氦气驱动水射流雾化特性的数值模拟研究

为了研究水射流的雾化特性,通过Fluent软件对3种实验工况下氦气驱动水柱的雾化过程进行了二维数值模拟,这3种实验工况分别是常温常压下直喷嘴圆管内气/液相管道长度比为1∶1、1∶2和2∶1的0.25 MPa氦气驱动水射流.分别采用Standard k-ε、RNG k-ε、Realizable k-ε湍流模型和VOF模型...     

k-ω湍流模型在流动阻力数值模拟中的应用研究

针对湍流模型在计算流动阻力时都有自己的适用范围,通过计算流体动力学软件Fluent中的标准k-ω湍流模型和SSTk-ω湍流模型对湍流流动阻力进行数值模拟。根据尼古拉兹实验,分别在紊流光滑管区和紊流粗糙管过渡区对模拟结果与实验结果进行对比分析。分析结果表明,标准k-ω湍流模型和SSTk-ω湍流模型适用于紊流光滑管区;在紊流光滑管区,标准k-ω湍流模型和SSTk-ω湍流模型模拟结果与实验结果吻合性较好;在紊流粗糙管过渡区,标准k-ω湍流模型和SSTk-ω湍流模型模拟结果与实验结果偏差较大,且随雷诺数增加偏差越来越大。该研究为k-ω湍流模型在流动阻力数值模拟中的应用提供了理论参考,具有十分重要的理论意义。     

不同喷嘴结构下高压脉冲水射流的数值模拟

为进一步优化喷嘴结构,应用流体仿真软件Fluent对喷嘴中高压气体驱动的水柱进行数值模拟.在数值模拟方法中应用SST k-ω湍流模型与VOF模型,研究了直喷嘴、锥形渐扩喷嘴和锥形渐缩喷嘴结构下的管内外气/液分布与水射流的流体力学特性.模拟结果表明:直喷嘴水射流在初期有最高的射流速度,且在模拟计算城内平均速度最高;锥形渐...     

圆形喷嘴射流特性模拟方法优化选择

为提高圆形喷嘴射流特性数值模拟研究的准确性、可靠性,分别采用标准k-ε、RNG k-ε、SST k-ω、标准k-ω等4种湍流模型、3种网格划分方案及2种控制方程离散格式对圆形喷嘴射流流场特性进行数值模拟.研究结果表明:与标准k-ε、SST k-ω、标准k-ω三种湍流模型相比,RNG k-ε更能真实地反映圆形喷嘴射流流场特性;在网格划分方案的比较中,方案1所得的平均扭曲率最小,为0.187;对QUICK和二阶迎风格式两种控制方程离散格式的对比发现,二阶迎风格式所得到的轴向速度分布模拟结果更接近实验值.     

覆冰输电导线气动力特性模拟的合理模型

对覆冰导线风洞试验的数值模拟和参数分析是获取气动参数的主要手段。进行了覆冰输电线气动参数数值模拟的几何建模、网格划分、边界条件的选取、湍流模型的选取、求解参数设置等分析研究。明确了加密区首层厚度、层数、厚度、形状及加密条带等对计算结果的影响,得到了合适的网格模型。对k-ε湍流模型、k-ω湍流模型、Realizable k-ε湍流模型、Reynolds应力湍流模型及SST k-ω湍流模型的分析,表明k-ω模型虽然能较好地模拟覆冰输电线的气动力特性,但是对参数比较敏感。k-ε湍流模型的是模拟覆冰输电线气动参数的最合理模型。     

超声速干粉灭火喷管气固两相射流特性的数值分析

针对超声速气流驱动干粉颗粒形成的缩放喷管气固两相射流,采用拉格朗日方法、气固双向耦合模型以及Shear-Stress Transport k-ω湍流模型进行数值模拟,分析了颗粒装载比、萨夫曼力和入口压力等因素对气体参数、颗粒速度以及颗粒聚集度的影响.结果表明:气固双向耦合模型可以准确的分析气体与颗粒之间的相互作用.当高...     

基于KIVA的内燃机燃烧室内湍流流动的数值模拟计算

内燃机缸内湍流的研究是个十分重要而且复杂的课题,数值模拟技术为其提供了有效的研究方法.本文利用CFD软件KIVA分别采用标准k-ε,RNGk-ε模型在无旋流和有旋流的两种工况下,对轴对称的ω型燃烧室内的湍流流动进行二维和三维数值模拟计算,并把计算结果与实验数据进行对比,得到了内燃机缸内湍流流动的特性.本文为内燃机港内湍流研究提供了一种比较好的研究方法,此方法和计算结果为内燃机的性能开发与优化设计提供依据.     

汽车外流场数值仿真k-ε模型适用性研究

由于目前的湍流模型并非针对汽车空气动力学进行数值仿真,因而造成潜在的计算误差。因此,为探寻适合的数值计算模型,以MIRA阶梯背汽车1/3比例模型为研究对象,对常用的Standard k-ε、RNG k-ε和Realizablek-ε3种k-ε涡黏湍流模型进行数值仿真,以计算所得的气动力系数、尾部流场及表面压力系数为适用性评价指标,并与HD-2风洞试验数据对标。研究结果表明:3种模型中,Standard k-ε模型收敛速度和效率最优,但气动阻力的计算精准度最差;RNG k-ε模型的表现一般,而Realizable k-ε模型能获得最高的气动阻力计算精度,与风洞试验结果对比,误差在5%以内,但收敛速度和效率相对较差;同时,3种湍流模型对气动升力的计算结果与风洞试验对比存在较大误差。     

不同湍流模型在射流推力矢量喷管数值模拟中的比较分析研究

利用数值模拟手段,分别求解以SA、SST k-ω、EASM k-ω或k-ζ湍流模型封闭的RANS方程,针对激波控制射流推力矢量喷管展开研究,在多个主喷流压比NPR(4.6,7.0,8.78,10.0)和次主流压比SPR(0.7,1.0)下,系统考察了四种不同湍流模型对射流推力矢量喷管性能参数及主喷管内壁面压力分布的预测能力,探讨了激波控制产生推力矢量随不同参数的变化规律。并基于数值分析,定量给出了二次射流所带来的主喷管性能损失。数值计算结果表明,四种湍流模型都能比较准确预测出射流推力矢量喷管的性能参数,在激波捕捉和压力预测方面,相对而言SST k-ω模型最为准确。     

不同入射角横向紊动射流流场的数值模拟

采用RNGk-ε湍流模型和标准k-ε对射流出射角度α=25°、35°、45°的横向紊动射流流场进行了数值模拟,结合SIMPLEC算法求解了适体坐标系下的控制方程,近壁区流动采用两层模型的壁面函数法处理,结果给出了射流与主气流速度比M为4、6和8时的速度场和湍动能。结果表明:M和α值是影响横向紊动射流的重要因素,M值增加,射流对主流场影响区域增加,α值变化,射流对主流场上游影响区域较大;并且通过与实验数值的比较,发现RNGk-ε模型对横向紊动射流流场的预测能力比标准k-ε模型有所改进。     

湍流特征频率的模式理论计算

该文在重新研究模式理论中特征频率概念的基础上,利用标准k-ε模型中湍流粘性定义,获得湍流特征频率的计算公式。运用标准k-ε模型和特征频率公式,数值模拟了不同尺寸的管流和圆形射流湍流场中的特征频率分布,定量比较表明,湍流场的特征频率计算是有效的。     

径向射流稀释特性数值模拟

对静水环境中的径向射流进行了模拟,湍流模型分别采用了Realizablek-ε模型和RNGk-ε模型.针对径向射流的中线流速沿径向的分布,将两种湍流模型的计算值与实验值进行了对比分析.结果表明,Realizablek-ε模型比较适合径向射流的数值模拟.然后利用Realizablek-ε模型对6种不同工况下静止环境中径向射流进行了数值模拟,得出了径向射流不同横截面上浓度分布、中线浓度衰减和射流浓度半宽沿程的变化等稀释特性的规律,并给出了相应的关系表达式,通过引入特征长度的概念,可使射流的无量纲中线浓度衰减和无量纲浓度半宽呈现出较强的规律性.     

平焰燃烧器流场的数值模拟

应用Fluent软件,研究平焰煤气燃烧器形成旋转射流方法和机理,采用标准k-ε模型对平焰燃烧器三维流场进行数值模拟.通过比较,数值计算结果与理论规律符合较好.可直观地显示平展气流的形成过程以及流速、压力和湍流的分布规律,为煤气平焰燃烧器的设计、研究提供了有效的研究方法和途径.用标准k-ε模型来预测旋转射流具有较高的准确性,通过数值模拟,可代替大量的实验探索,在很大程度上,缩小实验范围,节省人力物力,是一种经济有效的研究手段.     

有射流冲击的短扰流柱排内流场的数值模拟

采用隐式有限体积法术解三维Navier-Stokes雷诺时均湍流方程，对涡轮叶片尾缘区内有射流冲击的短扰流柱排通道内流场进行了数值模拟。湍流模型采用RNG k-ε双方程模型，近壁处湍流利用双层非平衡壁面函数法处理，采用SIMPLE算法求解速度与压力的耦合。数值计算详细的揭示了有射流冲击的短扰流柱排内的流动发展过程以及射流冲击对流场分布和压力分布的影响，并与实验结果进行了对比研究，计算结果和实验数据符合较好。     

65t/h低倍率油页岩循环流化床锅炉流动特性模拟

用数值模拟的方法,对65 t/h低倍率油页岩循环流化床锅炉流动的特性进行分析。通过计算流体动力学软件Fluent,应用基于颗粒动理学理论的:Euler-Euler双流体模型,Standard k-ε、RNG k-ε、Realizable k-ε湍流模型和Gidaspow气固曳力模型数值计算了循环流化床气固两相流动过程,并对循环流化床炉内的颗粒速度分布、压力分布、颗粒体积分数及粒径分布进行分析,验证了循环流化床内循环流动特性。     

旋风分离器流场的数值计算方法研究

利用计算流体力学软件FLUENT,分别采用k-ε标准模型、RNGk-ε模型和RSM模型湍流模型及不同离散方式对旋风分离器的流场进行了数值模拟研究.通过模拟结果与前人实测结果的对比,确定出了适合旋风分离器的数值计算方法.结果表明:湍流模型采用各向异性的RSM模型,离散方式采用对流项的QUICK格式和压力梯度项的PRESTO格式,才能获得合理的流场模拟结果.该结论为旋风分离器流场的数值模拟及进一步的结构优化设计提供了参考依据.     

不同湍流模型在小尺寸换热器CFD计算中的应用与比较

为了研究不同湍流模型在换热器流场和传热计算中的适用性,运用计算流体力学软件对粘性流场中小尺寸换热器性能进行了计算研究.分别采用Spalart-Allmaras湍流模型、标准模型k-ε和可实现k-ε方程模型模拟了换热器在不同质量流率下的出口温度、总换热量、壳程压降等有关参数.由3种湍流模型的CFD计算结果与Bell-Delaware理论计算值的对比得出:Spalart-Allmaras单方程湍流模型对换热器性能的数值计算存在明显的缺陷,表明该模型不适合于模拟计算换热器壳程的流动;标准k-ε湍流模型和可实现k-ε湍流模型下的CFD分析相对于SpalartAllmaras单方程湍流模型有所改进,但这种改进仍然没有抛弃物质粘性零影响的假设的基础,因此其对湍流精度的改进是有限的;可实现k-ε湍流方程模型下的CFD计算值与Bell-Delaware理论值最为接近,可实现k-ε湍流方程模型对于小尺寸的换热器仿真具有较其他两种模型更强的数值模拟能力.     

基于新的描述湍流耗散方程的k-ζ两方程湍流模型的数值算法研究

对Navier-Stokes方程进行雷诺平均后出现的各关联项建模,通过新的描述湍流脉动耗散的变量构造耗散方程,建立是k-ζ两方程湍流模型,研究了k-ζ两方程湍流模型的数值求解方法.通过求解有限体积法离散的RANS流动控制方程,数值模拟了平板,翼型,机翼等不同湍流流场,并与理论解、实验值及SST k-ω模型进行比较,全面考察了k-ζ两方程湍流模型在湍流流场计算中的准确性及适用性.数值计算表明,通过建立新的耗散方程研究湍流的方法是可行的,目前的k-ζ两方程湍流模型具有良好的数值稳定性,并且计算结果要优于或者至少与传统的两方程模型精度相当.     

平衡大气边界层自保持及TTU风压数值模拟

构造合理且满足水平均匀性的大气边界层是计算风工程的一个重要难题.基于雷诺平均方法,采用标准k-ε湍流模型,结合RichardsHoxey入口条件,对数值风洞的顶面边界条件施加剪切应力修正,进行二维空流场的平衡大气边界层模拟,给出了一类能够较好满足大气边界层自保持要求的流场边界条件.并将此类边界条件同时运用到标准k-ε湍流模型和SST(shear stress transport)k-ω湍流模型中,针对美国德克萨斯技术大学模型场地试验进行三维流场全尺寸数值模拟,验证了所提边界条件对上述两类双方程湍流模型在低矮建筑钝体绕流的适用性.     

风力机专用翼型数值模拟中湍流模型的选择

基于三维N-S方程,分别选用k-ε、k-ω、RSM和LES四种湍流模型对风力机专用S827翼型进行了数值模拟,对比了不同湍流模型对气动模拟精度的影响,得到了雷诺数为4×106时,该翼型在-4°～10°攻角下的升力和阻力特性曲线以及压力分布图,并与NREL的气动数据进行对比,结果表明,RSM湍流模型更适用于风力机专用翼型的数值模拟。