基于JPDF方法的喷雾湍流燃烧数值模拟

将速度-标量-频率联合概率密度函数JPDF输运方程方法应用于两相喷雾湍流反应流问题,利用火焰面模型解耦流动和化学反应动力学的耦合关系,建立相应的数值计算模型。采用Monte-Carlo数值计算方法,针对文献中以甲醇为燃料所进行的湍流喷雾燃烧值班火焰这一试验进行了数值模拟,通过与Fluent下的计算结果及试验结果的对比分析,验证了所建模型的准确性。     

考虑旋转和曲率影响的SST k—ω湍流模型改进

分析了离心泵中常用湍流模型的优缺点,采用考虑旋转和曲率影响的RNG k-ε模型和Realizable k-ε模型分别对SST k-ω湍流模型进行了改进,生成了两种新的湍流模型.以开源代码库OpenFOAM作为平台对改进的湍流模型实现了程序化,应用新的湍流模型分别对-低、中、高比转数的离心泵进行数值计算,并将修改前后的数值计算结果与试验结果从能量性能的角度进行了详细对比.分析结果表明,改进后的湍流模型能成功用于离心泵内流计算中,且计算精度较修改前更接近于试验值.     

不同比转数离心泵设计工况下湍流模型的适用性研究

应用离心泵数值模拟中常用的5种湍流模型,使用Fluent软件对5台不同比转数的离心泵在设计工况下的内部流动进行了叶轮蜗壳耦合数值计算.基于数值模拟结果,对这5种湍流模型进行了对比性研究.研究表明:在设计工况下,5种湍流模型的计算结果与试验值都存在不同程度上的误差;在低比转数离心泵和中等比转数离心泵中.RNG κ-ε模型的计算结果与试验值较为接近,而对于高等比转数离心泵,SST κ-ω模型的计算结果相对于其他模型来说较为理想;5种湍流模型所计算出的中间截面处的涡量大小和湍流强度分布都比较相似,但也存在不同程度上的区别,其中RNGκ-ε模型相对于其他模型来说差异最为明显.     

基于分形理论的双燃料发动机Nox排放模拟计算

在双区喷雾卷吸模型的基础上,建立了一个基于皱折火焰面分形理论的双燃料发动机准维模型,来描述双燃料发动机气缸内的湍流燃烧、火焰传播速度等燃烧现象以及排放性能,其中包括滞燃期子模型、喷雾卷吸子模型、燃烧和火焰传播子模型.利用该模型,对一台生物制气-柴油双燃料发动机燃烧过程进行了模拟计算,预测双燃料发动机的NOx排放特性.预测计算结果与实测值的相对误差小于5%.供油提前角提前,生物制气-柴油双燃料发动机NOx排放量增加;相同工况下引燃柴油量减小时,NOx排放量减小.     

柴油机喷嘴内空穴流动可视化试验与数值模拟

柴油机喷雾特性除了与气缸内气流运动有关外,也与喷嘴内空穴流动有密切的关系.设计了比例放大多孔喷嘴内空穴流动和喷雾的可视化试验装置,进行了不同燃油喷射压力下喷嘴内空穴现象和喷雾的可视化试验,对所建喷嘴内空穴流动的三维数值计算模型进行了试验验证.采用试验和数值模拟相结合的方法分析了喷嘴内部流动从单相湍流流动发展为空穴流动、超空穴流动的流动特性,得出了喷嘴流量系数与喷射压力及空穴参数之间的关系以及喷嘴内出现空穴现象的临界条件.     

多孔介质壁面条件下微尺度流动的数值模拟

利用多孔介质模拟微通道壁面粗糙元,建立了一种新的微尺度化流场的数值模拟方法.多孔介质模型厚度由微通道壁面相对粗糙度折算,多孔介质的阻力系数由该区域内的流态及阻力计算;配合采用k-ε和k-ω多种形式的湍流模型,对边长为600μm的方形断面微通道流场在雷诺数分别为100和300的情况下进行了数值模拟计算.通过模拟结果与Micro-PIV测量数据的对比分析发现,采用realizablek-ε湍流模型,搭配多孔介质微尺度化模型进行数值计算,能够有效地模拟微尺度流场的流动状况,而标准k-ε湍流模型和RNGk-ε湍流模型的微尺度模拟计算结果虽接近试验测量值,但仍有偏差;标准k-ω湍流模型和SSTk-ω湍流模型的微尺度模拟效果较差.     

轴流泵内部流动数值模拟及PIV试验

为了研究轴流泵内部流动数值模拟中不同湍流模型的适用性,分别采用standard k-ε模型、RNG k-ε模型、SST k-ω模型以及大涡模拟(LES)方法,基于结构化网格与网格滑移技术,对叶轮直径为200 mm、名义比转数n_s为700的模型轴流泵进行了性能预测和全流场数值模拟;计算了水泵的扬程和效率,并与在水泵试验台上测试得到的外特性结果进行了对比和分析.结果表明,在最优工况附近,standard k-ε模型、RNG k-ε模型和SST k-ε模型都能较精确地预测轴流泵的外特性,基于RNG k-ε湍流模型的扬程和效率误差相对较小;在非设计工况下,不同湍流模型具有不同的特性.在0.8Q_opt,1.0Q_opt和1.2Q_opt工况下,针对叶轮与导叶间的轴向间隙处进行了PIV内部流场测试;将各个湍流模型下的数值模拟结果与PIV的测量结果进行比较,发现基于雷诺时均方程的3种湍流模型的内流场流线与PIV的测量结果进行比较,发现基于雷诺时均方程的3种湍流模型的内流场流线与PIV的试验结果具有基本相同的趋势性,从而证明了数值模拟计算的可靠性和有效性;而采用LES计算得到的流场与PIV测量结果产生一定的偏差.同时,对轴流泵在不同流量工况下内流场的流动结构进行了分析.     

不凝性气体及湍流扰动对喷嘴孔内空化现象的影响

利用ANSYS_Fluent 15.0软件,在两相流计算采用均相流模型(HEM)、湍流计算采用realizable k-ε模型基础上,分别基于SS及Singhal空化模型对喷嘴孔内空化现象进行数值模拟,并将模拟结果与试验结果进行对比分析,其中前者忽略了不凝性气体及湍流扰动对孔内空化现象的影响,而后者考虑了这2个因素。其后在两相流计算仍然采用均相流模型的基础上,将Singhal空化模型与不同的湍流模型组合应用,并与试验结果进行对比分析。结果显示:不凝性气体及湍流扰动对喷嘴孔内空化现象数值模拟存在显著影响,不考虑这2个因素时计算所得喷孔内气相区域分布规律与试验结果一致,然而计算所得气相体积分数仅为试验结果的42%,考虑这2个因素时计算所得气相区域分布规律同样与试验结果一致,且计算所得气相体积分数约为试验结果的96%,即考虑不凝性气体及湍流扰动的影响会使喷嘴孔内空化现象数值模拟更加准确;考虑不凝性气体及湍流扰动时计算所得气相区域在其末端出现小幅扩散现象,这种扩散现象源于不凝性气体在气相区域末端的膨胀作用;湍流粘度的计算结果通过影响场内流速、静压的方式最终对计算所得喷孔内气相区域分布产生一定影响。     

考虑不可凝结气体的空化流模型及数值模拟

以均相流假设为基础建立了一种基于输运方程的空化流模型,该模型在质量传输方程中不仅考虑了蒸发和凝结的机理,而且考虑了不可凝结气体的影响.采用RNG k-ε湍流模型,并引入与混合密度相关的修正函数对湍流涡黏性系数进行修正.应用文中的空化流模型,对NA-CA66翼型进行了定常空化流动数值模拟,翼型吸力面的压力系数分布曲线与试验结果吻合很好.在此基础上,进一步研究了模型中不可凝结气体质量分数以及不同进口湍动能和湍流耗散率对空泡形成和发展的影响,确定了模型中不可凝结气体质量分数、进口湍动能和湍流耗散率的合理取值.应用空化流模型对非定常空化流动进行了数值模拟,数值模拟结果清晰地反映了翼型表面空化云的初生、成长、脱落和溃灭的全过程,并指出反向射流是引起空化云脱落的重要原因.非定常计算得到的斯特劳哈数与试验相吻合,进一步验证了该模型在空化流数值计算中的可靠性.     

螺旋槽流道微泵的数值模拟方法分析

分别在无滑移边界条件和滑移边界条件下,采用不同的双方程湍流模型以及层流模型对微型泵内部流动进行数值模拟,研究适合微型泵的计算模型和边界条件．分别使用了3种湍流模型（标准k-ε,RNGk—ε,Realizable k-ε）和层流模型进行了数值模拟,通过对流场的速度分布和压力分布的分析发现：与无滑移壁面条件的模拟结果比较,滑移壁面条件时速度分布比较均匀,但两者压力分布趋势相同．在压力与流量间的性能曲线方面,计算结果和试验结果的比较表明,在无滑移壁面边界条件时,各种模型的计算结果与试验结果总体相差很大,同时,层流模型的计算结果较好;而在滑移壁面边界条件时,所有模型的计算结果与试验结果的误差都很小,同时,标准k—ε湍流模型和RNGk—ε湍流模型的计算结果总体要比使用层流模型稍好一些,并且当泵在高转速下趋势更明显．