半封闭圆管湍流射流冲击平板的数值研究

采用标准κ-ε模型和壁面函数法,对冲击射流场的平均速度和湍动能分布进行了数值计算,将充分发展和均匀速度分布2种入口条件下的计算结果与文献中激光多普勒测速仪的测量结果进行了比较,结果表明：数值计算能够预测到湍动能分布的趋势,但对滞止点附近湍动能的预测值过高,高达实验值的5倍;在各向同性占优势的壁射流中,平均速度的分布与实验结果具有较好的一致性;射流入口条件对湍动能分布具有较大的影响;要提高冲击射流场总体的预测效果,需要针对滞止区和近壁区内的流动特性,对κ-ε模型进行修正,同时还应采用与实验尽可能一致的入口条件。     

倾角对湍流狭缝冲击射流流动与传热性能的影响

为了研究倾斜冲击射流的流场结构和传热性能,采用SIMPLE算法和RNGk-ε湍流模型,对三种入射角度下的狭缝湍流冲击射流进行了数值模拟。结果表明,由于射流的卷吸以及上封闭板的作用,在流场两侧的流出区域分别形成了一个环形的回流区。当射流倾角减小时,左侧回流区的范围变小,而右侧的回流区增大。流场中的低温区以及冲击表面压力系数最大值和局部Nu最大值的位置也都随着倾角的减小而向流场的左侧偏移。当倾角减小时,冲击表面压力系数最大值降低,局部Nu最大值没有明显的变化,射流与冲击面之间的平均传热率降低。     

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.     

用改进的RNG模式数值模拟湍流冲击射流流动

在Yakhot和Orszag提出的重正化群（RNG）k-ε湍流模式的基础上，对模式系数Cц和近壁处理方法加以改进，并将其推广应用于湍流冲击射流的数值模拟。将计算得到的平均速度分布和湍动能分布与标准k-ε模式的计算结果以及实验数据进行了比较。结果表明，用改进的RNGk-ε模式得到的数值结果与标准k-ε模式的结果相比具有显著的提高，尤其对滞止区附近的湍动能分布预测结果与实验结果具有较好的一致性，这是因为PNGk-ε模式与改进的近壁处理方法相结合有效地降低了涡粘性的预测值，进而引起湍动能预测值的下降，且计算中采用了Cц和Cε1的改进表达式，适当地考虑了流动中各向异性湍流和不平衡应变率影响的结果。该模式在工程湍流计算中具有较好的应用前景。     

缝隙冲击射流换热数值模拟

采用标准k-ε模型对非淹没缝隙射流冲击区单相对流换热进行数值模拟.考虑冲击区对流换热的因素有射流的速度、射流出口距冲击板的距离(高度)、喷嘴的宽度、射流出口速度方向与冲击板之间的夹角、冲击板的温度及水温等.研究结果表明:射流速度对冲击区的换热影响最显著,其次是水温及喷嘴的宽度,而射流出口速度方向与冲击板的夹角只影响局部换热系数的分布.     

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.     

射流冲击冷却过程的数值研究

由于冲击射流流场较为复杂,为准确描述其流动和换热过程,需要选择合适的湍流模型和壁面函数.分别采用κ-ε模型(Standard,RNG和Realizable)、κ-ω模型(Standard和SST)和低雷诺数模型(AB,AKN,CHC,YS,LB,LS和YS)进行对比计算.对于壁面区域,考察了标准壁面函数、尺度化壁面函数、非平衡壁面函数和增强型壁面函数的影响.探讨了速度场和湍动能场的分布规律,获得了与实验一致的结果,为今后活塞底部喷油冷却的数值模拟提供基础.     

微小孔径旋转冲击射流换热特性的数值模拟

采用数值模拟方法模拟了旋转冲击射流的换热过程,分析了换热过程中喷射孔径、喷射间距、旋转角速度以及流场分布特性对冲击射流换热的表面传热系数与平均换热效果的影响.结果表明：相同雷诺数下,3mm孔径射流的平均换热效果比6mm孔径的强;大孔径射流时的平均传热系数受角速度的影响要比小孔径时大;角速度的增加使换热板上的最大换热系数减小且由驻点向外偏移;旋转使板上的换热更加均匀,表现为角速度越高,平均表面传热系数曲线越平坦.     

基于CFD的单股冲击射流的数值模拟

运用PHOENICS计算软件,选取标准双方程模型及优选的紊流模型系数,采用有限体积法对轴对称紊流射流流场进行数值计算。计算结果表明,射流轴心速度是逐渐衰减的。选取平面紊动冲击射流问题为研究对象,通过对冲击射流内各区域流动特性的分析,给出了圆形冲击射流冲击区的范围,从喷嘴出口条件入手导出了壁面射流区中壁面切应力和径向速度的沿程分布关系式,该式反映了壁面射流场对初始条件的依赖。     

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.     

高温、高速冲击射流传热特性的影响因素分析

为了研究高温、高速燃气射流冲击导流板的传热特性,对高温、高速燃气射流冲击传热特性进行仿真和实验研究,确定了SST-SAS模型的准确性.在此基础上,研究了不同入口条件（湍流强度、口径、速度/温度比）,及板间距、倾斜角度、板体温度等因素对板面Nu数分布、高温冲击面积的影响,并对高温冲击区的平均Nu数进行了统计分析,结果表明:湍流强度、速度温度比、板间距和倾斜角度对板面Nu数分布以及高温冲击面积产生较大的影响,而入口口径和壁面温度对其影响不大;并且高温冲击面积的平均Nu数的变化与高温冲击面积的变化正好相反,且数值比低温、低速冲击射流的Nu数高1个数量级,取值范围为1 321～3 873.      

合成射流流动与传热特征的数值模拟

采用RNGκ-ε模型和PISO算法,通过求解三维N-S方程,对腔体右侧振动膜片运动的二维合成射流流动与传热特征进行了数值模拟.模拟结果显示由于激励器在右侧振动膜片的作用下,合成射流产生的喷射气流在喷口中心右边速度稍大于左边速度,形成不对称射流流场;射流冲击壁面的速度峰值出现在中心区两侧,使得射流冲击换热的Nu数形成相应的峰值;随着合成射流冲击距离Z/do的增大,其对流换热系数出现先增大后减小的变化规律,当冲击距Z/do=20~30 mm时冷却效果较佳.     

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．     

缝隙冲击射流淬火对流换热的影响因素

采用有限元方法对非淹没缝隙射流冲击区单相对流换热进行数值模拟.结合辊式淬火冷却的特点,分析了缝隙射流冲击区对流换热的影响因素如射流速度、射流出口距冲击板的距离(高度)、喷嘴宽度、射流出口速度方向与冲击板之间的夹角、水温等.结果表明:在淬火100 mm厚钢板时,经济实用的工艺参数为射流速度40～45 m.s-1,射流出口距冲击板的距离(高度)20 mm,喷嘴宽度2 mm,射流出口速度方向与冲击板之间夹角45°,水温10～35℃.     

应用不同紊流模型的二维横向射流传热数值模拟研究

为了研究紊流横向射流的流动与传热特征,基于控制容积法和协调一致的求解压力耦合方程的半隐方法（SIMPLEC）,应用标准k－ε模型、重整化群（RNG）k－ε模型和易实现的（Realizable）k－ε模型,双射流与主流动量比为0．5－10．0的二维横向射流传热进行了数值模拟,通过考察二维横向射流的平均流动和紊流特性,分析了回流区对射流下游壁面换热的影响,从流动机理角度解释了壁面换热峰值点位于重接触点近上游的现象,并结合横向射流特征讨论了3种紊流模型的优劣,计算结果表明,RNGk－ε和Realizablek－ε模型,尤其是Realizablek－ε模型的预测值比标准k－ε模型的预测值更为准确。     

三维引射流动数值模拟及紊流模型选择

针对引射流动三维湍流流动的特点,应用κ-ε、S-A以及k-ω湍流模型分别对三维引射流动进行了数值模拟。比较引射流量的数值结果与实验结果表明,湍流模型的选取对数值结果具有较大影响,采用k-ω模型进行模拟可以较为准确地预测引射流量。     

饱和蒸汽在高速过冷水射流外凝结换热的数值模拟

采用数值计算的方法,研究了高速过冷水射流外饱和蒸汽的凝结换热过程,在研究中,采用标准的k-ε紊流计算模型,两相界面上采用了凝结换热边界条件,并考虑了蒸汽凝结造成的相界面处的法向速度,计算表明,凝结换热强度完全由高速过冷水充中的紊流运动决定,其平均对流换热系数可以达到1．0MW／（m2,℃）,与实验结果相符合。     

液固两相射流冲击磨损的数值计算与实验研究

应用实验与数值模拟研究液固两相射流对不锈钢材料的冲蚀磨损行为,分析不同质量分数、粒径情况下样品的平均磨损率,并基于数值模拟预测不同射流速度工况下的冲刷磨损率,最终建立冲刷磨损率与射流速度的关系模型。研究结果表明：单相射流流场的数值模拟结果与实验结果吻合较好;在距离射流中心区域不同径向距离上,平均速度的变化趋势较一致;在近壁面处,射流轴向速度突然减小,造成雷诺切应力增大。在远离壁面处,其法向速度逐渐增大,脉动速度相应增大,雷诺切应力增大;当射流继续远离壁面时,雷诺切应力开始减小直到趋近于0;在喷嘴正下方,压力分布存在1个滞止区,此处压力高于四周压力;下游冲刷磨损率先升高再稍微下降,而上游冲刷磨损率明显下降;实验样品表面微观测试结果验证了不同区域冲刷磨损率分布的正确性。