经典的实验室结果进行了比较来分析不同离散方案和湍流封闭模型对于计算结果的影响,同时对于形状阻力和摩擦阻力对于拖曳系数分别的贡献进行了分析比较。本文的计算结果可以作为高雷诺数下类似问题的数值计算中对流项离散方案和湍流封闭模型的选择提供一个参考。     

用三维VOF模型对横置圆筒绕流流场的数值模拟

以物理模型试验为基础,利用VOF模型与RNGkε湍流模型相结合的方法,对横置圆筒绕流流场进行三维数值模拟。通过建立模型,分析不同时刻计算域内的相体积分布及其圆筒周围速度场和压力场的分布,并将数值模拟结果与物理模型试验结果进行对比,结果表明,模拟值与试验值吻合较好,且其结果符合流体动力学基本理论,并说明VOF能够有效模拟水流自由表面,适用于闸门等水工建筑物内水流流动的数值模拟。     

引入动力模式的DDES模型及其在大分离流动中的模拟应用

该文研究了引入LES模型中的动力模式的DDES模型在大分离流动中的模拟应用。引入动力模式的DDES模型(动力DDES模型)根据流场特性动态地决定模型系数,理论上能够捕捉到更多的湍流小尺度运动。为了验证动力DDES模型的模拟表现,分别应用动力DDES模型和DDES模型对雷诺数Re=3900的三维圆柱绕流和雷诺数Re=22000的三维方柱绕流进行了数值模拟,比较分析了这两种模型计算的时均流场特征和瞬时流场特征。结果表明,引入动力模式对DDES模型计算的流场特征有一定的改善,同时动力DDES模型可以模拟更精细的瞬时流场湍流结构。     

丁坝附近湍流的数值模拟

以三维水流运动方程为水流控制方程,采用RNG κ-ε模型来处理紊动项,建立了模拟丁坝绕流的湍流模型,并对单一丁坝的湍流场进行了计算.结果表明:计算结果与水槽试验资料吻合较好,并在一定程度上反映了丁坝绕流流场和丁坝的回流长度等水力特性的变化规律.     

三方柱绕流的大涡模拟及频谱分析

高雷诺数条件下,无论来流是均匀还是非均匀,多方柱绕流情况下方柱受力及尾流的相互干扰都是相当复杂的.为了研究方柱受力及下游尾流的相互干扰,基于大涡模拟紊流模型对后品字等边布置的三方柱绕流进行了数值模拟,数值模拟结果表明,上游两个方柱的阻力系数要明显小于下游方柱,而上游两方柱升力系数远大于下游方柱,且下游方柱的升力系数基本...     

三维圆柱绕流数值模拟湍流方法的选择

研究湍流模拟方法对三维圆柱绕流数值模拟精度的影响,分别采用雷诺平均法（RANS）中的κ-ω模型、SST模型以及大涡模拟法（LES）对亚临界区内雷诺数Re=3 900时的三维圆柱绕流进行数值计算,分析了圆柱体表面的受力、圆柱后流场时均速度特性与瞬时涡量分布情况。结果表明,当流体流过圆柱表面时,圆柱表面出现的与流速方向相反的负压力差区域使流体从圆柱表面分离,引起了不稳定的周期性交替脱落的湍流涡泄,从而在圆柱表面产生周期性波动的升力,同时在圆柱后近流场区域形成回流区。研究还发现,LES法对圆柱体的受力以及流场时均速度特性的模拟效果要优于κ-ω模型与SST模型;相较于前人利用浸入边界法得到的模拟结果,LES法的模拟精度也有了较大提升;同样,通过对瞬时流场涡量等值线图的分析,并与已有的模拟结果进行对比,发现LES法不但可以从整体上表现出漩涡的周期性脱落,而且对流场中不同位置的、复杂的小尺度湍流涡泄也描述得非常细致,得到的自由分离剪切层长度与湍流涡泄的卷曲度更符合湍流涡泄的特征。所以,在亚临界区,LES法对湍流的模拟效果相对较好。     

基于FLUENT的小雷诺数下方柱绕流的数值模拟

采用FLUENT对小雷诺数（Re〈52）下方柱绕流进行数值模拟,分析方柱后对称反向漩涡的图谱与漩涡尺寸的特点,分析研究表明：在小雷诺数下,方柱绕流的图谱与圆柱绕流图谱相似,并存在两个特征雷诺数,但两个特征雷诺数较圆柱绕流的小些;方柱绕流对称反向漩涡尺寸与雷诺数呈线性关系变化,并且漩涡发生得比圆柱绕流更为剧烈;方柱绕流柱体后的漩涡能够较容易达到稳定状态。研究结论进一步丰富方柱绕流问题。     

三方柱绕流的大涡模拟及频谱分析

高雷诺数条件下,无论来流是均匀还是非均匀,多方柱绕流情况下方柱受力及尾流的相互干扰都是相当复杂的。为了研究方柱受力及下游尾流的相互干扰,基于大涡模拟紊流模型对后品字等边布置的三方柱绕流进行了数值模拟,数值模拟结果表明,上游两个方柱的阻力系数要明显小于下游方柱,而上游两方柱升力系数远大于下游方柱,且下游方柱的升力系数基本上在零左右振荡,通过频谱分析发现了它们之间的区别。方柱的尾流存在着强烈的非对称相互干扰,且涡有明显的三维性。     

高阻塞率方柱绕流的大涡模拟

该文采用PIV测速技术和大涡模拟(LES)数学模型对雷诺数Re=13 400,阻塞率为22%的方柱绕流进行了研究,探讨了高阻塞率对方柱绕流流场的影响,并与先前的研究结果进行了比较。研究发现:大涡模拟能很好地再现方柱绕流的流场特征;高阻塞率下方柱绕流的斯特劳哈尔数和阻力系数都有所增大;阻塞率增高导致紊动能增加,使得方柱上游端横断面上的纵向速度脉动与横向速度脉动比低阻塞率情况下强。     

淹没丁坝三维水流数值模拟研究

采用两相流混合模型,并选取Realizable k-ε湍流模型封闭两相流时均方程,对梯型断面明渠淹没丁坝绕流水力特性进行三维数值模拟。速度与压力耦合方程组求解时使用半隐式SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations)算法,模拟自由水面采用了VOF(Volume of Fluid)法。通过模拟得到了水面线、流速等水力参数的分布规律。模拟结果与实测资料的对比表明:两者吻合较好,VOF方法和Realizablek-ε模型的耦合求解能够很好地模拟明渠淹没丁坝绕流的水力特性,为丁坝的设计、布置与施工提供理论基础支持。     

船舶粘性流动计算中湍流模式应用的比较

针对六种不同的湍流模型，本文数值模拟了油轮SR196A的粘性绕流场，计算得到的阻力系数和桨盘面处流场和试验结果进行了比较。结果表明，SSTκ-ω模型和试验结果符合较好，是目前硬件条件下比较适合船舶粘性流场数值计算的一种湍流模式，本文结果可以为复杂船型粘性流场计算中湍流模式的选取提供参考意见。     

线性剪切来流对方柱绕流特性影响的数值分析

为研究线性剪切来流对方柱绕流特性的影响,将对流出口边界条件引入特征线算子分裂有限元法中,建立了线性剪切来流的方柱绕流数值模型,并采用均匀来流的方柱绕流模拟结果验证了该模型计算方柱绕流问题的可靠性。数值模拟结果表明,剪切参数k对方柱绕流尾部形成的两排涡影响明显,涡脱落在k较大时被抑制,在k≥0.4时涡量最终形成一个类似三角形的区域;驻点随k的增加逐渐向高速侧分离点移动,在k≥0.3时驻点的位置不再发生变化;平均阻力系数在0.2≤k≤0.25时发生较大变化,平均升力系数在k≥0.2时为负。     

内加强月牙肋三岔管水力特性数值模拟

本文对西龙池抽水蓄能电站的三岔管双向水流水力特性进行研究。选用定常不可压缩流动的N S方程和RNGk ε湍流模型,计算了3种分岔角的流动,得到了分岔角、肋宽比和分流比对岔管水头损失的影响。分析了不同工况下水头损失的形成机理。研究结果认为分岔角增大将使水头损失加大,内加强月牙肋使水头损失减小,水头损失与两岔管的分流比密切相关。所得结果与物理模型试验结果相互验证。     

用一种改进的κ—ε模型预测复杂湍流

Ｎａｇａｎｏ和Ｈｉｓｈｉｄａ提出了一个改进的κ－ε模型以计算壁湍流，并在简单流动的计算中得到验证，本文应用这一模型对突缩管内湍流，受限同轴射流和绕障碍物的二维渠道进行了数值预测，结果表明，引进流线曲率修正，该模型可以正确预测二维复杂流动的时均流速。     

子格（SGS）模型在内流湍流中的大涡模拟

本文将子格模型应用于大涡模拟，对直方管，弯方管和弯曲槽道内充分展湍流，进行了数值模拟，并将所得的结果与实验数据作比较，计算表明，应用于子格模型的大涡模拟可以用来模拟比较复杂的内流，研究湍流运动的结构，检验湍流模型。     

基于VOF模型的泄槽内掺气槽的三维 流场数值模拟

通过采用RNGk}e模型模拟湍流,利用VOF法追踪自由水面,对设置掺气槽前后两种方案 的陡坡泄槽段三维流场进行数值模拟。模拟结果表明,VOF模型是模拟带自由表面水力学问题的较 好方法,能够较好地对掺气空腔的自由面进行追踪。数值模拟结果与模型实测值二者吻合良好,表明 该种方法可用于计算掺气槽内掺气空腔的长度。     

槽道中方形障碍物绕流的大涡模拟

本文应用二阶全展开ETG有限元离散格式与大涡模拟相结合的方法对固定在槽道一侧的方形障碍物的绕流进行了数值模拟，计算了雷诺数为40000的湍流情况下的绕流流场，将模拟结果与实验结果及他人的数值结果进行了对比，符合较好，表明大涡模拟与所论的具有较高精度的数值算法相结合，适合于具有大尺度涡的绕流运动流场的分析。     

双向开敞式立式轴流泵装置数值模拟

基于CFD技术,采用RNGk－ε湍流模型,对三干河开敞式立式轴流泵4个工况进行全流场数值模拟,选取工况2和工况3泵装置流线,叶片压力、流线、速度和矢量分布以及导叶片的速度矢量等进行分析,并将模拟计算结果与试验结果进行对比。结果表明,模拟结果与泵段和泵装置模型试验数据较为吻合,表明该泵满足运行要求。该研究成果对同类泵站的选型和设计具有重要参考价值。     

基于直接数值模拟数据和神经网络的湍流封闭模型构建

雷诺平均Navier-Stokes方程(Reynolds-averagedNavier-StokesRANS)是目前工程上高效数值模拟湍流的基本方法,但这一方法需要给出关于雷诺应力的湍流封闭模型。该文从环形方管流场的直接数值模拟(DirectNumerical Simulation,DNS)数据出发,构建了一种基于神经网络的湍流封闭模型。文中利用环形方管流场DNS结果中的平均速度场及其梯度场作为流动特征输入量,与雷诺应力张量中各分量分别建立神经网络映射,从而构造出平均速度场及其梯度场与湍流雷诺应力的非参数化映射关系。计算结果表明,通过对环形方管DNS数据的深度学习,神经网络模型可有效地表达湍流时平均流场与雷诺应力之间的映射关系,并且能够准确地重构DNS所给出的雷诺应力,进而采用RANS基本方程捕捉到传统湍流模型中难以模拟的湍流驱动二次流现象,为新型湍流封闭模型的构建及其工程计算的实现提供创新思路。