基于风洞试验和仿真的垂直轴风力发电机的湍流模型分析

对于湍流的计算一直是流体力学领域的难点,而垂直轴风力发电机周围流场的湍流非常复杂,对其CFD仿真模拟选取湍流模型一直各抒己见。选取目前使用最为广泛的SST k-ω、Realize k-ε、RNG k-ε和标准k-ε湍流模型进行CFD仿真,模拟双叶片直线翼垂直轴风力发电机的叶片表面压力分布和单叶片转矩系数,并与采用高速多点压力测量仪和力矩传感器测量的实验数据进行对比分析。其结论为,在叶片失速区,采用标准k-ε和Realize k-ε湍流模型CFD仿真模拟的结果与实验值拟合度很低;当叶片处于深度失速区时,采用RNG k-ε湍流模型CFD仿真模拟的结果与实验结果拟合度最高,而在轻失速区时,采用SST k-ω湍流模型模拟得到的值与实验测量值拟合度最好。从单叶片转矩系数角度分析可得,采用SST k-ω湍流模型模拟得到的值与实验测量值拟合度最好。     

安全阀流场数值模拟研究

应用计算流体力学软件Fluent建立了安全阀三维可压缩流场计算模型.采用标准κ-ε和Realizable κ-ε两种湍流模型,并将两个模型的计算结果与验证实验的测试数据进行对比,确定了更合适的模型.并对安全阀的流场形态和工作特性进行了分析.     

搅拌槽内部固-液悬浮流场的数值模拟及实验研究

随着计算机技术的迅速发展和计算流体力学理论的不断进步,国内外许多研究者利用CFD软件对搅拌器内部流场进行了大量的模拟。同时,也有不少学者针对搅拌设备内部流场利用LDV和PIV等测量技术进行了实验研究,结果表明,CFD模拟的结果与实验数据吻合较好。利用滑移网格法计算了六折叶圆盘涡轮搅拌器内部固-液悬浮流场。采用标准湍流模型及欧拉法来建立流体力学模型,研究了搅拌器在不同转速及不同安装高度下,流场的分布情况,分析了数值模拟和实验研究之间的功率消耗差异。通过数值模拟,为搅拌器的优化和放大提供参考。     

不同湍流模型下空中加油吊舱尾流场对比分析

以某型空中加油吊舱为例,分别采用RNG k-ε模型、标准k-ω模型和剪切应力传输SST k-ω模型三种湍流模型对空中加油吊舱尾流场进行仿真计算,并将三种湍流模型的计算结果进行对比分析,用试验对计算结果进行验证,对空中加油流场的仿真计算和空中加油吊舱尾部结构优化设计具有借鉴意义,对后续空中加油飞行试验的开展具有指导意义。     

湍流模型对高压比离心压缩机气动性能及流场结构影响的数值研究

为研究不同湍流模型对压缩机总体性能及内部流场数值模拟结果的影响,本文采用3个高雷诺数湍流模型和1个低雷诺数湍流模型对Krain实验研究的离心叶轮和等面积无叶扩压器进行三维定常流场计算,并与相应的实验结果进行对比。研究结果表明,4种湍流模型的数值模拟结果与实验结果均存在差异,这一差异与流量和转速有关。在高转速、小流量工况下,湍流模型对数值模拟结果的影响更为显著。数值模拟预测到的失速流量均与实验值差别较大。而从流场和总体性能两方面来看,与高雷诺数湍流模型相比,低雷诺数湍流模型的模拟精度更高,在设计工况附近区域,数值模拟的效率与实验符合良好。     

复杂流道特种滑阀流场数值仿真

运用CAD软件建立了特种滑阀的三维流体模型并进行网格划分,采用Fluent计算流体力学软件,基于标准k-ε湍流模型理论,对滑阀在不同设定边界条件下的压力、流速分布、流量等流场特性开展稳态数值仿真研究,计算了不同开度下滑阀的理论流量系数,与流量系数实验测定结果对比,仿真结果与实验值较为吻合,数值仿真得出的数据及分析结论可为实际工程优化设计提供技术支撑。     

基于CFD的磁液悬浮式血泵优化设计

磁液悬浮式血泵属于第三代心室辅助装置,该文基于非定常三维N-S方程和k-ε湍流模型,应用计算流体力学(CFD)方法数值模拟血泵的流场,并根据流场分析结果对血泵进行优化设计,血泵样机试验证明措施有效,各项指标均达到要求,CFD仿真分析对于血泵的研制具有重要的指导意义。     

无动量亏损尾迹三维数值模拟

利用计算流体力学软件,对粘性不可压缩流体的平板翼型绕流进行了三维数值模拟,采用有限体积法计算程式,求解不可压缩Navier-Stokes方程,模拟平板翼型在尾缘有无吹气时的流动情况,得到了平板翼型尾迹的传播特性。并使用四种常用湍流模型在相同的网格条件下进行数值模拟,模拟结果与相应的试验数据对比,分析各种湍流模型对带尾缘吹气的三维模型数值模拟结果的影响,得出了不同湍流模型对带尾缘吹气的模型的适用性以及精度的评估性结论。数值模拟的结果表明SST湍流模拟对模拟尾迹区流动具有很好的适应性,预测得到的轴向速度分布、尾迹特征长度变化以及流动相似性和试验结果进行了对比,和试验结果吻合较好。     

分离涡流场数值仿真的参数影响研究

分离涡流场普遍存在于工业现场,数值仿真和试验研究在分离涡研究中相辅相成。数值仿真控制方程存在多个参数,某些参数变化对仿真结果有很大影响。以二维后向台阶流场、圆管后向台阶流场和圆管楔形流场为例,借助粒子图像测速技术和数值仿真方法,对参数变化影响进行研究。使用切应力运输(Shear stress transport,SST)k-ω湍流模型对分离涡流场进行数值仿真,理论推导得到SST k-ω湍流模型参数a_1变化对三种具有分离涡的流场数值仿真结果的影响。研究结果认为参数a_1越大,回流区长度越小。通过数值仿真验证理论推导结论。并通过比较模型参数变化对数值仿真结果的影响,认为圆管楔形流场与二维后向台阶流场、圆管后向台阶流场具有相似流场特性。根据粒子图像测速技术观测结果,优化模型参数a_1的设置。     

风力机翼型摩擦阻力数值计算中不同湍流模型的比较研究

为了提高风力机翼型特性模拟的准确性,采用数值求解N-S方程的方法,对NACA0015翼型的气动性能进行了数值模拟.考虑不同湍流模型、不同的计算格式、不同近壁面处理方法对风力机翼型特性模拟有着不同影响,数值模拟中应用3种不同湍流模型和3种不同的计算格式,同时配合6种不同近壁面处理方法,并将计算结果与实验结果进行对比。结果表明,在边界层内布置合适的网格点,采用k-ωSST湍流模型数值模拟,可使NACA0015翼型阻力系数的计算精度明显提高。     

In vitro and in silico (IVIS) flow characterization in an idealized human airway geometry using laser Doppler anemometry and computational fluid dynamics techniques

The air flow in idealized human airway geometry was studied using computational and experimental methods. A computational fluid dynamics model developed to determine the air flow characteristics in airways was validated by comparison of the experimental velocity profiles obtained with laser Doppler anemometric measurements with numerical data. A good correlation was found between the values obtained with the two methods. Both the measurements and the calculations showed the flow to be laminar in the trachea region of the airway model, but it is affected by the airway geometry in subsequent airways.     

基于CFD/CA的离心泵流动诱导噪声数值预测

基于Lightill声类比理论,采用计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)和计算声学(Computational acoustics, CA)相结合的算法对离心泵内部声场进行求解。基于SST k-ω湍流模型封闭雷诺时均方程,对离心泵内流场进行三维非定常计算。在流场计算的基础上采用边界元法对叶片偶极子源和蜗壳偶极子源的辐射声场进行求解,研究了蜗壳振动对声压级分布的影响,并搭建试验台对所提出的算法进行验证。结果表明,叶频及其倍频是流动诱导噪声的主要频率,隔舌附近监测点的压力脉动强度最大;声振耦合作用对声压级分布的影响不可忽略,模态振型所在的频率(580 Hz)下声振耦合作用的影响较大;泵出口场点的声压级比进口大,且均在叶频处最大,效率最高的工况点声压级最小;声场模拟和试验结果在趋势上基本吻合,最大相差3.1%,肯定了所提数值算法的预测作用,可为离心泵低噪声优化设计提供参考。     

钛合金曲面磨粒流加工扰流流道仿真与试验研究

针对具有复杂曲面的钛合金工件磨粒流抛光后表面粗糙度Ra不均匀问题,提出一种具有扰流结构的仿型约束加工流道。借助计算流体动力学（CFD）分析软件,结合SST k-ω湍流模型、离散相模型（DPM）和Oka冲蚀模型,仿真分析原始流道和5种不同扰流角度的扰流流道内磨粒流动力学特性。数值模拟结果表明：扰流流场中的磨粒流相较于原始流场在工件表面具有更大的湍流动能、动压力和冲蚀速率,其中扰流角度为30°时冲蚀均匀性较好。基于仿真条件搭建了磨粒流加工试验平台,使用原始流道和30°扰流流道分别进行了加工试验。试验结果表明：使用原始流道加工5 h后,工件表面曲率不同区域的表面粗糙度Ra值分散,加工效果均匀性较差;使用扰流流道加工5 h后,工件表面各区域表面粗糙度Ra的均匀性明显优于无扰流流场的加工均匀性。     

Analysis of installation effects by means of computational fluid dynamics—CFD vs experiments?

Installation effects were considered with the help of computational fluid dynamics (CFD). The information obtained by numerical simulation was much more extensive than in experimental data investigations. Using standard turbulence models, reasonable agreement with experimental data was achieved. The use of advanced turbulence models improves the agreement drastically but needs far more computer resources. Visualization of calculated flows was performed with the aid of an advanced graphic system. The assessment of the validation procedure was found to be dependent on various aspects which are discussed in detail. The influence of flow disturbances on various ultrasonic flow meters was numerically investigated.     

Numerical studies on two turbulence models and a laminar model for aerodynamics of a vertical-axis wind turbine

The purpose of this study is the analysis of flow around a one-bladed Darrieus-type wind turbine using computational fluid dynamics (CFD). The rotor geometry consists of a NACA 0015 airfoil with chord length of 0.15 m. Numerical simulations are performed using ANSYS Fluent, employing laminar model and two turbulence models: SST k-ω and RNG k-ε. The obtained numerical results of unsteady aerodynamic blade loads are compared with available experimental results from literature. Computed aerodynamic characteristics of normal and tangential forces comply with the experiment results. The RNG k-ε turbulence model has a good accuracy in determining aerodynamic blade loads for the upwind and downwind parts of the rotor. The laminar model and the SST k-ω turbulence model slightly overestimate the tangential aerodynamic blade loads at the downwind part of the rotor. An averaged wind turbine velocity profile computed at one rotor radius downstream of the rotor has a Gaussian shape. The steady-state airfoil characteristics are computed for the Reynolds number comparable to the Reynolds number of a moving blade employing the SST k-ω and RNG k-ε turbulence models and using the same computational grid as for unsteady simulations of the rotor.     

叶片数对喷水推进器性能影响的计算流体动力学分析

分析和界定了喷水推进器数值计算所需流场控制体。联用结构化网格和非结构化网格对该流场区域进行离散。选择切应力输运(Shear stress transport,SST)二方程紊流模型,采用稳态多参考系方法进行数值计算。根据实船试航时泵转速和航速,计算"船—泵"匹配特性线上六个工况点对应的功率和推力,并与设计单位提供的精确设计值进行比较,在分析网格无关性的基础上检验了数值计算方法的可信性。在此基础上从三个方面分析和比较了该喷水推进器:叶轮叶片数从5叶变化到7叶时对Stodola滑移系数和喷水推进器外特性的影响;导叶体叶片数从9叶变化到13叶时对叶轮出口流体整流结果的影响以及由此引起的流体动力性能的改变;叶轮和导叶体15种不同叶片数匹配时在给定工况下各自对应的流体动力性能数据。结果表明,在给定运动参数工况下,随着叶轮叶片数增加,Stodola滑移系数增加,喷水推进泵扬程增加,产生的轴向推力和消耗的轴功率也增大,效率下降;导叶叶片数增加时,喷口出流的旋转作用减弱,11叶后再增加已无明显改进,导叶为10叶和11叶时喷水推进器性能较接近,对应扬程和推力均较12叶和13叶时大;叶轮为5叶时与9叶导叶组合使整体性能最佳,而6...     

变攻角垂直轴风力机三维定常流场数值模拟

应用Fluent软件求解三维定常不可压N-S方程,采用k-ε湍流模型和SIMPLE算法,结合MRF复合坐标系技术,模拟垂直轴风力机（VAWT）的流场特性.获得并分析了不同攻角下的速度场、压力场分布,得到风轮叶片压力分布和转矩值.结果表明绕流场模拟能有效地反应风力机不同攻角下的流场状况,可为垂直轴风力机的工程设计提供理论依据.     

软性磨粒流双入口约束流场数值分析及加工试验研究

针对软性磨粒流精密加工中单入口加工装置加工不均匀问题,提出一种基于流体碰撞理论的双入口加工新方法。借助计算流体力学软件,结合剪切输运(Shear stress transport, SST) k-ω湍流模型及Mixture混合模型,分析两种加工装置内磨粒流动力学特性,数值模拟结果显示：单入口加工装置内磨粒流流场固定分布,双入口加工装置内磨粒流流场呈现周期性摆动,提高约束流道内磨粒流流动无序性。加工试验进行35 h后,单入口加工装置加工工件表面粗糙度Ra值分散,工件表面存在严重加工不均匀性;双入口加工装置工件表面各处粗糙度Ra集中且各方向粗糙度值均小于单入口加工装置,表面加工效果均匀。上述研究结果表明：双入口加工装置有效地扰乱约束流道内磨粒流流场,提高磨粒流流动的无序性,改善表面加工质量。     

典型起重机双箱梁结构的CFD风载研究

《起重机设计规范》（GB/T3811—2008）规定多片重叠结构风载荷采用挡风折减系数进行计算,对于不同截面形式的结构,规范规定与结构实际所受风载荷的准确性值得商酌;利用数字风洞技术（DWT）,通过流体动力学（computational fluid dynamic,CFD）计算分析,发现多片结构中处于背风区域的箱体结构不仅需要承受空气流动的直接动量作用,还需承受由不同结构导致的流场扰动引起的流体压力场变化带来的结构压差阻力影响,结构与流体的相互作用,甚至使结构的风载荷方向发生转变.对工程应用中常见的双箱梁进行了细致的风载分析计算,并将计算结果与中外相关规范进行比较,清晰地展示了风场中的结构受载情况.     

汽车外流场数值仿真的进-步研究

在汽车外流场的数值仿真中,运用相对k-ε紊流模型更为先进的SST(Shear stress transport)切应力输运模型模拟紊流效应,并采用Delaunay三角形方法生成空间非结构化网格.计算结果与汽车模型在小型风洞中的试验结果比较基本吻合,尤其是关于紊流现象的模拟更是与现实物理情况一致.