LES和k-ε湍流模型对斜向淹没射流的数值模拟研究

采用k-ε和LES大涡模拟两种湍流模型对斜向射流入水垫塘的流场进行了三维数值模拟研究,得到了射流的流速、涡量、压力等水力特性,并与粒子成像测速仪(PIV)得到的结果进行对比。结果表明,射流入水垫塘后其流态为典型的三维流态,受射流上下游紊流涡的影响,射流轴线、速度及压力分布呈现时空随机性的特征。k-ε湍流模型因对涡的各向同性假设,其计算结果不能反映斜向淹没射流流场结构的随机性特征,而LES大涡模型则可获得斜向淹没射流流场的时空随机性流场结构,如射流轴线、流速矢量分布、涡量场和压力场,准确揭示斜向淹没射流入水垫塘的流场演变过程和消能的剪切、混掺机理,并与PIV测试结果吻合良好。     

风力机翼型大迎角分离和动态失速的数值研究

通过求解非定常、不可压缩雷诺平均的Navier-stokes方程和SST k-ω双方程湍流模型,数值预测了LS0413翼型在0°～360°迎角范围内大尺度分离与失速流场特性。并对该翼型的动态失速特性进行了数值模拟,典型的正弦振荡计算结果表明:1)SST k-ω湍流模型能够较好地模拟翼型升力和阻力系数的迟滞环变化趋势;2)绕翼型的流场结构在轻失速和深失速下存在明显的差别。     

蛇形流场紊流数值模拟中代数应力模型的应用

蛇形流场中的流动表现为复杂的各向异性紊流,标准的双方向k-ε紊流模型由于其各同性的假定,在蛇形流场的紊流数值模拟中其纵向平均流速计算结果与实测值有较大偏差。本文采用代数应力紊流模型模拟蛇形流场中的各向异性紊动应力,计算出了蛇状水箱内的分离流动情况,其纵向平均流速的计算值比k-ε模型更合理,最后将计算结果与实验资料进行了比较和分析。     

移动式表面流场测量技术及应用研究北大核心CSCD

本文开展明渠水槽桥墩绕流和推移质输沙试验,沿水槽方向使用高速相机进行移动拍摄,通过智能识别边壁控制点坐标对图像进行裁剪。通过形态学方法提取表面示踪粒子后,使用粒子追踪测速(PTV)技术和图像特征点识别测速(FMV)计算瞬时表面流场,根据流场位置对所测表面流场区域网格化后进行插值计算,以获得较大范围的表面流场。结果表明:本文使用的移动式表面流场测量方法可提高表面流场的精度和测量范围,此方法拓宽了表面流场测量的应用工况;FMV方法在圆柱绕流试验中可更准确识别圆柱侧方及后方旋转强度较大的区域,所求断面平均流速分布曲线更符合水流特性;推移质运动过程发现紊流表面时均流速仍存在高低速流带结构现象,同时高流速条带对应沙垄而低流速条带对应沙脊处,这表明水流地形相互固定形成了稳定时均结构,也验证了大尺度流向涡模型的合理性。     

立轴旋涡试验与数值模拟研究

采用模型试验和数值模拟相结合的方法对侧部孔口情况下立轴旋涡的水力特性进行了研究。通过摄像法得出了旋涡表面流体质点的运动轨迹、切向和轴向时均速度。采用RNGk-ε紊流模型对旋涡的三维流场进行了模拟,自由水面用VOF法追踪,控制方程用有限体积法求解,得出了旋涡的水气交界面、时均速度和粒子轨迹。试验观测到旋涡运动具有多圈螺旋流特性,数值模拟能够在一定程度上重现试验中的立轴旋涡,时均速度的计算值与实测值基本一致,粒子轨迹上半部的旋转直径和圈数与试验较为吻合。     

龙头桥水库溢洪道流场数值模拟及优化研究

龙头桥水库溢洪道在实际运行过程中,泄槽段内出现了较为严重的水冠和折冲水流现象。针对该问题,本文基于物模实验和数值模拟相结合的研究方法:建立溢洪道三维结构模型,运用RNG k-ε紊流模型、修正的Simple算法和VOF多相流方法,对溢洪道流场进行数值模拟;运用物模实验对溢洪道的泄流能力、水面线、流速和堰面压力等水力特性数模结果进行验证分析,两者吻合较好。通过对溢洪道流场分析,得到水冠和折冲水流的特性和发生位置,最终从中墩厚度和尾墩型态进行优化,多组方案的数模和物模实验结果表明,优化结果良好。     

不同消能型式下高坝泄流水力特性分析

高坝泄流主要有挑流、底流、戽流三种基本消能型式,通常需要采用水工模型试验进行复核及优化,本文采用RNG k-ε紊流模型与VOF方法,对挑流、底流和戽流三种不同泄洪消能型式进行了全域三维数值模拟,求解高坝下游消能区流场,从消能区水流流态、压力、临底流速等关键水力因素方面,研究了不同消能型式下高坝泄流水力特性,并为实际工程消能防冲初步设计提供了重要参考依据。     

圆中环沉沙排沙池流场三维数值模拟研究

针对新型二级泥沙处理设施—圆中环沉沙排沙池,采用RNG k-ε湍流模型结合自由水面追踪的VOF方法对其流场进行水气二相流三维数值模拟。计算得出流速分布特性,在数值模拟结果与模型试验结果吻合良好的基础上,揭示流场分布规律。研究结果表明:数值模拟可弥补物理模型试验不足,对类似工程基本可以代替模型试验,提高研究效率;计算显示"圆中环"径向速度在数值上大于轴向及切向速度,表层水体径向流速大小沿径向及垂向锐减,水体沿径向存在回流区。     

60°弯道丁坝水流水力特性数值模拟研究

采用气液两相流模型结合RNG k-ε紊流模型(FLUENT 6.3)对60°弯道内布设丁坝时的水力特性进行了数值模拟,自由液面的捕捉采用VOF(Volume of Fluid)法,速度与压力的耦合方程组利用半隐式SIMPLE(Semiimplicit Method for Pressure-linked Equations)算法求解,控制方程采用有限体积法离散。将弯道内布设直丁坝时流速和水位的模拟结果与试验数据进行了比较,两者吻合较好。随后用该模型研究了T型丁坝对弯道水力特性的影响并与直丁坝进行了比较,结果表明:T型丁坝在调整水面横比降、减小坝后回流区长度、改善弯道水流流态等方面较直丁坝有明显优势。     

横向紊动射流流场结构的数值分析

利用：RNG k-ε模型对横流中单股紊动射流流场的流动特性进行了数值模拟。运用SIMPI,EC算法求解了适体坐标系下的控制方程，采用壁面函数法处理近壁区流动。射流内部有分叉现象，射流喷孔背风侧的流动出现了分离并形成了尾迹区，分析了分叉及尾迹涡的生成机理。文中给出了射流与主气流速度比等于2和4的速度场、涡量场和压力场，计算与实验的结果吻合较好。结果表明：射流与主气流速度比直接影响流场特性，其值越大射流对主气流的影响越大。     

大型电站锅炉炉内流场数值计算技术的研究

采用kε双方程湍流模型、QUICK格式、CIMPLE算法和非均匀交错网格系统,对W型火焰锅炉燃烧室三维冷态流场进行了数值模拟,绘出了典型截面的流场图和速度分布图,揭示了W型火焰锅炉燃烧室内流动的主要特性。计算实例表明,将QUICK格式和CIMPLE算法同时应用于湍流回流的数值模拟,可以在保证较高数值模拟精度的情况下兼顾数值模拟速度。     

大型电站锅炉内流场数值计算技术的研究

采用k—ε双方程湍流模型、QUICK格式、CIMPLE算法和非均匀交错网格系统，对W型火焰锅炉燃烧室三维冷态流场进行了数值模拟，绘出了典型截面的流场图和速度分布图，揭示了W型火焰锅炉燃烧室内流动的主要特性。计算实例表明，将QUICK格式和CIMPLE算法同时应用于湍流回流的数值模拟，可以在保证较高数值模拟精度的情况下兼顾数值模拟速度。     

大型水电站分层取水进水口水力特性的研究

分层取水进水口近几年来兴起的一种新型的进水口形式,它兼有发电引水和生态保护的功能.为全面研究这种进水口的水力特性,本文采用可行性k-ε(Realizable k-ε)紊流模型对分层取水进水口进行了三维紊流数值模拟.获得了进水口三维流场的特征及水力特性,并与按重力相似准则设计的1:40的模型试验进行了对比分析,数值计算结果与模型试验结果基本吻合,这表明数值模拟结果得到了物理模型试验的验证,本文的研究方法是正确有效的,且研究结果可供相关工程参考.     

挑流冲坑三维紊流场的数值模拟

本文利用ｋ－ε紊流模型对挑流冲坑紊流流场进行了三维数值模拟研究，计算中考虑了冲坑底部复杂的边界条件和自由水面条件对水流结构的影响，结果分析表明，采用的数值方法可行，计算结果合理，在此基础上，可进一步研究冲坑的消能机理和冲坑的动态发展过程。     

设有掺气挑坎的台阶式溢洪道的三维数值模拟

利用引入VOF方法的RNG k-ε双方程紊流模型,对在台阶首部设置掺气挑坎的台阶式溢洪道进行了全程的三维数值模拟。通过模拟,得出计算域的水面线、速度场和压强场等水力特性,并用物理模型实测值对数值计算结果进行验证,两者吻合较好。说明采用数值模拟的方法研究台阶式溢洪道,以此得到真实的水力特性是可行的。     

气固两相流体绕方柱流动的PDPA实验研究

气固两相流体绕流方形截面柱体的流动对于理论研究和工程应用都具有重要意义,但由于其复杂性人们对它 的认识还很初浅。文中应用三维颗粒动态分析仪(3D-PDPA)对较高雷诺数下气固两相流体绕流方形截面柱体的流场进行了测量,得到了两相绕流的时均速度场和速度脉动分布等数据,并分析了颗粒的存在对流场的影响。研究发现载有颗粒的气固两相方柱绕流存在回流区,其两相方柱绕流的尾迹区长度比单相绕流尾迹区短。在流向方向上可以把绕流后流场大致分为靠近方柱的基本区和远离方柱的近尾迹区两个区域,基本区内各方向的速度脉动程度都非常强,颗粒脉动比气流脉动强;而近尾迹区内速度脉动较弱。在横向方向上,y/D<1/3区域内气流速度脉动强度很高,而且颗粒脉动比气流脉动强度高;在y/D>1/3区域内则脉动强度很低。研究结果对于认识较高雷诺数下气固两相方柱绕流流场特性和工程应用具有指导意义。     

弯肘形尾水管流场的三维数值模拟研究

针对弯肘形尾水管内部流场广泛存在流动分离的特点,采用基于k-ω模型的SST(Shear Stress Transport)切应力输运模型进行湍流求解,克服了标准k-ε模型对逆压力梯度造成的流动分离预测精度低的缺点。同时为了避免结构化网格离散复杂形体需人工分区的缺点,采用了非结构混合网格方法。流场大部分区域为四面体网格,在边界附近采用加密的五面体棱柱型网格,满足了SST模型对边界层网格的要求;为了减少网格过粗引起的计算误差,还通过计算不同网格数下尾水管的压力恢复系数来优选出合适的网格数目。计算获得了分离流、二次流和多尺度旋涡结构,表明SST模型能很好地预测尾水管内的湍流流动。     

平流二次沉淀池中温差异重流的数值模拟

为进一步了解温差异重流对二沉池运行的影响情况,采用二维k～ε紊流模型,用水库模型实验数据来验证所选模型的有效性,在清水状态下对二沉池内的温差异重流现象进行数值模拟.模拟结果表明:本文所选取的数学模型在精度和可用性方面可满足对温差异重流的模拟需要;夏季低温水进入池内易产生下异重流现象,冬季高温水进入池内将产生浮力作用;在有异重流存在的情况下,平流二沉池内将产生较大的回流区;二沉池内存在的温差异重流现象对二沉池内流态的影响不容忽视.     

离心风机翼型叶片非光滑表面脊状结构减阻特性

基于RNG k-ε紊流模型,采用Fluent软件对G4-73型离心风机翼型叶片表面脊状结构的减阻特性进行了数值模拟研究,并分析了脊状结构的相对布置位置对翼型减阻效果的影响规律.结果表明:脊状结构在叶片表面具有较好的减阻效果,脊状结构宽度s=0.1mm时的减阻效果最好,最大减阻率为9.65％,在风机设计流量下减阻率为2.96％.脊状表面近壁区时均速度相比光滑表面明显增大,边界层近壁面的法向速度梯度降低,湍动能、湍流强度都明显低于光滑表面,验证了翼型表面脊状结构具有的减阻效果.当脊状结构相对位置为后段布置时,脊状表面会使黏性阻力随流速增大而大幅增加,导致总阻力增大,减阻率降低,甚至产生增阻现象.文中所得研究结果可为工程实际中风机叶片的优化改型及性能改善提供参考依据.     

基于纳秒脉冲等离子体气动激励的翼型失速涡控制研究

为了揭示纳秒脉冲等离子体气动激励与附面层耦合作用机制,首先开展了NACA0015翼型的大迎角粘性绕流数值模拟,比较了3种典型湍流模型(S-A模型、standard k-w模型和SST k-w模型)对计算结果的影响,分析得到了翼型的近场旋涡分离流动流场结构特性,并对升力特性进行了频谱分析,得到了翼型非定常流动特征频率。进一步开展了基于脉冲等离子体气动激励的翼型大迎角绕流的频率耦合的风洞实验,实验结果表明:当固定激励电压,纳秒脉冲的激励频率大于或等于流场旋涡脱落频率时,控制效果最好,可在来流速度为100 m/s、攻角为22°时,可将翼型的升力系数增大18.1%,阻力系数减小22.5%。研究结论有助于揭示纳秒脉冲等离子体气动激励进行涡控制的作用机理,从而提高纳秒脉冲等离子体气动激励涡控制的能力。