用于多射流撞击式喷嘴的湍流模型比较研究

为获得多射流撞击式喷嘴数值模拟研究中常用湍流模型的适用性和准确性,通过数值模拟分析了常用湍流模型计算的速度场,并与自行搭建的冷态测试实验台上测量的实验数据进行比较。结果表明:S-A模型过高地估计了交叉撞击流和主射流流动的湍流耗散,使得多射流交叉撞击形成的主射流更为平缓且更快衰减为平推流。RNG k-ε模型和标准k-ω模型计算的多射流经过交叉撞击后形成较强的主射流,RNG k-ε模型过度预测了主射流的衰减,而标准k-ω模型对主射流衰减的预测不足。标准k-ε模型、Realizable k-ε模型、SST k-ω模型和RSM模型均能较好地预测轴向速度分布情况,考虑到计算量和计算稳定性,推荐采用标准k-ε模型和Realizable k-ε模型用于多射流撞击式喷嘴湍流流动的数值计算。     

双节流结构旋风过滤器阻力性能研究

对一种高浓度盐雾分离装置——旋风分离器进行研究，并对已有旋风分离器结构进行了改进，提出了一种具有双节流结构的旋风分离器形式。利用标准k-ε模型和realizable k-ε两种湍流模型进行了数值模拟，给出了相应模型的阻力特性。同时在专门风洞实验台上进行了模型的阻力特性实验，将实验结果与数值模拟结果进行比较，认为在计算旋风分离器阻力特性时，realizable k-ε优于标准k-ε模型。     

三种湍流模型下搅拌釜内气含率特性的模拟

采用计算流体力学（CFD）方法,应用Euler-Euler双流体模型,桨叶采用多重参考系法（MFR）,与考虑气泡聚并与破碎对气泡尺寸影响的群体平衡模型（PBM）相结合,比较了标准k-ε、Realizable k-ε和RNG k-ε3种湍流模型对双层涡轮搅拌釜内气-液两相液相流场、局部气含率及气泡尺寸分布的影响。结果表明：3种湍流模型预测的液相流场流型相似,总体气含率预测值相差不大,均与实验值吻合较好。对于局部气含率,标准k-ε和RNG k-ε模型在桨叶区的预测值偏大,在接近自由液面处三者预测值均偏低,Realizable k-ε模型预测结果与实验值符合最好;对于气泡尺寸,3种湍流模型预测结果均与实验值较吻合,在靠近自由液面处预测值均偏小,气泡尺寸分布与湍流长度分布相吻合。     

模拟喷雾干燥的不同湍流模型比较

应用fluent软件,分别选择标准k-ε模型、RNG k-ε模型、RSM模型对喷雾干燥塔内的流场进行数值模拟,并将计算结果与实验测量值相比较,以得到最适合于喷雾干燥塔流场计算的数学模型.数值结果表明,3种模型都能较好反映塔内的流动规律,但计算数值与实测值有所差异,RNG k-ε模型模拟结果比用标准k-ε模型、RSM模型...     

文氏棒塔干板压降的数值模拟

分别应用3种湍流模型(标准k-ε模型、RNG k-ε模型和Realizable k-ε模型)模拟了不同气体动能因子下的文氏棒塔干板压降,通过对比数值模拟结果与实验结果发现,标准k-ε湍流模型和Realizable k-ε湍流模型计算结果与实验结果比较接近,RNG k-ε湍流模型计算结果误差较大。利用标准k-ε湍流模型研究了不同规格文氏棒塔板的干板压降,得出了棒径和棒间距对干板压降的影响关系,分析干板阻力系数的影响因素并通过数值分析方法拟合出了文氏棒塔干板阻力系数的计算公式。     

筛孔塔板干板压降的数值模拟

分别应用标准k-ε模型、RNG k-ε模型和Realizable k-ε模型3种湍流模型并结合有限体积法,在不同空塔气体动能因子下数值模拟了筛孔塔板(0.38 m)的干板压降。数值计算结果分别同Hughmark-O'connell和Leibson实验结果进行了比较,吻合较好。通过模型对比,发现RNG k-ε模型和Realizable k-ε模型计算结果同实验结果比较接近,标准k-ε模型的计算结果误差较大。利用RNG k-ε模型研究了塔板厚度、筛孔直径同塔板干板阻力系数的关系曲线,随着筛孔直径和塔板厚度的增加,塔板阻力系数增加,相对于塔板厚度,筛孔直径的大小对阻力系数的影响更大。证明了计算流体力学在筛孔塔板干板压降的研究中有一定的可行性。     

弯管内流场的数值模拟及方法分析

以180°圆形弯管为例,对弯管内流场的数值模拟方法进行了研究。分别采用k-ε模型,RNG k-ε模型和雷诺应力模型对弯管内流场进行计算,并将计算结果与试验测量结果进行了对比。结果表明:弯管内流体旋转产生的离心力导致了压力分布的变化,使得弯管内流体产生较强的涡流。在近内壁区中间位置,3种模型的计算结果与实验测量基本一致;在上半部分的1/2处,雷诺应力模型与标准k-ε模型的精度较高;在中心区,3种模型的计算结果与实验测量接近一致,但在弯管的进出口区域,雷诺应力模型的计算精度较高。近外壁区,3种模型的计算结果均反映了主流切向速度的变化趋势,但以雷诺应力模型计算精度最高。3种模型均反映了180°圆形弯管流场的主流切向速度的基本特征,但在一些速度变化较大,流场具有各向异性的局部区域,雷诺应力模型具有较高的预测精度,而标准k-ε模型与RNG k-ε模型存在着一定的局限性。     

湍流模型对钝体燃烧器流场模拟的影响

湍流燃烧过程涉及燃烧反应和湍流在微小时间和空间尺度上的耦合,因此湍流模型的有效性对燃烧器流场CFD模拟的准确性有重要影响。采用5种k-ε类和k-ω类两方程模型和雷诺应力模型模拟了钝体燃烧器内冷流流场,并采用PIV测量方法进行了实验验证。比较和分析数值模拟和PIV实验结果发现,不同湍流模型的模拟结果在诸如速度分布和涡结构上存在较大差别,标准k-ε模型和RNGk-ε的模拟流场最接近本文的实验结果。     

多层搅拌桨流动场的测量与数值模拟

应用商业计算流体力学软件CFX对搅拌槽内多层搅拌桨的流场进行了模拟,并与LDV测试结果进行了比较.低Reynolds数k-ε模型和代数应力模型流型吻合较好;标准k-ε双方程模型和RNG k-ε模型下层桨流场出现不同程度的扭曲,与实验测试结果不符.速度分量的对比结果表明,低Reynolds数k-ε模型和代数应力模型能较准确地模拟搅拌槽内的流动场,其中尤以代数应力模型最为准确.     

不同湍流模型在管道流动数值模拟中的适用性研究

针对数值模拟在科学研究和工程实践领域中的大规模应用,湍流模型是数值模拟中常用的模型,不同湍流模型有自己的适用范围。通过计算流体动力学软件FLUENT中常见的各种湍流模型对管道内湍流流动进行数值模拟,将模拟结果中的沿程阻力与实验值进行对比分析。分析结果表明,Spalart-Allmaras模型、近壁区采用近壁模型法处理的k-ε模型和近壁区采用近壁模型法处理的Reynolds stress模型适用于紊流光滑管区;k-ω模型既可用于紊流光滑管区又可用于紊流粗糙管过渡区;在紊流光滑管区,Spalart-Allmaras模型精度最高;在紊流粗糙管过渡区,使用k-ω模型时,需对粗糙度作适当偏移调整。     

环形紫外消毒反应器流场数值模拟

采用计算流体力学软件FLUENT模拟环形消毒反应器的内部流场,选用标准k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable k-ε模型、RSM模型模拟湍流应力,并将模拟结果与PIV实验结果进行对比。研究表明:CFD数值模拟的方法可以有效获得环形紫外消毒反应器的内部流场;其中标准k-ε模型的模拟结果与PIV实验结果最为接近,能更好地模拟环形紫外消毒反应器的内部流场。     

用于Texaco气化炉同轴射流计算的不同湍流模型的比较

应用商业CFD软件Fluent,分别采用Spalart-Allmaras模型、标准k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable k-ε模型和RSM模型对气化炉同轴射流冷态实验台进行了数值模拟,并通过不同模型计算结果与实验结果的对比,讨论了各模型受网格质量、网格类型和边界条件的影响。通过对比发现,S-A模型和标准k-ε模型受网格质量影响最小,但准确性不高;RSM模型受网格影响较大;而RNG k-ε模型和R k-ε模型在网格划分合理的情况下,能够给出合理的结果。     

各向异性k-ε湍流模型在Rushton桨搅拌槽三维流场整体数值模拟中的应用

根据搅拌槽内的流动呈各向异性的特点,引入适用于强旋转流场的各向异性k-ε湍流模型,用改进的内外迭代法对有挡板的Rushton桨搅拌槽进行了整体数值模拟.利用文献中对搅拌槽内流场测定结果,给出了适用于Rushton 桨搅拌槽的各向异性湍流黏度系数值.模拟计算得到了搅拌槽内的流场分布和脉动速度分布,并同标准k-e湍流模型计算结果及文献数据进行比较.结果表明,各向异性k-ε湍流模型能成功反映Reynolds应力、湍流动能等湍流特征量,明显优于标准k-ε湍流模型.     

气流横向冲刷管束换热数值模拟模型分析与数值求解

采用标准k-ε模型、RNG模型、可实现k-ε模型对气流横向冲刷管束换热进行模拟计算。结果表明,在Re10000,都可以得到比较可靠的预测结果;但在Re10000,标准k-ε模型与RNG k-ε模型都不再适用,而可实现k-ε模型可以获得比较可靠的预测结果。     

乙烯裂解炉耦合模拟中湍流模型的影响分析

配备底部烧嘴和侧壁烧嘴的乙烯裂解炉应用越来越广泛,不同燃烧模式影响着炉膛内湍流流动状态,考虑到裂解炉中湍流流动与燃气喷料、燃烧和传热有较强的非线性耦合作用,为此探究不同湍流模型在裂解炉/反应器耦合模拟中的影响对于裂解炉的精确设计和优化至关重要。针对不同湍流模型对某十万吨工业乙烯裂解炉进行了耦合模拟,利用CFD数值模拟对采用标准k-ε模型、RNG k-ε和Realizable k-ε模型所建立的湍流流动模型进行评估。将三种湍流模型的模拟结果与工业数据进行比较,重点分析了裂解炉内的速度、温度、湍流能力等参数的分布情况,表明Realizable k-ε模型在火焰稳定性、反应效率等方面优于其他两种模型,且基于Realizable k-ε湍流方程的反应管模型在热通量、炉管外壁温度分布计算结果更接近实际工况。     

涡轮桨搅拌槽内流动特性的大涡模拟

利用大涡模拟方法研究了涡轮桨搅拌槽内的流动特性,采用了三种亚格子模式:标准Smagorinsky-Lilly模式(SLM)、Smagorinsky-Lilly动力模式(DSLM)和亚格子动能动力模式(DKEM),并将模拟结果与标准k-ε模型及文献实验数据进行了详细的比较.结果表明:大涡模拟方法可获得搅拌槽内的瞬态流场;对桨叶区时均速度及湍流动能的预测与实验数据相吻合,比标准k-ε模型计算结果有明显改进,三种亚格子模型中DSLM和DKEM模拟结果更好.同时分析了大涡模拟中桨叶端部附近湍流动能估计偏差的原因,发现主要是由于对轴向湍流均方根速度的预测偏差造成的.大涡模拟方法为搅拌槽内非稳态、周期性的湍流流动和湍流特性的研究提供了强有力的工具.     

孔板水力空化装置的数值模拟

基于FLUENT软件,采用]k-ω模型对孔板水力空化进行数值模拟,将相同条件下模拟所得的空化区与实验空化区进行比较.结果表明,模拟计算得到的汽含率分布与实验拍摄的汽含率分布相似,k-ω模型模拟结果与实验结果吻合.采用该模型分析了不同入口压力、孔板结构参数、液体物性参数对空化强度的影响,模拟结果表明,入口压力越大,空化强...     

搅拌管式反应器内流动特性的大涡模拟

采用实验和数值模拟的方法研究搅拌管式反应器内的混合过程,其中数值模拟采用大涡模拟的方法研究了反应器内流体的流动场,并就不同转速条件下流体的混合时间,将大涡模拟数值结果分别与标准k-ε模型的计算结果和实验测量值相比较,结果表明:管式搅拌反应器内的流动是非稳态的,具有不对称性。同时,大涡模拟方法可以预报漩涡,特别是桨叶背面的漩涡。与实验测量值相比,大涡模拟对混合时间的计算精度比标准k-ε模型计算精度高约22.8%,证明大涡模拟方法能够有效地模拟搅拌管式反应器内的流动特性。     

搅拌槽内三维流场的数值模拟

应用商业计算流体力学软件CFX对搅拌槽内的流场进行了模拟,并与PIV测试结果进行了比较,流型吻合良好.速度分量的对比结果表明不同情况与各种模型的吻合情况不尽相同,标准k-ε双方程模型、RNG k-ε模型和代数应力模型在主流域内都能较准确地模拟搅拌槽内的流动场.     

水平90°弯管内冰浆流体流动特性的数值模拟

以水平面上90°弯管内冰浆流体等温流动为研究对象,采用双流体混合模型,借助于计算流体力学(CFD)模拟方法,研究了90°弯管内冰浆流体三维流动特性.结果表明,冰浆流体在弯管内湍流流动过程中,会呈现出类似于单相流体流经弯管时的二次流现象.弯管内的二次流动加剧了冰粒子与液体相间的混合,使得冰粒子在弯管出口截面处趋于均布.通过比较不同湍流模型计算获得的冰浆流体管道压降,发现模拟值与实验值间的相对误差均可控制在士20％内,但模型精度不尽相同;当浆体处于低速高浓度区域时,k-ε湍流模型预测效果较为理想.随着冰粒子浓度降低,由k-ω和SA(Spalart-Allmaras)湍流模型得到的管道压降模拟结果与实验测试值更为接近.