旋转修正的k-ε湍流模型在转子发动机三维流场模拟中的应用

以商业软件FLUENT为平台,采用考虑转子发动机旋转修正的k-ε湍流模型,编制并加入自定义UDF程序.通过对FLUENT软件进行二次开发,实现转子发动机工作区域网格的动态更新.考虑转子与缸体间漏气,对冷拖动工况下转子发动机内部三维湍流流动进行了数值模拟.计算结果揭示了转子发动机内部流场的分布特征和规律,为转子发动机的性能预测及优化设计提供了技术依据.     

基于CFD的多级离心式森林消防泵的流场模拟

以BJL5两级离心式轻型森林消防泵为研究对象,基于CFD（计算流体力学）建立适合其计算的分析模型。对不同工况下泵体内部的三维湍流流场进行模拟,得出泵体内部复杂流场中基本物理量的分布情况,对高扬程森林消防泵的性能进行分析和预测,并与实验结果进行对照,探索出适合多级离心泵的模拟方法和性能预测方法。     

转子发动机燃烧过程二维数值模拟的比较研究

基于Fluent平台,选择SST k-ω模型、标准k-ε模型以及RNG k-ε模型对转子发动机燃烧过程进行了数值模拟.利用不同湍流模型比较研究表明,RNG k-ε模型的总体预测效果最好,标准k-ε模型预测效果次之,而SST k-ω模型的预测效果最差.本研究结果对合理选择湍流模型来模拟转子发动机的流场和污染物的分布具有参考作用.     

近壁面网格尺寸对风力机翼型数值计算结果影响研究

采用3种不同的网格划分策略,在雷诺数Re=3.0×106的条件下,基于雷诺时均方法对NACA4415翼型进行了数值分析,研究了不同攻角下采用k-ωSST(Shear Stress Transport)湍流模型时近壁面网格尺寸对翼型气动性能的影响,并将数值计算结果与实验结果进行了比较。研究表明:翼型近壁面网格的y+值和网格纵横比对翼型升阻力系数和表面压力分布有较大影响,且大攻角下,网格纵横比的影响更加明显。     

基于CFD的离心泵内部流场数值模拟与性能预测

计算流体动力学方法可以用来模拟和预测离心泵性能。基于三维雷诺时均的navier-stokes方程和标准的k-ε湍流模型,采用三维无结构网格及隐式修正SIMPLEC算法,利用Fluent 6.1软件中提供的多重参考系模型,对某一离心泵内部流场进行了数值模拟,并分析了离心泵内部流动现象和规律。将该离心泵性能预测值与实验值进行了比较,结果表明此种方法具有很高的精度,能为离心泵结构优化和性能预测提供理论基础。     

VRV空调室外机周围环境的研究

对某实际工程夏季VRV空调室外机机房温度升高的问题,基于不可压缩流体黏性流体N-S方程和K-ε两方程湍流模型,采用CFD数值计算的方法,研究了室外机周围温度分布和速度场情况。研究表明:百叶倾角和百叶开口率对进排风影响较大,另考虑在室外有风在不同风向角下,发现室外风速有利于室外机的运行。     

燃烧加热污染空气对超燃冲压发动机性能影响研究

针对燃烧加热地面试验设备存在的工质污染问题,采用数值模拟方法研究了燃烧加热污染空气对氢燃料超燃冲压发动机性能的影响。以飞行马赫数Ma=6.5,当量油气比ER=0.6为计算基准状态,分别对纯净空气和污染空气来流下氢燃料超燃冲压发动机的整机流场和性能进行了对比计算分析。燃烧化学反应模拟采用了改进的H₂/O₂七组分八方程模型,湍流模型为标准的 k-ε模型,并采用直连式燃烧室试验数据进行了数值方法的验证。研究结果表明:(1)相对于纯净空气来流,污染空气来流下的超燃冲压发动机推力和比冲均有所下降。(2)采用酒精燃烧加热器的前提下,来流参数匹配静温、静压、马赫数时,发动机性能与纯净空气来流下的结果最为接近,而匹配总温、总压、马赫数时相差最大。(3)来流参数匹配总焓、静压、马赫数的前提下,采用氢燃烧加热器时发动机性能与纯净空气来流下的结果最为接近,而采用甲烷燃烧加热器时相差最大。      

一种疏水孔板压降特性试验及数值模拟研究

PY41型柱塞式孔板应用于非核级PORV排放管线,对其水力性能开展了冷态条件下的数值模拟计算,并开展了冷态和热态试验。在冷态工况下,数值模拟计算数据与试验数据相互吻合,表明k-ε RNG湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型可以准确预测柱塞式孔板的冷态性能。热态试验表明：PY41柱塞式孔板冷态和热态工况下的压降性能参数存在对应关系,当其性能参数达到冷态设计要求时,也会满足热态设计要求。     

三级林用消防泵内部流场模拟及分析

林用消防泵在森林防火作业中是一种效率高、应用广泛的灭火装备,泵内流体在湍流运动过程中的各物理参数,如速度、压力、温度等都是随时间与空间而随机变化的,是个随机的非线性过程。为了更好地设计满足复杂条件下的林火迅速扑救的大流量、高扬程、质量轻的便携式林用消防泵,在结构设计的基础上进行了泵内流场模拟,分析了林用消防泵的三级提压工作原理。运用FLUENT软件首次模拟了Q为62,105,175,262和340L/min工况时的三级林用消防泵内部流场,建立了5种工况三级森林消防泵的整机流域模型,并根据模拟结果预测了泵的扬程。相比其他工况,处于流量Q=175L/min工况时的整机流场压力分布比较合理,叶轮流域、叶轮蜗壳耦合区域以及蜗壳流体区域的作用效果都比较好,流体流动比较稳定。此外,搭建了水泵性能测试系统,开展了5种流量工况条件下的水泵性能试验,将测试计算结果与模拟预测值进行了对比分析。结果显示,模拟预测的扬程与试验计算扬程基本吻合,表明运用FLUENT软件所建整机流域模型对三级林用消防泵的工作性能模拟预测是可行的。同时,在流量Q=175L/min时,其射程达到117.68m,满足便携式林用消防泵的设计要求,可以达到远距离灭火的目的。     

低温泵内空化流动特性数值研究

低温泵是天然气、液氢、液氧等低温介质产业链的核心动力装备,空化的发生严重制约着其运行的稳定性、可靠性和高效性。为了探究低温泵运行在空化状态下的内流特性,采用标准k-ε两方程湍流模型和Sauer-Schnerr空化模型对低温泵内空化流动进行了数值模拟。结果表明：临界空化发生时,叶轮叶片上开始出现空泡,导叶内涡核体积明显增加,整泵扬程下降3%。     

一种与直径分布型无关的预测林分直径累积分布的方法

本文推导出一组联系林分平均直径生长和直径累积分布生长之间的方程式。根据这些方程建立的全林分生长模型和径阶模型或与距离无关的单木模型之间的关系，可以指导由林分断面积总生长向单木直径生长的分配。采用这一组方程，根据二个不同时间点上算术平均直径和均方平均直径回收生长模型和枯损模型中的参数，保证林分水平预测的结果和径级水平或单木水平预测的结果相容。采用一个误差函数来刻化相同直径林木在生长过程中的分化，证明了忽略这项误差函数可能导致预测的直径分布范围小于实际的范围。因此，加上一个误差函数预测直径分布在一定程度上提高了直径分布预测的精度。最后一个实例说明计算过程。     

垂直U型管地下换热器模型比较

垂直U型管地下换热器性能的预测在地源热泵系统设计中是非常重要的,需要高效率和准确预报传热模型。在此提出了单孔地下换热器准确的一维瞬态数值模型,并给出了两个计算算法,使用任意随时间变化的负荷或输入入口温度,对预测U型管出口温度和土壤温度的两种算法,与一维数值模型进行了比较,在固定和可变负荷情况下分析模型对计算精度的影响,讨论了三个钻孔测试数据,验证数值模型的准确性。得出的初步结论是,一维数值模型相当准确,模拟全年时间约52 s,以60 s一步的时间和空间0.033～0.067 m增量离散格式是可取的。     

高速射流近中间区段流动特性大涡模拟

采用数值计算方法对高速自由圆湍射流的近中间区段流动特性进行了研究。结果表明:相较雷诺平均的湍流模型,利用大涡模拟可以准确捕捉射流结构形态及相应流场特征;不同强度涡在同种流动中可以表征相应的不同湍流信息;射流头部区形成的涡环随时间的发展变化规律对不同雷诺数有不同的响应:对于低雷诺数(Re≦8000)在发展过程中这些涡环基本稳定,而对高雷诺数(Re≥10000)会逐渐破碎成三维结构,并在气液交界面处出现典型的壁面边界层湍流结构特征。     

一种计算机模拟的针阔林木抗风性能分析

自然界中的强风常常对树木造成不可逆破坏,分析强风穿过时树林内部的气流情况有利于评估树木的抗风性,更好地理解如何减轻风的影响。以阔叶树和针叶树为原型,提取了二者叶团簇和枝干构造的特点,建立两种结构不同的树木模型,组合成树林模型,在3个不同叶面积密度下进行风力作用下的仿真模拟实验。分别使用改进的k-ε双方程模型和k-ω双方程模型以设置风环境,并且用龙格-库塔法分析求解湍流模型。k-ε双方程模型下,当叶面积密度分别为1,5和10 m²/m³时,阔叶林背风侧20 m处的最低风速与入口风速相比下降了49.60%,67.23%和80.40%,针叶林分别为55.13%,68.90%和78.29%。k-ω双方程模型展示了阔叶树林内部风场的复杂性。结果表明,叶面积密度与树林挡风能力之间是非线性关系,树林的挡风能力随叶面积密度的上升而增强,增强到一定程度后上升幅度减缓。不同的树木结构会导致风场的变化,影响同等强度风荷载下的受损概率和挡风能力。叶面积密度高、树冠体积大的树木更容易在强风中受到损害。     

基于Spark MLlib中决策树算法对阿尔及利亚森林火灾的预测研究

应用阿尔及利亚森林火灾数据，通过Spark MLlib中的决策树算法，提出过滤相关性高的特征参数提升模型性能，对森林火灾进行预测研究。对温度、风速、雨及加拿大森林火险气候指数（FWI）系统中主要指标等特征参数，结合森林火灾的分类情况，使用信息增益标准为Gini的二叉决策树，建立基于决策树的火灾预测模型，对样本数据进行分类预测；提出分析不同特征参数之间的相关性，剔除相关性高的特征参数，利用大数据计算框架Spark建立机器学习工作流，将计算相关性的皮尔森系数与决策树分类算法结合了起来，从而优化模型，提高预测分类精度。预测模型改进前，即未进行相关性分析的森林火灾预测分类总精度为94.94%；预测模型改进后，即进行相关性分析，剔除了相关性较高的特征参数数据，森林火灾预测分类总精度为97.17%，准确率提高了近3%。使用Spark MLlib中的机器学习算法在森林火灾预测分类方面准确率总体较高，尤其在将多种数据挖掘算法结合后，模型性能得到提高，预测分类精度更高。     

木质地采暖地板蓄热性能检测及反演方法

【目的】基于传热反问题研究方法,采用BP神经网络对地采暖地板蓄热性能进行反演计算,为地采暖地板蓄热性能分析提供理论和方法支撑。【方法】基于CFD软件构建检测腔体数值模型,模拟获取结构单一样本在不同初始温度(50～130℃范围内每间隔5℃设定一个模拟工况)下散热形成的温度场分布数据,并将初始温度为50、60、70、80、90、100、110、120和130℃的温度场分布数据作为神经网络模型的训练集,初始温度为55、65、75、85、95、105、115和125℃的温度场分布数据作为神经网络模型的测试集。【结果】经反复训练比较,获取较优的神经网络模型,其测试集的平均相对误差(MRE)=0.68%,最大相对误差(MAE)=19.51%,均方误差(MSE)=1.18%,拟合度(R~2)=0.98。基于该神经网络模型,选取白桦、水曲柳、西南桦、柞木4种典型实木地采暖地板样本进行蓄热性能反演计算,结果显示4种实木地采暖地板的蓄热性能表现为柞木西南桦水曲柳白桦。【结论】经训练的神经网络模型可有效预测不同地采暖地板的蓄热性能,基于BP神经网络反演地采暖地板蓄热性能的方法可行。     

H型垂直轴风力机数值模拟与风洞试验

以翼型为NACA0012的3叶片小型H型垂直轴风力机为研究对象,采用数值模拟和试验验证的研究方法,分析了不同安装角、不同旋转直径对于风力机气动性能的影响。应用Fluent软件求解三维非定常不可压N-S方程和RNGκ-ε湍流模型,使用Simple算法,采用滑动网格技术,对H型风力机的二维非定常流场特性进行了数值模拟研究,得出了风力机功率曲线图。分析可知当风力机处于低速状态转动时,主要影响因素是风轮直径。随着转速的增加,安装角对于风力机气动性能的影响越来越大,随着安装角的增加,风力机的功率出现先增加后减小的趋势。风洞试验表明,风轮直径在860mm,转速约300r/min,安装角4°,风力机的整体效率最高。数值模拟与风洞试验结果的变化趋势基本相同。     

木材干燥窑内部风速场的数值模拟研究

为构建木材干燥窑内部循环风速的运动模型,提出利用计算流体动力学软件Fluent,采用湍流Re-alizable模型,对风机给定的不同气流速度对干燥窑内气流分布的影响进行三维稳态数值模拟。结果显示：气流速度为3 m/s时与气流速度为2 m/s和4 m/s时相比,干燥窑内部速度分布均满足要求,且气流分布更为均匀。     

道路绿化型式对自然通风影响的计算流体力学仿真分析

通过建立通风环境计算体系,结合绿化植物多孔介质三维冠层结构的模型,利用计算流体力学CFD仿真软件模拟研究了不同绿化型式对道路自然通风效果的影响。在此基础上,对现场实际测试结果进行了拟合度检验分析。结果证明,乔、灌木绿化型式下的自然风速明显低于单纯乔木绿化型式,表明灌木层的存在直接导致了道路空气流通速度的明显下降。计算机模拟与实际观测的风速衰减率数值有着良好的拟合度,CFD仿真分析能较好地再现道路绿化实际自然通风状况。最后指出CFD仿真技术在预测生态绿化改善城市通风及热环境方面有着广阔前景。     

基于土壤三组分重构模型的导热系数研究

土壤导热系数是土壤温差发电系统设计和优化等研究过程中最基本的参数,其具体数值常受到多种因素的影响。本研究的目的是建立能够有效预测不同因素下土壤导热系数的模型。在结合土壤自身多孔介质特性和固液气三相组成的基础上,构建土壤三组分随机混合重构模型,提出一种根据土壤干密度和质量含水率来计算土壤有效导热系数的方法。同时利用Hot Disk热常数分析仪实际测量32个不同含水率、不同干密度土壤样本的导热系数,对新建立的导热系数预测模型进行了测试验证。结果表明,本文提出的导热系数预测结果平均误差为3.05%,最大误差为10.82%;利用预测模型与前人研究实验值进行对比,平均误差为10.31%,最大误差为19.26%。结果证明该模型能较好地预测土壤导热系数。结合预测模型研究了土壤导热系数的影响因素,得到导热系数与干密度和质量含水率呈明显的正相关关系;并发现土壤在冻结状态下,导热性能明显增强。