直角网格壁函数的二维高雷诺数机翼绕流计算

针对传统直角网格方法无法准确计算高雷诺数下近壁面区域的流场及剪切应力问题，本文基于自主开发的二维直角网格CFD求解器，采用添加壁面函数的方式模拟了高雷诺数下的机翼绕流。数值模型基于直角网格有限差分方法对N-S方程进行离散，整体求解器的精度在空间和时间上分别达到二阶。通过对低雷诺数下圆柱绕流及机翼绕流的模拟计算，验证了此求解器的精度和可靠性。在高雷诺数下利用壁面函数修正近壁面的速度剖面，使近壁面区域的速度分布更符合实际流动。研究结果表明：本文方法能够有效求解二维高雷诺数机翼绕流问题。同时利用商业计算流体力学软件Star-CCM+采用贴体网格对同样问题进行模拟，数值模拟结果表明本文方法的网格需求要大于贴体网格。     

压水堆四通道模型全高度上的单相流数值模拟

为了研究压水堆芯在全高度上的单相热工水力为特性,基于曙光高性能大型并行计算集群,对压水堆中包含7个带搅混翼、刚凸及简化弹簧的完整定位格架的四通道模型在全轴向高度上进行了数值模拟.数值计算基于稳态RANS控制方程组,雷诺应力项的封闭采用RNG k-ε模型,方程各项的空间离散均采用相应的二阶格式,可同时保证计算效率和计算精度.数值结果展现了通道及格架内的流场和温度场,得到了截面平均温度、压力、二次流强度及Nu的轴向变化规律.分析表明,格架下游换热效率及温度非均匀度主要受二次流的影响,受湍流脉动的影响相对较小,且不同定位格架下游二次流强度变化趋势基本一致.     

带定位格架棒束通道两相流相界面输运特性

为研究棒束通道内空泡份额及相界面浓度等相界面结构参数的分布特性，本文对带原型定位格架的5×5棒束通道竖直向上空气-水两相流进行实验研究。运用4头电导探针对流动方向上不同高度截面处的空泡份额、相界面浓度、气泡速度及平均索特直径等相界面结构参数的局部分布进行了测量。研究表明：相界面参数的径向分布主要由升力、壁面润滑力及湍流扩散力等横向作用力的综合作用决定；定位格架主要通过湍流漩涡聚集和格架剪切破裂影响相界面参数分布特性，二者作用效果相反；定位格架下游存在压降区，在其内部相界面参数分布发生剧烈变化。本文可以为棒束通道两相流相界面输运模型的优化提供参考。     

改进SST湍流模型在分离流中的应用

针对标准SST模型无法对分离流动进行准确的数值模拟的问题,本文根据分离流动的特性,在传统SST模型的基础上增加了能量传递耗散项,提升了该模型对分离流动的模拟精度。以开源软件Open FOAM为平台,运用改进的SST湍流模型,对亚临界雷诺数情况下的圆柱绕流算例进行计算,并结合已有的实验结果,与原始SST模型的计算结果进行对比。结果证明:改进的SST模型能有效弥补原始SST模型在模拟分离流时,漩涡脱落强度偏小的缺陷,对于亚临界雷诺数下的分离流动的数值模拟具有良好效果。     

线性分层流中圆柱绕流数值模拟方法研究

为达到研究连续分层流中航行潜体尾迹探测之目的,探讨了线性分层流中基于多相流混合模型的圆柱绕流数值模拟方法。首次采用LES方法数值模拟了高傅汝德数下分层流动,成功模拟出试验条件下对应傅汝德数下的尾迹特征;用RANS方法实现了对低傅汝德数低雷诺数下分层流动流场的定量描述;通过对高雷诺数不同湍流模型下的流动展开讨论,发现采用不受各向同性假设限制的RSM模型进行分层湍流数值模拟是合理的,且对近壁面的处理要采用壁面函数的方法。基于多相流混合模型建立了傅汝德数从低到高,粘性模型从层流至湍流各个取值段模拟分层流动的数值方法。     

非定常流场中机械胸鳍的水动力性能分析

针对刚性胸鳍建立了二自由度、三自由度的运动模型,通过对基于求解雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)方程的商用计算流体力学软件FLUENT的二次开发,采用动网格技术以及强大的后处理系统,计算了刚性胸鳍在粘性流场中的水动力性能.对于充分发展的湍流采用RNG k-ε模型,而对于近壁区流动采用壁面函数法进行处理.为克服数值模拟高雷诺数时的数值不稳定性,计算中采用了QUICK迎风格式.将数值计算结果与物理实验结果进行比较和分析得知,运用FLUENT软件求解该问题是切实可行的.     

螺距对星形螺旋燃料棒束通道内流动与传热特性的影响

采用SST k-ω湍流模型对不同螺距的星形螺旋燃料棒束通道内流动换热特性进行数值模拟研究。分析了燃料棒螺距对棒束通道内冷却剂的速度、压力、温度分布、搅混特性及换热特性的影响。结果表明,冷却剂在星形螺旋结构的诱导下产生横向流动,增强了搅浑作用。随着螺距的减小,冷却剂横向流动速度增大,压力降增大,流体换热Nu数增大,流体换热性能提高。     

旋转管内充分发展流的数值计算

本文探讨当管道绕与其轴心线相垂直的轴旋转时，管时充分发展流的数值计算问题。计算过程中采用了三种湍流模型，Ｋ－τ与近壁１－方程模型．低雷诺数的Ｋ－τ及雷诺应力模型．所用的网格是半交错网格、与已知的试验研究结果相对比．用Ｋ－τ与近壁－方程模型和雷诺应力模型所得结果与试验曲线相当接近。本文还把所得结果与以往的计算进行了比较。     

内置折边扭带圆管内三维流动与传热数值模拟

为研究烟气在内置扭带管内流动和强化传热特性,以螺旋扭带管和折边扭带管为研究对象建立烟气流动与传热三维数值模型,模型中对近壁面采用增强壁面函数法,并考虑低雷诺数和旋转流对湍流黏度的影响。与圆管相比Re=2300～5000内螺旋扭带管Nu提高21%～24％;折边扭带管Nu提高25%～32％。折边扭带管流动阻力ΔP为12～57Pa,比螺旋扭带管ΔP增加10%～18％。折边扭带管传热和流动性能比φ为120%～126％。内置折边扭带管强化传热的原因是具有沿流向以折边长度为周期的增速和减速。     

肋片强化矩形截面螺旋通道换热特性研究

应用CFD软件研究肋片对矩形截面螺旋通道湍流换热的强化作用,基于正交螺旋坐标系分析通道内流场和温度场分布.结果表明:对于单一矩形截面螺旋通道,换热壁面中心线附近受二次流影响较弱,换热效果较差.在此处安装扰流肋片后,矩形截面中心处产生了附加的二次流.研究范围内,加装肋片后的对流换热系数α是未加装肋片的1.03~1.2倍,流动阻力系数f是未加装肋片的1.003~1.033倍;强化传热因子j在0.911~1.067之间.低雷诺数下的低高度肋片综合强化换热效果较好.