湍流燃烧模型对某燃气轮机燃烧室性能计算的影响

针对某型燃气轮机环形燃烧室,通过数值模拟,对比分析了Standardk—ε、RNGk-ε、Realizable k-ε、Standard k-ω、雷诺应力五种湍流模型以及简单概率密度模型（PDF）、有限速率模型、涡耗散模型（ED）、涡耗散概念模型（EDC）四种燃烧模型对环形燃烧室性能计算的影响。结果表明：Realizable k-ε模型模拟的冷态流场与PIV试验测量结果最符合;EDC模型最能合理的模拟燃烧效果,但在预测NOx排放时不如有限速率模型精确。以上结论为后续该型号燃气轮机环形燃烧室的数值计算和设计提供了参考。     

喷油冷却活塞传热过程的流固耦合分析

应用ANSYS Fluent软件建立发动机活塞及其冷却结构三维瞬态流-固-热耦合模型,通过燃烧计算得到燃气平均温度与平均传热系数,作为燃烧室壁面热边界;活塞及其冷却结构采用流固耦合计算,使用两相流流体体积(VOF)模型与动网格模拟活塞喷油冷却过程;通过瞬态传热数值仿真,得到活塞振荡油腔流场云图、油气分布云图、冷却油腔传热系数及活塞温度分布,与标定工况下活塞温度测试数据对比分析,研究结果表明:仿真结果与测试数据误差在5%以内,由此说明应用活塞流-固-热耦合仿真方法可以较好模拟柴油机活塞及其冷却结构瞬态传热。     

小型垂直轴风机的数值模拟与试验对比研究

利用试验和数值模拟两种方法对一种新型阻力型垂直轴风机的输出功率进行研究。在数值模拟中采用k-ε和SST k-ω两种湍流模型计算了风机在不同风速和转速下的输出功率,并与试验值相比较,验证了数值计算结果的可靠性,分析了不同湍流模型对数值计算结果和风轮流场的影响。     

基于欧拉-拉格朗日方法的高压喷雾过程数值模型

为评估不同湍流模型和液滴破碎模型在高压喷雾雾化过程模拟的准确性,基于欧拉-拉格朗日方法,参照Sandia国家实验室ECN研究组的Spray A正十二烷喷雾试验,开展高压喷雾过程的数值模拟研究。不同湍流模型和液滴破碎模型的仿真结果表明：对高压喷雾雾化过程进行数值仿真时,湍流模型中标准k-ε模型和Realizable k-ε模型的数值模拟结果与试验结果更加接近,其中标准k-ε模型能更准确地预测液相贯穿距,Realizable k-ε模型能更准确地预测气相贯穿距;液滴破碎模型中KH-RT模型与Wave模型的模拟结果与试验结果都比较接近,且KH-RT模型的模拟结果准确性更高。     

生物质热风炉换热器传热性能数值分析及实验研究

以生物质热风炉为研究对象,搭建生物质热风炉实验台,控制空气入口速度为12～20 m/s,开展相关测试实验。采用Realizable k-ε湍流模型,速度和压力的耦合采用SIMPLEC算法,利用FLUENT软件计算得到换热器温度、速度、压力分布,将模拟结果与实验测试结果进行比较,误差在2%以内。结果表明：随着壳程空气流速的逐渐增大,换热器的壳程温差ΔT、压降Δp逐渐升高;对流传热系数、总传热系数、传热量和换热器评价指标η也逐渐增大。随着雷诺数增大,努塞尔数和传热因子逐渐增大。     

斜缝气膜冷却曲面模型的数值模拟

为研究燃气轮机叶片表面曲率对气膜冷却性能的影响,对二维斜缝曲面模型（凹面、凸面和平板）进行了数值模拟,选取冷却流体射流入射角35°、主射流密度比1.5,采用RNGk-ε湍流模型计算得到不同吹风比（0.5、1.2和2.0）下斜缝气膜冷却曲面模型壁面的传热系数.结果表明：低吹风比（M=0.5）时,壁面压力梯度越大,传热系数越小;中吹风比（M=1.2）时,射流对主流扰动加剧,传热加强,凹面总体传热系数比凸面小;高吹风比（M=2.0）时,曲率对传热系数的影响减弱,传热系数差异不大.     

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.     

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。     

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。     

新欧拉模型下不同湍流模型对喷雾的数值分析

内燃机燃油喷雾中喷嘴近场实际为连续液相状态,需要采用连续相模型来进行研究.然而,目前大多数研究均忽略此现象,采用Vallet提出的质量平均新欧拉模型对ECN Spray A的喷射过程进行模拟.在RANS框架内,研究了5种不同湍流模型对喷射过程的影响.分别计算了喷雾的贯穿距、体积分数分布及喷射外形等特性,并与试验数据进行对比.结果表明:在喷射出口下游的3,mm范围内,Realizable k-ε、RNG k-ε和高密度比k-ε(HDR k-ε)模型具有相似的求解结果;但在3,mm以外的区域,HDR k-ε表现出了明显的优势.除HDR k-ε湍流模型外,其他所有模型均给出较大的喷雾锥角和较小的贯穿距,表明HDR k-ε模型中的修正项产生了增大喷雾速度和贯穿距的效果.所以,对于具有大密度比的近场喷射流,HDR k-ε具有较好的适用性.     

H型鳍片管传热特性的数值模拟及验证

基于Fluent软件,利用Realizable κ-ε湍流模型对H型鳍片管的传热性能进行了数值模拟,分析了管排数与纵向间距对H型鳍片管传热系数的影响.在计算的基础上得出了H型鳍片管传热系数的计算公式,并对该公式进行了验证.结果表明:烟气流速越高、纵向管排数越少、纵向间距越大,传热系数越大;计算值最大误差为8.3%,最小误差为5.6%;该公式计算结果与验证算例、文献试验值及已有公式的结果较吻合.     

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。     

抽水蓄能电站侧式双进/出水口三维数值模拟

采用Realizable k-ε紊流数学模型对抽水蓄能电站侧式双进/出水口进流水流特性进行数值模拟,并将计算结果与物理模型试验的测量结果进行比较,验证了三维数值模拟计算的准确可靠性.模拟结果表明,该方法计算流体力学方便快捷,并可达到物理模型试验的精度.     

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。     

不同湍流模型在内燃机缸内流动过程数值模拟中的应用和比较

对内燃机燃烧室的压缩和膨胀过程进行了数值模拟.湍流模型采用加入可压缩修正的k-ε模型、RNGk-ε模型、LRR和SSG应力模型.通过对90°弯管内流模拟与实验值的比较验证了模型的准确性.燃烧室网格采用椭圆方程生成贴体网格,利用以上4种湍流模型模拟计算了缸内的压缩和膨胀过程,计算结果表明,DSM模型,尤其是SSG模型能更好模拟缸内湍流的各向异性特征.     

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。     

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。     

垂直轴风力机气动性能及控制策略

针对垂直轴风力机的气动性能及其控制问题,以计算流体力学为基础,对H型垂直轴风力机分别进行二维和三维模拟,并利用实验数据对模型结果进行验证,发现二维模拟时k-εRealizable模型表现更好,三维模拟时则k-ωSST模型更佳。同时,对旋转过程的流场特征进行分析。此外,利用试验验证变量泵-定量马达型液压传动方案的可行性,并以Fluent模拟所获取的风力机特性曲线作为建模参考,采用AMEsim建立变量泵-变量马达液压传动仿真系统,分别通过变量泵、变量马达、蓄能器三环节控制实现了最大功率追踪、极端风况下的限速运行以及变风速下的恒转速输出,相比原有系统更具高效性和可靠性。     

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...     

生物质旋风热解炉气相等温流场数值模拟

本文运用Fluent软件,分析了生物质旋风热解炉气相等温流场。研究结果表明,RSM模型最适合生物质旋风热解炉气相等温流场的模拟。与RSM模型相比,RNGk-ε模型相差最大10%,标准k-ε模型和k-ω模型相差最大50%,DES模型则在整体趋势上不符。双对称入口改善了流场的轴对称性,斜切入口能够极大地减小旋风热解炉内的局部涡流。综合考虑短路流、切向速度、轴向速度、停留时间,旋风热解炉入口采用双对称30°倾角、排气管不插入旋风筒的形式。