不同湍流模型对库区水温分布模拟的影响

【目的】探讨不同湍流模型对库区水温分布模拟的差异,为大型深水水库水温的准确模拟提供科学依据。【方法】以黄河上游李家峡水库为例,分别选取Smagorinsky、标准k-ε、混合k-ε等3种湍流模型,模拟预测李家峡水库升温期和高温期库区水温的分布,利用实测的水温资料,对比分析3种湍流模型水温模拟的精度,总结3种湍流模型模拟库区水温的分布规律。【结果】Smagorinsky模型、混合k-ε模型模拟的坝前垂向水温与实测水温吻合程度较高,标准k-ε模型的模拟结果与实测水温有一定差异;3种湍流模型模拟的发电引水口水温均高于实测水温,混合k-ε湍流模型模拟的5月水温与实测水温的最大误差为5.2%,Smagorinsky模型、标准k-ε模型模拟该月水温的相应误差为11.1%和8.2%,以混合k-ε湍流模型的误差最小、精度最高;升温期3种模型模拟的纵垂向水温均呈混合状态分布,高温期均呈弱分层状态分布,其中混合k-ε模型模拟水温在水下20m以内出现较为明显的温跃层,与实测水温更为接近。【结论】针对大型深水水库的水温模拟,宜采用混合k-ε湍流模型,其模拟精度高、水温分布更接近实测。     

不同湍流模型在螺旋桨水动力性能预报中的分析与比较

利用CFD计算软件fluent,采用标准k-ε、RNG k-ε、SST k-ω、RSM 4种湍流模型,对螺旋桨DTRC4119的水动力性能进行计算,并与试验数据进行比较。计算结果表明：利用Fluent软件求解螺旋桨水动力性能的精度以及对其周围流场特征的模拟基本可以满足工程上的需求。     

转子式机油泵内流场CFD分析及实验研究

采用CAE软件对转子式机油泵内流场进行了几何建模.对模型应用非结构化网格生成技术划分网格并进行了有限元前处理.在采用k-ω湍流模型的基础上,考虑了卸荷槽的影响,应用计算流体力学软件模拟稳定工况下机油泵出口部分的三维湍流流动.得到了详尽的分析结果,包括压力等高线云图、速度矢量等高线云图等.分析并证明了卸荷槽具有缓解压力负荷的作用.完成了对机油泵的台架实验,将数值模拟得到的机油泵性能特性曲线与实验特性曲线进行比较,发现仿真结果与实验结果基本吻合.证明仿真模拟结果能够反映机油泵的流动性能和特殊流动现象;利用数值仿真可以得到具有参考意义的机油泵流量特性曲线,为机油泵开发提供了新的研究方法和技术支持.     

基于两种湍流模型的桥梁颤振导数识别研究及比较

分析了标准k-ε模型和SST(ShearStress Transports) k-ω模型的模型特征和相关使用要求，并以它们为例数值识别了某大跨度桥梁断面的颤振导数.研究结果表明，基于合理的计算域和网格划分，这两种湍流模型均能较准确地识别桥梁断面的大部分颤振导数，但个别颤振导数识别上存在趋势性的差别，SST kω模型在识别桥梁颤振导数上优越于标准k-ε模型.本文研究为合理选择湍流模型进行颤振导数识别提供了参考.     

双层搅拌桨厌氧反应器流场的数值模拟

文章对双层搅拌桨厌氧反应器流场进行了数值模拟,计算采用多重参考系法和标准k-ε湍流方程。模拟结果表明,流体在反应器内形成了循环流动,在整个反应器内的湍流特性比较均匀。     

圆柱型灌水器迷宫式流道内部流体流动的CFD模拟精度研究

针对CFD方法模拟时参数选择对圆柱型灌水器迷宫式流道内部流动的模拟精度有较大影响的问题,采用正交试验的方法,对网格单元尺寸(0.20、0.15、0.10、0.07mm)、湍流模型(Reynolds应力方程模型、标准k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable k-ε模型)、近壁面处理函数(Standard壁面函数、Non-Equilibrium壁面函数、Enhanced壁面函数、Scalable壁面函数)进行3因素4水平正交试验,对比各试验条件下CFD模拟值与实测值的偏差量,选择精度较高的模拟方法,并在此模拟基础上对迷宫流道进行了优化。结果表明:网格大小为0.07mm,湍流模型为Reynolds应力方程模型,近壁面采用Scalable壁面函数时模拟精度最高。     

斜板式气液分离器流场的数值模拟

基于计算流体动力学(CFD)方法,应用ANSYS-CFX软件,分别应用标准k-ε模型和RNGk-ε模型,对斜板式气液分离器内部流场进行数值模拟计算,得到了在两种湍流模型下的分离器内部流场速度矢量分布规律、气体体积分数分布规律以及流体轨迹规律。对比两种湍流模型的分析结果表明:在流体流动快速畸变时,RNGk-ε模型的ε方程中增加的附加生成项会迅速增大,由此改善了对旋转流、浮力流等较复杂湍流的预报能力;与标准k-ε模型相对比,RNGk-ε模型更能合理地模拟斜板式气液分离器的内部流场分布。     

现代化温室自然通风时湿热环境CFD模拟研究

选取现代化温室室内区域和室外区域作为CFD模拟的计算域,建立温室同等大小的三维模拟,采用标准k-ε湍流模型,选择合适的辐射模型,番茄作物区采用多孔介质模型,对温室内部湿热环境进行了数值模拟.对模拟结果与试验测试结果进行对比,温室内部空气温度的模拟值与实测值的绝对误差为0.2～2.2℃,平均误差为0.91℃,平均相对误差为3.1%,最大相对误差为7.7%.温室内部空气相对湿度的模拟值与实测值的平均相对误差为6.4%,最大相对误差为16.6%,数值模拟结果与试验测试结果吻合较好.     

溢洪道进水口漩涡流动的数值模拟及体型优化研究

采用Realizable k-ε湍流模型、VOF法界面跟踪技术及非结构网格区域离散处理,对济南市卧虎山水库的溢洪道进水口进行了三维数值模拟,并以改善原设计方案溢洪道进水口出现的左岸回流、右岸漩涡等不良流态及提高流速分布均匀度为目标,对其进行了体型优化研究。其结果表明,数值模拟值与物理模型的试验值相吻合,此方法有效可行。进水口体型优化后,提高了溢洪道的泄流能力和流速分布均匀度,消除了右岸的漩涡及左岸的回流,研究成果也为其他类似的水工建筑物的进水口问题提供了参考。     

对称翼型导叶的轴流泵数值模拟

针对农业灌溉中对轴流泵性能的要求,为了更深入的研究该轴流泵的性能特性,研究了NACA0006对称翼型导叶的轴流泵性能,利用计算流体动力学软件Fluent,采用RNG k-ε湍流模型和SIMPLEC算法对该轴流泵进行数值模拟。通过对其进行数值计算和对比分析表明,设计工况下的数据值不仅与Fluent软件模拟的数据值相对误差为1.9%,并且应用Fluent软件模拟计算得到泵的性能曲线与性能实验的结果吻合较好,证明了在轴流泵导叶设计中,NACA0006翼型不仅结构简单、适用性良好,而且取得了更高的效率。     

混流式水轮机蜗壳·导叶及转轮内部水流的二维与三维数值模拟比较分析

基于N-S方程和标准k-ε紊流模型,采用CFD计算流体力学软件对HLA616-WJ-55混流式水轮机原型机的蜗壳、导叶及转轮内部水流进行二维定常数值模拟,并与同型式水轮机的蜗壳、导叶及转轮内部流动三维数值模拟结果进行比较分析。结果表明,二维与三维蜗壳内部流动的规律基本一致,压力分布和速度分布比较均匀,流动状况较为理想。二维CFD分析能较全面地预测水轮机蜗壳、导叶及转轮内部流场的结构,数值模拟结果对水轮机选型和优化设计均具有重要的指导意义。     

离心泵不同流量工况下的流场模拟对比分析

离心泵是国民经济各部门必不可少的机械设备,其内部流场的流动极为复杂,因此需用高效的数值模拟方法对其进行研究,从而指导实际应用,为泵的改良设计提供可靠依据.现利用商用CFD软件Fluent对IS140-125-400型蜗壳式离心泵进行整机的流场模拟,在动参考系坐标下,用有限体积法对雷诺时均N-S方程进行离散,选用标准的r...     

基于OpenFOAM的化工泵全流场数值模拟及性能预测

为了验证开源软件OpenFOAM在化工泵数值计算中的准确性,以OpenFOAM5.0为平台,在0.3 Qd^1.4 Qd(Qd为设计工况流量)的工况范围内对IH型化工离心泵进行稳态和瞬态全流场数值计算。流动控制方程选取标准k-ε湍流模型,稳态和瞬态计算分别采用simpleFoam和pimpleDyMFoam求解器。通过后处理软件ParaView显示计算得到的泵内流速、压力及流线分布,分析泵内旋涡与流动损失的关系,预测计算泵的扬程、输入功率及效率等外特性参数。在同样的计算模型、网格及边界条件下,将开源软件OpenFOAM和商用CFD软件预测计算的泵性能参数与实测结果进行对比,结果表明:OpenFOAM在化工泵性能预测方面有较高的精度。     

灌水器流道结构对水力性能影响的数值分析

采用计算软件Fluent,通过将壁面粗糙元抽象为多孔介质的微尺度效应处理方法进行建模,选用realizable k-ε模型,对3种齿形流道的灌水器内流进行数值研究。利用Micro-PIV试验测量结果验证了该模拟方法的可靠性,在多种流动条件下对3种齿形结构灌水器进行数值计算,并进行抗堵性能和水力性能分析。抗堵性分析表明,3种齿形流道在转角内侧都存在回流区,由于其侧均为高速主流而使颗粒沉积缓慢;尖角齿形流道的尖角部位,大部分区域由于具有一定的紊流强度也不易沉积杂质,只有其齿尖和平角齿形流道的左顶角部位易产生颗粒沉积。在水力性能分析中,通过对压力降和流态指数的比较表明,尖角齿形的灌水器在控制和稳定出流方面具有优势。     

曝气池内气液两相流CFD模拟

对曝气池反应器内的气液两相流动进行了三维瞬态数值模拟,模拟采取了双流体模型,液相湍流采用标准k-ε方程,两相间的动量传递只考虑曳力作用。模拟获得了曝气池内的液速及不同径向位置的轴向液速分布、气含率分布等,结果表明,气泡刚开始以直线垂直上升,过一段时间后,气泡的运动开始偏离轴中心,气泡群开始发生了摆动;随着气体速度增大,气含率分布变宽,气含率增大,液体循环液速也在增大,气液之间混合越充分,曝气效果越好。     

单鳃片分离鳃固液两相流流场三维数值模拟

利用RNG k-ε两方程紊流模型和简化的多相流Mixture模型,对单鳃片垂向异重流式分离鳃固液两相流场进行了三维数值模拟。结果表明,装置内存在水沙绕鳃片形成的横向异重流和水沙绕容器边璧运动的垂向异重流现象。鳃片上下两侧各存在一个顺时针涡旋,两侧通道与鳃片上、下表面流速较大,其余区域流速很小。三维模型能较好地反应水沙混合物的运动,模拟结果与实际吻合较好。     

谷物气流清选系统的仿真研究

为研究微型谷物联合收割机清选系统的旋风清选筒内流场的运动状况,借助FLUENT软件,采用RNG k-ε模型模拟,基于SMPLEC算法,对切线入口的旋风分离筒内的压力场和速度场进行三维数值模拟研究.通过数值模拟得到旋风分离筒内部压力场基本呈轴对称分布;清选筒内速度分为旋流和竖直流动,其分界面大致为吸杂管壁面向下的延长线.采用拉格朗日离散相模型对清选筒内谷物脱出物的运动轨迹进行追踪,得到在吸杂口的气压为-900～-600 Pa时清选筒内具有较好的分离效果.     

基于不同风场的台风浪数值模拟

为了检验FVCOM海洋模式模拟台风浪的效果,分别以CCMP风场和WRF模式模拟风场构建驱动台风浪的海面风场模型,基于FVCOM海洋模式,以2010年的"凡比亚"台风为例进行台风浪数值模拟,并用站点浮标资料进行了模拟结果检验。结果表明,FVCOM海洋模式模拟的水位、有效波高结果与实际观测结果的整体误差较小,模拟效果较好;受到风场与地形的影响,最大增水与减水的区域分别位于台风中心的左侧沿岸和右侧沿岸;风场与表面流场的模拟结果也符合台风过程中的风生流分布特征,即风场与表面流场方向、大小存在一致性。此外,对比分析2种不同海面风场模型下的台风浪模拟结果发现,二者均能较好地模拟此次台风过程,但存在一定的差异,增加WRF模式模拟风场作为强迫驱动风场模拟的有效波高更接近观测值。     

排沙漏斗三维流场的数值模拟

在对排沙漏斗的计算区域作了特殊处理后,选用适当的边界条件,采用VOF方法追踪自由水面,结合RNG双方程湍流模型,对排沙漏斗内三维两相流场作了数值模拟,给出了水面线、静压、速度等参数的分布。将数值计算得到的流速分布与试验实测结果进行了对比,两者吻合较好。计算结果对研究排沙漏斗的流场特性和输沙机理以及优化排沙漏斗设计具有一定的指导意义。     

谷物颗粒物料等效介电特性的数值模拟#br#

农业物料的电磁效应基础研究在农产品微波辅助应用及器件设计中具有较好的应用价值。针对堆积型谷物颗粒物料提出了集离散元法、有限元法和平均能量法为一体的等效介电特性模拟仿真模型和数值计算方法，采用数值计算和实验测量方法验证了模型的有效性和准确性。结果表明：真实稻谷和模拟稻谷的堆积角误差为0.45%。在谷物颗粒的介电常数(2.0~10.0)、介电损耗因子(0.1~0.9)、微波频率（2.0~11.7 GHz）、湿基含水率(2.0%～19.7%)和体积分数(18.2%～88.0%)计算条件下，采用模拟模型得到的谷物物料等效介电特性的数值结果与实验测量值的最大误差小于5.0%。上述结果可为谷物类农产品的微波加工和非破坏性检测提供依据，为其他不同种类农业散粒体的介电特性模拟研究提供参考。