绕水翼加速流空化特性数值模拟

为了解翼型加速流动过程中空化特性,采用分离涡湍流模型(Detached eddy simulation,DES)和均相流空化模型对攻角为5.8°的NACA66(mod)水翼进行数值模拟,分析了空化数为0.99、对应雷诺数为8×105时绕二维水翼的非定常流动。通过模拟2种不同加速度(5 m/s2和2.5 m/s2)情况下空化演变过程和流场结构变化特征,得出了加速过程特有的变化规律:不同加速流下空泡都先在翼型的前缘产生,经过一段时间发展壮大,在翼型尾翼处分离,前缘处空泡减少,尾翼处空泡增加并向后衍生,直至破裂。空化产生于总加速时间的0.6倍左右,在总加速时间的1.12倍左右结束第一个周期。加速度越小,升力系数振荡范围越小,阻力系数振荡范围越大,空化发展过程越缓慢。     

水泵站底坎二维绕流湍流数值模拟

采用基于RNG方法的湍流模型对水泵站底坎绕流流场进行了数值模拟．在笛卡尔坐标系下，采用交错网格的有限体积法求解二维不可压Navier-Stokes方程，计算结果与试验数据以及与采用标准的K-ε两方程湍流模型计算的结果进行比较，结果表明基于RNG方法的湍流模型对于有强漩滚回流的尾流的详细结构，能够给出真实的模拟．     

湍流模型在双吸离心泵数值模拟中的适用性分析

以双吸离心泵为研究对象,在Fluent软件中采用标准k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable k-ε模型和雷诺应力模型4种湍流模型在相同网格条件下进行三维、稳态数值模拟,计算其在不同工况下的扬程及水力效率;然后以RNG k-ε模型计算结果作为初值,用大涡模拟方法进行三维、非稳态数值模拟,计算叶轮旋转一周的平均扬程及平均水力效率,与真机数据进行对比分析。计算结果表明：Fluent软件在稳态计算的情况下,所采用4种模型均能够对双吸离心泵进行稳态数值模拟,且模拟的精度有差别,但总体与模型试验结果误差较大。使用稳态计算结果作为初值,用大涡模拟方法进行非稳态数值模拟可以得到更为精确的结果,但大大增加了计算工作量。     

湍流模型的发展及其在内燃机CFD中的应用

从FLUENT软件出发,着重论述了湍流模型的理论和发展,论述了不同模型的适用范围和缺陷,有助于针对不同内燃机的流动过程选择恰当的模型,同时对计算结果作出合理分析。     

荷电流体k-ε双方程湍流模型的建立

由于电场和流场的脉动耦合，荷电流体的湍流运动十分复杂。在建立瞬态荷电流体微分方程的基础上，采用周培源的湍流模式理论，推导了荷电流体的单相k-ε模型方程，该模型方程考虑了电场和流场湍流脉动的耦合作用，为建立荷电颗粒拟流体的多相湍流模型奠定了基础。     

基于PANS模型的湍流Taylor-Couette流及其换热特性

以同轴圆筒环隙内流体为研究对象,通过多种湍流模型计算结果与PIV测试结果的对比分析,建立了基于局部时均化模型(PANS)的环隙内湍流流场的数值模拟方法,在此基础上重点研究了沟槽模型内湍流流场分布与换热特性,获得不同旋转雷诺数、内外壁面温度梯度对流场分布及其换热性能的影响规律,同时研究了沟槽内涡流的形成机理及沟槽区域流体速度、剪切力及热流密度分布.结果表明:当流场转捩为湍流Taylor-Couette流时,泰勒涡沿轴向呈现无规则波动运动,并且泰勒涡轴向尺寸随雷诺数及内外壁面温度梯度增加而增加,径向速度与内壁面热流密度沿轴向的变化趋势表明:径向速度引起的射流作用对内外壁面间热量交换有直接影响;环隙内流体经过沟槽区域时撞击沟槽壁面,在惯性力、黏性力及壁面剪切力相互影响下形成涡流;沟槽区域的速度与壁面剪切力的变化呈现一致性,热流密度的变化与之相反.     

模拟翼型热敏介质空化流的湍流模型修正与应用

为了研究湍流模型对热敏介质空化流数值模拟精度的影响,结合滤波器模型(Filter-based model,FBM)和密度修正模型(Density-corrected model,DCM),基于局部网格尺度和气液两相混合密度,修正了3种湍流模型(k-ε、RNG kε和SST k-ω)的湍流粘度,并分别采用原始湍流模型和修正湍流模型,以不同温度的水为介质,对NACA0015翼型进行了单相和气液两相数值模拟。通过与实验数据比较,验证了数值模拟结果的准确性。研究结果表明,修正的kε模型消除了湍流尺度的影响,通过修正的RNG kε模型计算得到的空泡发展规律与实验结果一致。修正后的RNG kε模型揭示了空化与温度变化的规律,反映出较好的修正效果,可为低温热敏介质空化流数值模拟提供理论参考。     

椭圆柱绕流摆动流固耦合的数值模拟

为了分析不同影响因素对椭圆柱绕流摆动规律的影响,采用计算流体动力学——刚体动力学耦合模型进行椭圆柱绕固定轴摆动的双向流固耦合数值模拟.通过求解二维非定常不可压缩黏性流体N-S方程和SST k-ω湍流模型控制方程,研究不同长短轴比(0.6, 0.8, 1.0),不同偏心距离比(0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8)和不同雷诺数(3 900, 5 000, 10 000)的椭圆柱绕流的流动特征,分析了不同工况下椭圆柱绕流的运动和流动规律.结果表明,椭圆柱的摆动角度θ随着长短轴比和雷诺数的增大而增大,随着偏心距离比的增大先增大后减小;椭圆柱的摆动频率和雷诺数呈良好的线性递增关系,但长短轴比和偏心距离比对椭圆柱的摆动频率影响不明显.分析了椭圆柱绕流的尾流演变以及瞬时压力系数的变化,揭示了椭圆柱绕流摆动的机理,为利用椭圆柱开发海洋海流能和低水头水能资源提供了依据.     

三角绕流滴灌灌水器的数值模拟研究

应用FLUENT软件对三角绕流灌水器流道内部流动及水力性能进行数值分析,研究此类灌水器的湍流特性,揭示其内部湍流流动机理,为此类滴灌灌水器设计提供理论依据、方法与手段。数值计算结果显示,5 m工作水头下灌水器的流量为2.444 L/h,流道的流态指数为0.514。研究表明:三角绕流流道过流断面大,水流紊动强烈,具有较强的消能效果和抗堵性,适合构建性能良好的新型滴灌灌水器。     

基于超大涡模拟的翼端间隙流湍流特性与损失机理分析

为探明不同翼端间隙条件下水翼端部间隙区湍流特征及间隙湍流损失机理,以NACA0009型钝尾缘水翼为研究对象,采用基于SST k-ω湍流模型的超大涡模拟方法,分析了间隙宽度τ（分别为0.1c和0.02c）和翼端倒圆半径r（分别为0,0.5%c和1%c）对间隙区涡系结构、湍流雷诺应力、湍动能和湍流损失的影响。结果表明,不同间隙条件下,间隙流动的雷诺应力分布与间隙涡系分布趋于一致,以法向正应力〈v′v′〉和展向正应力〈w′w′〉为主。大间隙下（τ=0.1c）,湍动能和雷诺应力主要分布在间隙分离涡区域,速度梯度〈v〉/z和雷诺应力〈w′w′〉主导间隙分离涡区域的湍动能生成,随翼端倒圆半径增加,间隙湍流损失因间隙区雷诺应力的显著减小而降低;小间隙下（τ=0.02c）,间隙端壁边界层在间隙泄漏涡的强卷吸作用下形成诱导涡,间隙区湍流损失主要产生于间隙泄漏涡和诱导涡区域内,随翼端倒圆半径增大而增大,其原因是主导诱导涡湍动能生成的雷诺应力〈v′v′〉与速度梯度〈v〉/y和主导间隙泄漏涡湍动能生成的〈v′w′〉与(〈v〉/z+〈w〉/y)均随翼端倒圆半径增加而增大。     

喷油器内部瞬态流动三维数值模拟研究

喷油器的内部流动以及后续的喷雾特性直接影响了柴油机的排放和经济性能,对喷油嘴的内部流动进行三维瞬态数值模拟分析就显得更为重要。利用计算流体力学软件STAR-CD建立三维动态计算网格并进行模拟分析,得到了喷嘴内部的压力分布和喷孔出口的瞬时速度变化等规律。计算结果可为缸内喷雾研究提供更真实的边界条件,以及对喷嘴结构参数的优化设计具有指导意义。     

低雷诺数工况下锯齿型翅片性能的参数化研究

基于田口方法,结合均匀设计法对低雷诺数工况下错列锯齿型翅片进行三维参数化数值研究。以单层翅片组件为测试对象,对6种试件的试验表明,仿真结果与试验数据的趋势吻合良好,而存在差异的主要原因是试件加工工艺引起翅片表面存在毛刺。按照均匀设计法得到6因子5水平的11种仿真方案,引入田口方法的信噪比和贡献率,研究各几何参数对翅片性能的影响程度,依次为齿距、齿高、齿型角、错齿距、齿开窗宽度和齿厚。根据各水平下各可控因子的信噪比分布得到翅片的优化模型,并通过仿真验证了优化模型的有效性。     

雷诺数对淹没冲击射流流场影响的数值预测

采用标准κ-ε模型和壁面函数法,对淹没条件下清洗液射流冲击平板的半封闭流场进行了数值模拟,将3种不同雷诺数的冲击射流流场的计算结果与激光多普勒测速仪的测量结果进行比较,评价了标准κ-ε模型的预测性能,初步探讨了入口条件对计算结果的影响。计算结果表明,在冲击射流靠近冲击板的下游区存在环形回流区,环形回流中心位置随雷诺数Re的变化而有规律性地移动,与试验结论相一致。     

果园风送喷雾机出风口风场CFD建模与试验

塔式果园风送喷雾机是目前普遍使用的果园喷雾机,塔式结构易产生旋转和不规则的垂直气流,导致喷雾机出风口两侧风场分布不对称,且分布规律不易预测。为探究适用塔式果园风送喷雾机出风口风场建模方法,本研究基于喷雾机出风口风场计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）建模方法,提出了用户定义函数（User-Defined Function,UDF）分段式三维风速入口边界条件设置方法,并研究了湍流模型和计算域尺寸对喷雾机CFD风场模拟结果的影响特性。采用Fluent软件,建立了三种CFD模型：模型一以11个区域的平均风速作为边界条件;模型二采用UDF分段式三维风速入口作为边界条件;为进一步研究计算域尺寸对风场模拟的影响,建立了小计算域尺寸的模型三。三种模型均采用基于雷诺时均控制（Reynolds-Averaged Navier-Stokes,RANS）方程的k-\epsilon湍流模型和k-\omega湍流模型进行风场计算。为了验证模型的可靠性,设计了空间风场立体测量系统,实现了精确快速空间风速测量。验证结果表明,Standard k-\epsilon、Realizable k-\epsilon、BSL k-\omega和SST k-\omega湍流模型较适合风场CFD建模,其中Standard\text{?}k-\epsilon湍流模型运算结果最优,模型决定系数R²为0.81。基于UDF分段式三维风速入口边界条件设置方法不仅提高了仿真结果的准确性（提高了5%）,而且降低了计算的复杂性。在其他参数设置相同的情况下,大尺寸计算域模型的性能略优于小尺寸计算域。实际建模过程中建议根据计算机计算能力、仿真的实际要求设置合适的计算域尺寸。本研究结果可为喷雾机出风口风场CFD建模方法提供参考。     

高雷诺数对无量纲参数的影响

研究了高雷诺数对气体滚流强度和流量系数的影响。试验表明,气门升程和气道压差小时,难以形成充分发展的湍流,随着气门升程的增大,无量纲滚流强度和流量系数呈上升趋势,并且波动较大;充分发展时,可压缩气体的滚流强度和流量系数恒定不变,不可压缩气体的滚流强度比真实值偏大,而流量系数比真实值偏小,误差大小只与压力比有关,并随着压力比的增大而增大。