不同流体流动模型对型腔充填过程数值模拟结果的影响

在ＰＨＯＥＮＩＣＳ软件的基础上开发了充填过程模拟软件,可用ｖａｎＬｅｅｒ格式求解守衡标量方程而获得充填过程中的自由表面．用层流假设、标准的Ｋε紊流模型和代数应力模型分别对充填过程进行数值模拟,研究了不同流动模型对充填过程模拟结果的影响．结果表明：层流假设、Ｋε紊流模型和代数应力模型对充填过程都有其适用的范围,可对不同的情况选择其一．     

热分层湍流计算机模拟的数学模型研究

以湍流标准k－ε模型为基础,综合考虑代数应力模型（ASM）及湍流热流输运方程,建立了热分层流动的热浮力湍流修正数学模型。理论及在液纳空腔内的热分层湍流计算机模拟中的应用表明,该模型在一程度上反映了由于流动过程中温度不均而导致的各向异性特征,并为解决热分层流中温度随时间变化的计算机模拟难题提供了一个较为简单、稳定的模型。     

Reynolds应力模型在热分层流场中的应用及优化

对Reynolds应力模型(RSM)在数值模拟热分层流场方面进行了优化,即在Reynolds应力方程和湍动能耗散方程的基础上加入标量通量方程和温度扰动方程,使原来的7方程成为了11方程。优化后的模型可以通过精确计算湍流通量输运方程来求解加热湍流中重要的热浮力项。采用7方程RSM、11方程RSM,并用k-ε湍流模型作为参考,对平板间非稳定热分层流动和模拟池式快堆堆心上方的腔室内受迫对流和热分层之间的混合流动进行数值模拟和比较分析,并将计算结果与现有实验数据相比较。结论是:优化后的11方程RSM比其他的湍流模型更适合于计算各向异性的热分层流动。     

两相端浮力分层流k—ε模型

将研究精细的两相湍浮力分层流预报模型作为目标,广泛地涉及了两相湍浮力分层流精细模拟了的理论和方法,以通用的ｋ－ε湍流模型为基础,考虑了浮力对紊动的影响,建立了两相湍浮力分层流的ｋ－ε模型,对存在速度和密度分层的湍浮力流动进行了数值模拟,计算结果正确地反映了分层及紊动特征,与实测结果吻合较好。     

两相湍浮力分层流k-ε模型

将研究精细的两相湍浮力分层流预报模型作为目标,广泛地涉及了两相湍浮力分层流精细模拟的理论和方法．以通用的ｋ－ε湍流模型为基础,考虑了浮力对紊动的影响,建立了两相湍浮力分层流的ｋ－ε模型,对存在速度和密度分层的湍浮力流动进行了数值模拟．计算结果正确地反映了分层及紊动特征,与实测结果吻合较好     

多维流动湍流代数应力模型的比较

介绍了湍流传统代数应力模型和作者新建的代数应力模型的基本思想，用κ－ε模型和传统的及新的代数应力模型进行了多维数值计算，比较了正应力分量的各向异性和宏观湍流速度场。三种湍流模型之间存在明显差异，新的代数应力模型显示具有一定的优越性。     

任意顶角三角形管道中的层流

本文首先利用康脱洛维奇变分方法推出了任意顶角三角形管道中的层流流动速度,继而讨论了管道中的压力损失和壁面切应力分布。文中推出的结果经与可能的其它理论分析结果比较表明,这种分析是可靠的。     

水平管气液分层流压力梯度和含气率计算方法研究

在内径为80mm的大型多相流实验环道上，深入研究了高气相流速下气液分层流压力梯度和截面含气率特性，截面含气率采用双能伽马射线密度仅测量．通过对相间剪切应力的研究，提出应用气相动量方程计算压力梯度和界面含气率．采用FLAT、ARS、MARS 3种界面形状模型计算了水平管气液两相分层流压力梯度和截面含气率，并将计算结果与实验结果进行了对比分析,ARS和MARS模型的预测结果接近且误差小，因此推荐采用ARS或MARS模型预测高气相流速分层流压力梯度和截面含气率．     

冷却工艺对热轧高强带钢残余应力的影响

为分析不同层流冷却工艺对热轧高强带钢残余应力的影响规律,以ABAQUS有限元软件为基础,采用FORTRAN语言编写用户子程序,建立热轧高强带钢快速冷却过程的有限元模型,对带钢层流冷却过程中温度场、组织及应力场的演变规律进行耦合计算。针对现场工艺,设计并实施过冷奥氏体连续冷却转变(CCT)试验和残余应力测试等试验对模型进行校正。以校正后的模型作为基础模型,修改基础模型的初始条件和边界条件,建立与边部遮挡、稀疏冷却、后段冷却、降低初始温差等4种层流冷却工艺对应的有限元模型,以定量分析4种工艺对减小带钢残余应力的效果。研究结果表明:原来无应力的带钢,经过层流冷却后,带钢宽度方向的应力分布变为边部有较大的压应力,中部有较小的拉应力。4种工艺都能有效减小残余应力,降幅从高到低依次为降低带钢横向初始温差、稀疏冷却、边部遮挡、后段冷却。     

回流流动及各向异性剪切紊流的数值模拟

本文对两类复杂紊流——存在回流区的单边突扩流动和强各向异性的剪切紊流进行了数值模拟．利用简化的紊流应力代数模型闭合紊流运动方程组进行计算，将计算结果与实测结果及k-ε紊流模型的计算结果作了比较．通过计算和对紊流模型进行结构分析可见，本文的模型能较好地模拟回流和紊流的各向异性特征，而k-ε模型不能．     

均匀剪切稳定分层流动中湍流特性的数值研究

采用大涡模拟的方法,研究了均匀剪切稳定分层流动.主要对不同梯度Richardson数下湍流动量和标量输运特性进行分析研究.结果表明:随着梯度Richardson数的增大,湍流动能减小,湍流势能增大；垂向热通量和雷诺应力减弱,流向热通量增强；并且在强分层情况下,存在动量和热量的逆梯度输运现象.     

简化代数应力模型在型腔充填数值模拟中的应用

针对型腔充填过程中的紊流流动,将计及紊流各向异性的简化代数应力模型引入ＰＨＯＥＮＩＣＳ软件中,并通过对确定自由表面界面流率的ｖａｎ Ｌｅｅｒ 格式进行修正,完成了恒温流体充填过程三维时均速度场和自由表面的数值模拟．与实验结果的对比表明,基于ＰＨＯＥＮＩＣＳ软件开发的充填模拟能够对复杂型腔的充填过程进行数值计算     

用应力模型计算旋风分离器的流场

采用一种适合于强旋流的代数应力湍流模型对旋风分离器的流场进行了数值模拟，结果揭示了强旋流中湍流各向异性的特点，显示了强旋流所具有的涡结构及旋风分离器气动分离的机理     

主副燃烧室分层燃烧湍流强度模拟新方法

为解决应用准维模型计算汽油机主副燃烧室分层充气燃烧过程的适用性,根据主副燃烧室中气体流动过程的质量和能量交换关系,并考虑到主副燃烧室相对容积比和喉口截面积等几何结构尺寸的影响因素,提出了湍流强度模拟的新方法.计算结果表明,该湍流强度模拟方法不仅适用于主副燃烧室,而且有利于提高热力模型的计算精度.     

井下旋流油气分离器流场数值模拟

鉴于现有油气分离器效率较低,为改善高含气井中井下多相混抽泵或电潜泵机组效率低下的问题,选择雷诺应力模型作为湍流模型,代数滑移混合模型作为多相流模型,对井下水力旋流油气分离器内的两相流场进行了数值模拟。通过数值计算得到了两相介质等浓度分布图和轴向速度矢量图,并将数值计算结果与同结构的水力旋流油气分离器样机的室内模拟试验结果进行了对比。研究结果表明,数值计算得到的各种图完全符合已知的旋流器流场分布规律。水力旋流器经过结构优化设计不仅可以进行井下油气分离,且分离效果较好,适用于较大流量和高含气率的油井条件。     

利用非正交坐标变换的二维不规则区域紊流流动的有限分差解

本文将Sparrow 等计算某一类二维不规则区域(参看图1a)内层流流动的方法推广到紊流,提出计算这类不规则区域内紊流流动的方法.该方法利用了非正交代数坐标变换,k-8方程紊流模型及有限差分技术.文中通过算例对该方法进行了说明,并将计算结果与实验结果作了比较,结果表明:计算与实验相吻合.     

基于DANS方程的粗糙床面明渠水力特性研究

基于双向平均NS方程(DANS方程)建立粗糙床面明渠水流数学模型,应用修正的S-A湍流模型对其紊流过程进行模拟,采用涡黏系数法计算明渠湍流在粗糙床面上存在障碍物时的形状应力,结果表明:形状应力在障碍物层以内不可忽略,而在障碍物上部,会迅速减小直至可忽略不计;速度值会随形状应力的增大而减小;障碍物顶部附近的雷诺应力也会因为形状应力的存在而有明显的减小。此外,针对障碍物孔隙率的研究表明:障碍物孔隙率的分布对速度、雷诺应力及形状应力等存在一定的影响,并且当孔隙率的分布越光滑时,其影响越小。     

机舱通风口冲击射流湍流特征分析及验证

以机舱个性化通风口为背景,对自由射流加壁面冲击射流,采用几种湍流模型数值分析了10倍冲击高度、雷诺数为9,000的气流遇到冲击板后湍流脉动、流动转折等流动特征.探讨了湍流模型对冲击射流关键位置平均速度、脉动速度以及雷诺应力等流动参数特征的模拟能力,通过与实验测量结果的对比,确定了湍流模型在冲击射流中的适用性和局限性.综合来看,Relizable k-ε模型可以得到与实验值较好的符合度,但在近壁面区域会略有偏差.分析结果认为将RANS和LES组合将是开展实际机舱内通风口射流研究的最佳策略.     

车身非光滑表面边界层流场特性分析

为了研究非光滑车身表面边界层流场特性,采用大涡模拟与Realizable k-ε湍流模型对车身外部瞬态和稳态流场进行数值模拟计算,对比分析了非光滑模型与光滑模型边界层内速度、粘性底层厚度、壁面剪切力、表面摩擦阻力因数、湍流强度和湍流耗散率等流场参数,解析了非光滑表面对车身流场流动特性的影响.研究结果表明,非光滑模型边界层内速度明显高于光滑模型,边界层厚度、壁面剪切力、表面摩擦阻力因数、湍流强度、湍流耗散率都比光滑模型有所减小.非光滑表面的引入加剧了车身尾迹气流的参混效应,防止外界的高速流对内部低速流的引射作用,从而减少了车身流场能量的损失.     

板坯连铸电磁制动下结晶器内金属流场的数学物理模拟

采用雷诺时均湍流模型并结合水银物理模拟实验, 研究不同磁场配置下板坯结晶器内的金属流动规律, 并以此分析不同磁场配置对工艺过程的影响. 结果表明: 雷诺应力模型(Reynolds stress model, RSM)能够较准确地反映电磁制动(electromagnetic braking, EMBr)下金属流场的变化, 该变化引起水口射流及其对结晶器窄边冲刷强度的改变; 在全幅二段电磁制动下, 上部磁场对液面水平速度和湍动性的抑制作用明显, 但从化渣和降低冲击深度的工艺要求来看, 上部磁场强度不宜过大.