燃气轮机火焰筒肋化壁面逆流气膜冷却的数值模拟

针对燃气轮机火焰筒肋化壁面逆流气膜冷却的问题,建立了火焰筒内壁面冷却传热的流固耦合数学模型.考虑湍流切应力的传播,近壁利用k-ω模型的鲁棒性,捕捉黏性底层的流动.主流区域利用k-ε模型避免k-ω模型对入口湍流参数过于敏感的劣势.SST k-ω模型是用混合函数将k-ω模型和k-ε模型结合互补所取得的更适合本问题的湍流模型.数值分析结果清晰展示了计算域流体的流场、温度场及火焰筒肋化壁面的温度场分布,并与文献中的实验结果符合良好.     

基于COMSOL电解加工温度场仿真

电解加工电解液的温度分布影响加工精度,针对加工间隙中温度难以测量的问题,采用数值计算方法,用COMSOL对二维模型温度场进行仿真,对比不同边界条件下温度场分布,分析流速和加工电压对温度场的影响。结果显示:采用壁函数求解温度场的结果更精确,增加流速、减小电压能降低温升。     

钛合金方孔电解加工多物理场耦合研究

为进一步提高电解加工的质量和精度,以钛合金方孔电解加工为对象,充分考虑了电解加工中电场、流场和温度场的相互影响关系,建立了钛合金方孔电解加工多物理场耦合模型,通过数值计算得到了多物理场耦合电解加工电位、深度、流速、气泡率和温度梯度的分布,探讨了各物理量随加工时间的变化规律,并开展了钛合金方孔电解加工试验,研究了不同的电解液入口压力对加工质量的影响规律.试验结果表明:电解加工是电场、流场和温度场相互耦合的过程;相同条件下不同加工时间的方孔轮廓实测值与理论计算值吻合得较好;随着加工时间的递增,加工的深度和锥角在变大,加工区域的流速降低、气泡率增加和温度梯度增大.     

考虑流场特性的发动机叶片电解加工阴极设计及数值仿真

为了提高阴极设计的精度,本文在考虑流场特性的基础上,分析了气泡率、温度、压力以及流速等因素对电解加工的影响,建立了电解加工间隙的数学模型,完成了叶片叶盆电解加工的阴极设计,同时对加工间隙中电场强度的分布进行了仿真,并和根据单纯考虑电场作用的模型所设计的阴极进行了对比．结果表明,同时考虑流场和电场两因素时,间隙内的电场强度比单纯考虑电场因素时的电场强度大9％,其分布和叶片型面变化接近,说明考虑流场特性的阴极设计模型更能够真实的反映加工工件型面的变化,更加符合电解加工实际物理过程的本质,从而提高了阴极设计的精度,减少了阴极修正的次数．     

湍流模型和壁面函数对室内空气流动数值模拟的影响

以室内有隔板的低雷诺数空气流动模型的试验数据为依据,利用ANSYS Fluent软件,比较了4种湍流统计模型(标准k-ε模型、可实现k-ε模型、重整化群k-ε模型和SST k-ω模型)及4种壁面函数(标准壁面函数、可伸缩壁面函数、非平衡壁面函数和增强型壁面函数)对室内空气时均流场的预测能力.结果表明,重整化群k-ε模型的预测效果相对最佳,但4种湍流模型的预测能力差别不显著,预测值与试验值均吻合较好.对于中等疏密度网格,标准壁面函数对网格和流动的适应性最好,预测能力最佳,而其他3种壁面函数的处理能力一般.     

不同湍流模型数值模拟三维轴对称凸体分离流动的比较

采用基于非结构化网格的有限体积法对三维轴对称凸体分离流动进行了数值模拟.分别采用标准k-ε模型、可实现(Realizable)k-ε模型、低Re数k-ε模型、剪切应力输运(Shear Stress Transport,SST)k-ω模型和低Re数SST k-ω模型,进行了数值模拟和计算.给出了计算模型、流场网格以及计算结果,并与实验结果进行了对比,结果发现:低Re数k-ε模型模拟效果最佳,与实验结果最为接近.     

锥形渐扩管内逆压梯度紊流场的数值仿真

用DLR（近壁低雷诺数）型k-ε紊流模型.BFC（边界拟合曲线坐标变换）法,对总扩散角为8°,扩散度为4的锥形渐扩管内充分发展的不可压粘性紊流进行数值仿真,研究不同数值入流边界条件对计算结果的影响以及整个流场主要流动参数的分布特性。     

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.     

半封闭圆管冲击射流湍流换热数值模拟

采用标准κ-ε模型、RNGκ—ε模型结合壁面函数以及低雷诺数κ—ε模型，对半封闭圆管冲击射流流场的平均速度、湍动能分布和Nu数分布进行了数值计算，并将此3种模型的计算结果与文献中的测量结果进行了比较．结果表明：3种湍流模型都未能完全准确地预测冲击射流场的流动特性与传热特性，其中标准κ—ε模型和低雷诺数κ—ε模型的结果很差，而RNGκ—ε模型的结果与其它两种模型相比更接近实验值。     

湍流模型在NexGen燃烧器出口流场模拟中的应用

Nex Gen燃烧器是美国联邦航空管理局(federal aviation administration,FAA)指定用于开展防火试验的燃烧器。采用商用Ansys Fluent软件对NexGen燃烧器进行三维定常数值模拟,研究其出口流场,为防火试验试验方案的设计提供参考和指导。首先,分别利用冷态流场和燃烧反应的实验数据验证计算模型的有效性;其次,由于燃烧问题和NexGen燃烧器结构的复杂性,为寻求一种能够捕捉其流场变化特性的湍流模型,研究不同湍流模型对出口流场的影响。分别选用Standard k-ε模型、RNG k-ε模型和Realizable k-ε模型进行数值模拟。结果表明,采用不同湍流模型时,计算得到的速度场和温度场不同;而Realizable k-ε模型计算得到的燃烧器出口下游101.6 mm处校准面上的温度分布、七点平均温度和平均热流密度与实验值吻合较好,因此更适用于防火试验的模拟研究。     

固壁辐射对轿车热舒适性计算影响的分析

采用SIMPLE算法、k-ε紊流模型,考虑了自然对流换热的影响,应用整体求解法计算气固耦合传热问题;讨论了固体壁面间辐射对计算的影响,结果表明,固壁辐射对处于低流速区域的壁面温度有较大影响,不应忽略。进、回风口的布置不仅影响车室内气流速度和温度的具体数值大小,而且决定了整个流场和温度场的分布结构。     

齿轮箱浸油润滑流场及温度场仿真分析

为了研究浸油润滑齿轮箱的内部流场和温度场,采用RNG k-ε湍流模型、流体体积(VOF)模型和动网格模型,对齿轮箱内部流场进行动态数值模拟;应用多重参考系(MRF)模型对齿轮箱进行稳态温度场仿真,分析齿轮转速、浸油深度及滑油黏度等对齿轮温度场的影响。研究结果表明:运用动网格法可以较好地对齿轮箱中的油液分布、速度场和压力场进行仿真;MRF模型可以用于对齿轮箱稳态温度场进行分析,且齿轮转速、浸油深度和滑油黏度对齿轮啮合面的温度影响较大。     

低雷诺数模型模拟UV反应器湍流流场

依据低雷诺数k-ε模型,用CFD商业软件FLUENT,对UV消毒反应器进行数值模拟.UV消毒反应器结构的设计可以在很大程度上影响到饮用水的消毒水平,并且影响到了反应器的运行维护费用,因此优化反应器的结构设计十分重要.结果表明,运用低雷诺数k-ε模型模拟UV流场得到的结果能很好地符合实验得到的结果.因此,低雷诺数k-ε模型可以作为分析UV消毒反应器内的流场分布的可靠模型,该模型可以应用于分析不同结构的UV消毒反应器内的流动情况,帮助改善反应器的结构设计以达到改进消毒效果的目的.     

迷宫密封传热特性的数值研究

采用包含固体域和流体域的耦合传热数值求解方法,研究了典型燃气轮机迷宫密封的传热特性,并与实验值进行了对比.通过计算得到了2种间隙下13齿迷宫密封转子面和静子面附近的努力塞尔数Nu分布,计算值与实验值吻合良好.研究结果表明:在所考核的涡黏湍流模型中,由k-ω和SST湍流模型计算得到的Nu与实验值吻合良好,标准k-ε湍流模型和k-εRNG湍流模型计算得到的Nu比实验值约高70%;对于直通型光滑面迷宫密封,在静子面上,第1齿前区域的Nu沿轴向逐渐增大,齿后区域的Nu在某一值上下波动;在转子面上,腔室区域的Nu沿轴向逐渐增大,齿尖区域的Nu有较大突跳.静子面上Re对迷宫密封平均Nu的影响大于转子面;随Re的增加,静子和转子固体域的温度梯度逐渐增大,但Nu分布曲线的形状基本不变.     

绕翼型低雷诺数流动的数值仿真

层流转捩到湍流及翼型表面分离泡的产生是绕翼型低雷诺数流动的重要特征,对流场产生很大影响。针对这一流动现象,选取E387翼型为研究对象,采用求解雷诺平均N-S方程的有限体积法,结合当前应用较广泛的Spalart-Allmaras,SST k-ω,Realizable k-ε三种湍流模型,对雷诺数为300000时翼型绕流流场进行了数值模拟,并将结果与Selig等人的风洞实验数据进行对比,评估三种湍流模型对绕翼型低雷诺数流动的模拟能力。基于对翼型阻力计算不准原因的分析,提出了一种基于Michel转捩判据的数值模拟方法,分别从分离泡的模拟、壁面摩阻分布、翼型阻力系数等方面与实验数据进行对比,结果表明该方法可以较好的模拟低雷诺翼型绕流流场。     

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.     

不同湍流模型下偏导射流伺服阀 前置级流场特性仿真

利用常用的k-ε湍流模型对偏导射流阀前置级流场进行数值模拟,探讨不同湍流模型对偏导射流伺服阀流场信息的影响.在相同初始条件下,对偏导射流阀前置级流场进行两相流二维数值计算,获得不同湍流模型下,压力、速度场信息及气穴分布特点.针对两接收腔压力仿真值比实测值要小的情况,主要是由于将流场边界层流动视为高雷诺数流动与实际情况不符造成,引入低雷诺数模型对边界层进行处理.在此模型的基础上继续深入研究单向流和两相流模型及不同背压和湍流强度对流场特性的影响.仿真结果表明:接收腔压力提高并与实测值相一致.采用两相流模型获得的结果更为真实,并且提高背压和增大湍流强度都会使两接收腔压力升高,对空化现象有一定的抑制作用.     

复杂非对称岔管数值模拟中湍流模型的影响

该文旨在探究湍流模型对复杂非对称岔管水力特性仿真的结果准确度和计算时间成本的影响。基于Reynolds时均Navier-Stokes(RANS)方程,利用剪切应力传输k-ω(SSTk-ω)、标准k-ε(Sk-ε)、可实现k-ε(Rk-ε)、重整化群k-ε(RNGk-ε)和Reynolds应力模型(RSM)共5种不同湍流模型解决方程封闭性问题,深入对比分析基于各湍流模型模拟的流速场、紊动能场、水头损失和时间成本的差异。将计算结果与物理模型试验结果进行比较,发现基于各湍流模型的计算值与试验值偏差和计算效率均随着水流条件的不同而变化。总体而言,基于SSTk-ω的模型计算效率较高,基于RSM的结果与试验值偏差较小。SST k-ω和RSM适合应用于求解类似复杂岔管的水力特性问题,可根据所具备的计算资源和对结果准确度要求在二者中选择。而RNGk-ε、Sk-ε和Rk-ε模型均不能较准确模拟岔管分流、汇流形态及引起的水头损失。     

铜闪速炉数值仿真

利用欧拉法求解气相方程,利用拉格朗日法求解颗粒相方程,并用PSIC法耦合气固两相方程．通过仿真得到反应塔内部的流场、温度场、浓度场、燃烧释热场以及颗粒的轨迹与温度．可视化结果表明闪速炉内部流场存在2个大涡;闪速炉内部温度除喷嘴下部外,基本分布均匀;反应塔中含硫铜精矿在反应塔上部2m处就基本反应完全,在距离精矿喷嘴不到5m处,所有颗粒达到峰值温度;反应塔内部温度场、浓度场、流场以及颗粒的轨迹表明反应塔内部的各种场并非轴对称,不能将反应塔简化为二维轴对称来处理;仿真结果和现场试验结果相符,温度校验点的相对误差小于2%．     

高雷诺数下二维翼型绕流气动特性数值分析

采用不同湍流模型,对NACA0012翼型,在不同迎角和不同高马赫数下的绕流流场进行数值模拟;通过与风洞实验对比,评估了S-A模型,Realizable k-ε模型和k-ωSST模型对高雷诺数绕流流场数值模拟的准确性;并运用Realizable k-ε模型精确模拟并分析了二维翼型绕流流场的跨音速特性,为理论分析及工程设计提供参考。