湍流模型在折流板换热器壳侧结构优化中的应用

研究不同湍流模型在换热器流场和传热计算中的适用性,分别采用Spalart-Allmaras湍流模型、标准k-ε湍流模型和可实现k-ε湍流模型计算换热器在不同入口速度下的出口温度、换热系数等参数.将3种湍流模型的CFD计算结果与Bell-Delaware理论计算值进行对比可知,Spalart-Allmaras湍流模型的换热器性能数值计算存在明显缺陷,可实现k-ε湍流模型的换热器CFD较其他两种湍流模型的更为适用.将适用性较好的可实现k-ε湍流模型进行CFD数值模拟,模拟结果表明挡切率为25%时换热器性能最佳.     

自然对流对螺旋管内湍流对流换热影响

采用控制容积有限元法对有自然对流影响的螺旋管内三维湍流对流换热问题进行了数值分析研究.螺旋管内湍流对流换热利用RNGκ-ε湍流模型进行模拟,近壁处湍流利用非平衡壁面函数法处理.数值迭代计算过程中,利用SIMPLEC算法求解速度与压力的耦合.数值计算详细揭示了螺旋管进口段内湍流混合对流换热的发展过程以及自然对流对传热努塞尔数的影响.     

稳态射流数值模拟中速度参量对传热的影响机制分析

对文献中多个槽缝冲击射流的经典实验结果进行数值模拟,考察RNG k-ε和Transition SST湍流模型的表现,主要分析射流出口中心线和展向、壁面射流区域的雷诺时均速度和湍流度分布,以及靶面换热效果与流场模拟结果之间的关系.模拟结果表明,与Transition SST湍流模型相比,RNG k-ε模型的结果表现出更强的湍流粘性,使得其中心线上速度衰减较快,该效果可能导致低估靶面上的冲击换热效果;而在冲击滞止区域,RNG k-ε湍流模型结果表现出过高的湍动能,该效果可能导致高估靶面上的冲击换热效果.因此,当射流雷诺数较小时,Transition SST模型所得滞止区换热系数要高于RNG k-ε模型的结果,反之亦然;而在壁面射流区域,RNG k-ε模型对于流场速度的模拟较好,但相应区域的传热模拟并没有表现出明显的优越性.     

缩放型喷嘴产生的空化射流流场数值模拟

应用Standard k-ε,RNG k-ε和Standard k-ω湍流模型对缩放型喷嘴内部湍流流场进行数值模拟,结合理论及质量流量测试试验对数值模拟结果进行对比验证.结果表明:RNG k-ε湍流模型最适合用于数值模拟缩放型喷嘴内部的湍流流场;RNG k-ε湍流模型数值模拟结果显示缩放型喷嘴收缩角使喷嘴喉管部产生了低压场,压差的产生使水射流的空化效果得到了提高.     

圆管弯道内部流动数值模拟及湍流模式比较研究

运用有限体积法数值离散雷诺平均的Navier-Stokes方程,对90°大曲率圆形截面弯管内的湍流流动进行了计算模拟(其中雷诺应力分别采用标准k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable k-ε模型进行封闭),并将计算结果与实验资料进行了比较.结果表明,RNG k-ε湍流模型结合双层壁面区域处理方法能够较为准确地模拟大曲率管道中的流动现象.     

纵掠管束湍流对流换热的数值实验及其关联式

对圆管内和纵掠管束的湍流对流换热分别运用k-ε模型和雷诺应力模型(RSM)进行了数值模拟.数值模拟结果表明,采用现有的管内湍流换热实验关联式近似计算纵掠管束对流换热的偏差较大.通过数值模拟研究了不同节距、不同雷诺数Re时纵掠管束的对流换热规律,给出了纵掠管束流动换热的努塞尔数Nu与Re的数值实验关联式.     

大曲率结构化表面湍流流场特性对比研究

湍流模型选择对于小尺寸大曲率圆管内软性磨粒流湍流流场模拟计算具有重要影响.针对此问题,提出使用标准k-ε模型与考虑两相磨粒流平均流动中的旋转及旋流流动情况的重整化群(RNG)k-ε模型进行仿真对比研究的方法.基于颗粒动力学理论的欧拉模型,对软性磨粒流的控制方程进行求解.通过使用两种湍流模型,对小尺寸大曲率圆管内湍流流动进行仿真计算,得到了两湍流模型下软性磨粒流流场的速度、压力、湍动能等数值模拟结果.仿真结果对比分析表明:标准k-ε模型模拟得到的速度值与实验值存在一定误差,而RNG k-ε模型仿真的速度值误差相对较小;标准k-ε模型对湍动能的估值计算比RNG k-ε湍流模型高,难以计算有滞止点的流动过程;RNG k-ε湍流模型能更有效地模拟有大曲率带分离的湍流流动,从而证明该模型更适合小尺寸大曲率圆管内软性磨粒流湍流流动的研究.     

房间内强自然对流的两方程模型模拟研究

强自然对流是火灾时的主要流态之一,利用标准火灾房间内的基准实验数据,比较了工程上常用的3种两方程k-ε模型在预测大功率热源引起的强自然对流时的效果,即Standard(标准)k-ε模型,RNG(重整化)k-ε模型和Realizable(可实现)k-ε模型.研究发现火灾房间内存在垂直方向的下低上高的温度分层,且加热量越大,垂直温度分层的梯度也越大.Standard k-ε模型计算得到的热源附件的湍流动能最大,湍流黏性也最大.总体而言,Realizable k-ε模型的模拟效果稍好于Standard k-ε和RNGk-ε模型.3种k-ε模型预测的温度场准确度比自然对流速度场要高.在房间的中央位置,水平方向的室外流入气流与浮升力气流相互作用导致流态复杂,两方程模型在模拟这一现象时效果不佳.     

不同湍流模型比较模拟撞击流

构造了计算撞击流流场分布的数值简化模型，并用有限容积法对间距为H的两个对置平板喷嘴间的湍流作用区域进行数值模拟研究．数值模拟采用了三种湍流模型：标准的k-ε模型、RNG k-ε模型（renormalization group k-ε model）以及雷诺应力模型．数值模拟数据的有效性通过将模拟结果与由对环境温度下两对置喷嘴之间的撞击流试验的结果比较得到证实．通过与实验数据的比较发现，由于考虑了平均流动中的旋转及旋流流动情况，RNG k-ε模型在撞击流区域获得的结果要好于用标准k-ε模型和雷诺应力模型获得的结果．     

醇烃聚结分离数值模拟中湍流模型的选择

针对目前醇烃分离的聚结板在数值模拟时湍流模型难以选择的问题,通过实验和数值模拟结合的方法,将聚结板流道上部沉积的油相厚度作为分析指标,对Standard k-ω、SST k-ω、Standard k-ε、Realizable k-ε、Realizable k-ε及RNG k-ε6种常用的湍流模型的模拟结果对比,发现Standard k-ω模型与实验值之间的相对误差最小,优于文献中常用的k-ε模型。     

湍流对气固两相流动中颗粒受力的影响

采用数值计算方法研究了流经静止球形颗粒的湍流流动。考察了不同湍流模型 (标准 k-ε模型、RNG k-ε模型和 Realizable k-ε模型 )对后台阶流动的计算结果的准确性 ,从中选取表现比较优越的 RNG k-ε模型对颗粒附近的湍流流动进行详尽的数值模拟。计算中湍流度取为 10 %～ 80 %之间 ,湍流尺度为 10 -5～ 4m。发现湍流尺度的变化对曳力系数的影响比较小 ,只是在小尺度条件下存在一定影响 ;而湍流度对颗粒曳力系数产生较大的增强作用 ,尤其在小颗粒Rep 条件下。得出的结论与以往文献不同 ,有待于更广泛的实验与理论方面的检验     

搅拌槽内三维流动场的RNG k-ε数值模拟

RNG k-ε模型在耗散率方程中通过系数C*1引入描述流场畸变效应的附加源项后,在一定程度上会改善对旋转流、浮力流等较复杂湍流的预报能力.本文应用该模型对六直叶涡轮搅拌桨的三维流动场进行了数值模拟,并将计算结果与实验数据进行了比较.计算结果表明:RNG k-ε模型对桨叶附近速度场的预报较k-ε模型有一定程度改善,但对湍流动能的预报却要比k-ε模型差.若要进一步改进对桨叶附近流动场的预报,必须放弃基于各向同性假设的湍流模型,转而采用能够反映各向异性的模型或采用先进的计算方法.     

基于RNG k-ε湍流模型钝体绕流的数值模拟

采用RNG k-ε湍流模型对钝体绕流流场进行了数值模拟．计算采用非交错网格的有限体积法求解二维不可压N-S方程．计算结果表明，RNG k-ε湍流模型可以成功地模拟绕钝体的不稳定、非定常和剧烈分离流动。     

分离涡模拟k-ε湍流模式及在火灾模拟中的应用

为了构造一种使用较少网格并能获得流动主要特性的湍流计算方法,根据分离涡模拟(detached-eddy simulation,DES)方法的一般性定义,发展了一种基于k-ε两方程湍流模式的DES方法.用该方法代替FDS软件中的亚格子应力模式构造的DES求解器被用来对湍流强迫对流问题和单室火灾问题进行数值模拟.计算结果与大涡模拟的结果和实验数据进行对比.强迫对流问题的计算结果与实验数据吻合得非常好,用较少的网格取得了比使用较多网格的大涡模拟方法更好的结果.用该方法预测的单室火灾问题的速度分布与实验结果非常接近,但是预测的温度分布则较差.这可能是由于该数值方法缺乏较好的湍流燃烧模型所致.     

采用不同湍流模型对半封闭狭缝湍流冲击射流的数值模拟

针对海洋石油工程中废弃平台切割技术的需要,采用充分发展的入口条件结合标准壁面函数,将标准k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable k-ε模型和雷诺应力模型应用于半封闭狭缝湍流冲击射流的数值模拟,采用减小网格尺寸和提高差分格式精度等措施来减小数值伪扩散对冲击射流流动的影响.结果表明:雷诺应力模型和Realizable k-ε湍流模型在湍流冲击射流的数值模拟中具有一定的优越性,Realizable k-ε模型的计算量较小;减小网格尺寸并不能降低数值黏性对计算结果的影响;提高差分格式的精度可以在一定程度上降低数值黏性对计算结果的影响,MUSCL格式并没有显著提高计算结果的精度.     

复杂结构气体燃烧器三维流场和燃烧状况数值模拟

以美国John Zink公司一种瓦斯燃烧器为几何原型，保持燃烧器和稳焰旋流器附近的三维复杂形状，生成了包括燃烧器和炉膛的结构化网格。以甲烷为燃料，采用标准的k-ε湍流模型、双3混合燃烧模型和蒙特卡洛辐射换热模型对燃烧器内的流动及燃烧状况进行了全尺寸数值模拟，计算了旋流器附近的复杂流场，预测了燃烧器流场、温度场以及各组分的分布状况。计算结果表明，标准的k-ε湍流模型、双δ混合燃烧模型和蒙特卡洛辐射换热模型能够用于计算复杂结构内的流动和燃烧过程。     

发汗冷却湍流换热过程的数值模拟

为了验证湍流二方程模型在数值模拟发汗冷却过程的适用性,在PHEONICS3.3软件平台上采用两层k-ε湍流模型对无发汗冷却和有发汗冷却时的矩形槽道内湍流流动和换热进行了数值模拟。计算结果表明:发汗冷却使得边界层显著增厚,壁面摩擦阻力因数大为减小;随着冷却气体流量的增加,壁面温度和局部对流换热系数都大大下降。在注入率为1%左右时,发汗冷却段的壁面温度相对值降到了20%左右,局部对流换热系数相对值降到了50%以下。所得到的计算结果与已有关系式符合得很好:注入率在2%以内时误差小于10%。     

三种湍流对Scramjet燃烧室冷态流场的数值模拟

为验证从超音速混合层中发展而来的修正可压缩性(包括膨胀可压缩性和结构可压缩性两部分)的k-ε湍流模型对复杂超音速流场的预测能力,对复杂的超音速燃烧冲压发动机(Scramjet)燃烧室冷态流场进行数值模拟.将修正k-ε模型、标准k-ε模型以及标准k-ω SST模型的计算结果与实验结果进行了对比.结果表明,修正k-ε模型能够较好地预测该复杂流场,对湍流动能的预测改进较大,优于k-ω SST的结果,与实验吻合得较好;壁面压力分布以及速度分布在激波附近修正明显,与实验结果更加吻合.     

水嘴内部的湍流数值模拟

水嘴内部流动复杂,研究内部湍流对其流动结构优化与湍流模型选择具有重要价值.文章选择k-ε模型、k-ω模型和RSM及它们的修正子模型等8种湍流模型对水嘴内流场进行数值模拟,试验所得出口流量与仿真所得出口流量对比,模拟结果与实验结果一致.对比分析所选区域的压强、湍流耗散率和进出口流量百分比,结果表明,压强会随着流道内部结构的改变而发生明显的变化,湍流耗散率在流体进入阀芯处和流体在阀芯顶部处的变化最为显著.通过对比进出口流量的百分比,在水嘴内部湍流模拟中,k-εstandard、RNG和k-ωstandard湍流模型的精度相较高,而k-ωBSL和SST湍流模型模拟的精度较低.     

超声速飞行底部排气弹三维湍流流场数值模拟

该文采用有限体积法数值离散雷诺时均Navier-Stokes方程,模拟了超声速飞行的圆柱体外部流场.其中两种湍流模式,即Spalart-Allmaras湍流模型和RNG k-ε湍流模型分别应用于该问题的求解.文中给出了数学模型和计算结果,并与实验数据进行了比较.结果表明:采用Spalart-Allmaras湍流模型能很好地描述高速运动体复杂的外部流场.利用上述模型对超声速飞行的底部排气弹三维流场进行数值研究,计算结果揭示了流场的物理现象和基本规律,以期对底部排气弹设计提供理论指导.