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.     

列车绕流的瞬态与稳态数值模拟对比

采用大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)和基于雷诺平均(Reynolds Average Navier-Stocks,RANS)的SST(Shear Stress Transport)k-ω湍流模型,分别对高速列车单车明线运行进行瞬态和稳态的仿真计算,通过与实车测试数据比较对数值模拟进行了验证.对比分析LES和RANS的计算结果发现:对于车头表面测压点,LES和RANS都能给出高精度的计算结果,且LES的瞬态计算结果表明,表面压力最大值在一个很宽的范围内波动;对于列车绕流结构,LES较RANS表现出更强的小尺度涡的捕捉能力,尤其表现在复杂的尾流区;通过气动力系数的傅里叶变换分析了波动的频域特性.LES在较复杂列车模型外流场模拟中的高计算精度,及其广泛的结果信息可以为列车的系统耦合设计提供可靠的数据参考.     

非定常等离子体激励对大攻角流动分离控制的数值模拟研究

应用交流电(alternating current, AC)介质阻挡放电(dielectric barrier discharge, DBD)等离子体流动控制由于其结构简单、响应频率快、可实现实时定量控制等优点,正在成为等离子体流动控制技术的重点研究方向。结合基于分离涡模拟(detached eddy simulation, DES)和等离子体唯象体积力模型的方法研究非定常等离子体激励对NACA0015翼型在攻角为20°情况下流动分离控制。结果表明：非定常等离子体激励在高雷诺数、大攻角下对翼型分离具有明显的控制效果,可以达到增升减阻目的,且流动控制效果比定常激励效率更高;非定常等离子体激励流动控制与定常等离子体激励流动控制机理不同,非定常等离子体激励通过促进分离区内速度脉动,对流场产生非定常的干扰,使得分离剪切层提前失稳,增强流场涡结构的掺混,从而抑制流动分离。     

k-ω DES与LES方法在光滑与凹坑球的绕流分析

采用基于剪切应力传输(SST)的k-ω两方程分离涡湍流模型(DES)方法和Smagorinsky-Lily亚格子大涡模拟湍流模型(LES)方法,对粘性不可压缩流体的光滑球与凹坑球体绕流问题进行数值模拟,计算了雷诺数为500,1 000,2 000,5 000四种情况。通过对所得的阻力系数Cd及速度云图等结果的分析及与实验数据的比较,发现两种方法当雷诺数较小时模拟光滑球的结果差异微小,对光滑圆球的模拟都是合理的;随着雷诺数的增大,LES方法与DES模拟光滑球和凹坑球的结果虽然总体特征一致,但是细节有明显差异,LES的结果优于DES的结果。     

A柱涡动力学特性随前窗倾角变化研究

采用风洞试验和数值计算的方法,通过Dihedron模型研究了前窗倾角对A柱涡动力学演化的影响.时均阻力和表面压力通过风洞试验获得,采用分离涡模拟(DES)捕捉A柱涡拓扑结构的细节特征.通过风洞试验的结果验证了DES结果的有效性.DES的结果描述了A柱涡涡破裂现象.随着前窗倾角的变化,A柱涡表现为不同的结构形态,这主要是由主涡中涡量平衡决定的.试验和数值结果均表明,随前窗倾角增大,Dihedron模型的阻力增加.讨论了纵向涡的破裂趋势和潜在的减阻方案.最后,强调了模型壁面的动力学特性及其对车内噪声的影响.     

基于RANS和DES法船体绕流模拟及不确定度分析

基于计算流体力学（CFD）不确定度分析的推荐规程,对采用雷诺平均的纳维 斯托克斯方程(RANS)和分离涡模拟(DES) 2种模型预报的船舶阻力和波形结果分别进行CFD不确定度分析. 数值不确定度主要考虑网格尺寸,按照加细比为42生成3套网格进行计算,并估计网格误差和不确定度. 研究分析表明了验证和确认规程对CFD不同数学模型的实用性,建立了基于2种数学模型下模拟结果的验证和确认等级.     

LES和DES在流体动力噪声预报中的适用性分析

分别以静止机翼、螺旋桨和存在动静相互作用的混流泵为研究对象,采用大涡模拟(LES)和分离涡模拟(DES)计算其脉动流场,并预报对应的流动动力噪声.计算结果表明:当预报静止固体壁面对应宽带噪声时,LES精度要高于DES,且LES对应噪声结果与试验值基本一致;螺旋桨作为运动固体边界,基于DES所预报的螺旋桨负载噪声精度与LES相当;混流泵由于存在动静相互作用,使得DES对应的泵总噪声预报结果在中低频段与LES符合较好,但高频差别较大;此外,在泵进口截面叶轮引起的线谱噪声是总噪声的主要贡献者.     

基于本征正交分解的DrivAer快背车非定常尾迹分析

在非定常数值模拟的基础上,采用本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)对DrivAer快背车非定常尾迹进行了研究。改进的延迟分离涡模拟(improved delayed detached-eddy simulation,IDDES)仿真结果与实验结果的对比表明该数值方法有效。对汽车尾迹回流区进行POD分析发现,前2阶模态能量占比分别为6.78%和5.61%,合计占总能量的12.39%,模态系数的频谱分析说明前2阶模态对应同一种低频的拟序流动结构,主频为0.216(30Hz);相位分析表明两者相位差为0.455π。对前2阶模态重构的涡量场进行相位平均,发现其对应的拟序流动结构由车体尾迹下剪切层周期性运动主导;前273阶POD模态(能量占比93%)可以很好地重构原流场,极大地降低了自由度。     

多段翼型流动非定常性计算研究

用基于SA湍流模型的DES计算方法对30P-30N多段翼型绕流的非定常性进行数值模拟。通过将非定常计算的气动特性平均值和定常实验结果比较验证了计算方法的可靠性,并对基于SA湍流模型的DES方法非定常数值模拟的结果进行分析。结果表明,所述方法正确地模拟了多段翼型流动的非定常性。缝翼下表面具有一定的涡量变化,而襟翼上表面后缘有明显的周期性的涡脱落。初步揭示了多段翼型噪声辐射的根本原因。研究结果对减小多段翼型噪声的方法研究具有一定的意义。     

并排方柱绕流的大涡数值模拟及显示

采用大涡模拟的方法对雷诺数为7.5×105并排双方柱绕流流场进行了数值模拟,并对所采用的模拟方法进行了实验验证.利用有限体积法和SIMPLE算法计算程式,对双方柱三维物理模型求解不可压缩的N-S方程.计算得到了方柱绕流的速度场和涡量场以及不同时刻的速度分量分布情况.对方柱后速度场、涡旋形成、脱落以及波动性等问题进行了分析,结果符合物理学规律.     

连铸中间包湍流流动及夹杂物分布的大涡模拟

为深入了解中间包内钢液的流动湍流特性和夹杂物分布,采用雷诺平均方程和大涡模拟两种方法计算了中间包内湍流场及夹杂物的分布.结果表明:雷诺平均方程得到的中间包湍流场呈现对称分布;而大涡模拟可以捕捉更多的随机漩涡,更能反映流动的某些细节,对中间包内的瞬时流场预报更准确,得到的瞬态湍流场呈现非对称分布.得到了夹杂物主要的三种运动轨迹,且夹杂物的分布是不对称的,容易聚集在中间包边角和壁面处.     

永磁体作用下电阻点焊熔核中的电磁场分布规律

采用数值模拟方法研究了外加永磁体磁场作用下,电阻点焊熔核内的外部磁场、感应磁场及复合磁场强度及其磁场力的分布规律,并对熔化金属的流体流动模式进行了定性分析.结果表明,在外加磁场作用下,点焊熔核内的复合磁场分布以感应磁场为主导,从熔核中心至边缘逐渐增强,其径向磁感应强度分量随着永磁体工作距离增加而逐渐减小.熔核内同时存在由感应磁场生成的位于电极轴对称平面内的磁场力,以及由外加磁场引起的垂直于该平面的磁场力.在该正交磁场力的作用下,熔核内的熔化金属在电极轴对称平面及垂直于该平面的圆周方向同时进行高速流动,并呈现出沿熔核直径方向向外冲击的趋势.     

涡轮桨搅拌槽内混合过程的大涡模拟

在FLUENT 6.1软件平台和网络并行计算硬件平台上,采用大涡模拟(LES)的方法对涡轮桨搅拌槽内的混合过程进行了数值模拟。利用滤波函数对N av ier-Stokes方程进行空间滤波,对大尺寸的涡直接进行求解,而被滤掉的比网格小的旋涡通过Sam agorinsky-L illy亚格子模型求解,对搅拌桨区域采用滑移网格技术。结果表明:大涡模拟对尾涡的预报优于雷诺平均(RAN S)方法,混合时间以及示踪剂响应曲线模拟结果和实验结果吻合较好,且优于RAN S方法。大涡模拟方法为准确预测搅拌槽内湍流流动的非稳态及周期性脉动特性提供了一种有效的工具。     

单缝流体推力矢量喷管的气动特性

流体矢量喷管重量轻,便于维修,应用前景可观。但二次流的存在造成了流场振荡,因此研究矢量喷管的流动特性具有重要的理论和工程意义。运用数值模拟方法,通过在二元收扩(2DCD)喷管的扩张段引入二次流,研究激波控制的流体推力矢量喷管的气动特性。利用分离涡模拟(DES)湍流模型进行矢量喷管非定常流场的数值计算,先后得到了流场的流线、涡量系数、密度梯度和熵的分布。结果表明:随着流动的发展,激波不断发生振荡,上、下壁面唇口处生成的涡沿着剪切层外侧不断向下游脱落;尾流内上剪切层的摆动角度和熵增皆大于下剪切层。     

多级轴流压气机嵌入级的试验与数值模拟

针对多级轴流压气机中复杂流场在数值模拟时存在计算精度的问题,以四级低速大尺寸轴流压气机为试验平台开展测试研究,并选取第三级带悬臂静叶的嵌入级,进行了与试验同一设计流量工况点的多通道定常和非定常数值模拟。试验与数值模拟结果对比研究表明,气流经过转静交接面时由于掺混损失造成总压降低;转静交接面对非定常计算得到的绝对气流角的影响可达2°,所以非定常计算的交接面位置的选取应在试验测量平面之后,以保证数值模拟的后处理截面与试验测量面一致。在叶中附近定常计算结果相较于非定常结果更接近于试验测量值,而在悬臂静叶近轮毂区域则反之,这表明非定常数值模拟方法相较定常方法可以更准确地模拟悬臂静叶轮毂附近的非定常流动。     

外电场对双极荷电颗粒碰撞及凝聚的影响

为确定外电场对双极凝聚的影响,采用FORTRAN程序,通过计算得到颗粒在一定电流体场条件下的电荷分布统计规律,并考察外电场对双极荷电颗粒间的碰撞凝聚规律.计算结果表明,只有当荷电颗粒所受电场力与阻力的量级之比接近于1时,外电场才能起到增强双极凝聚效果的作用;在相同条件下,颗粒直径越大,外电场增强双极荷电颗粒的碰撞效果也越大.     

酶联免疫法测定水产品中己烯雌酚残留量

采用酶联免疫法测定水产品中残留己烯雌酚的含量,并采用液相色谱-质谱联用法验证阳性结果。实验结果表明,该方法对水产品中己烯雌酚的检出限为0.35 μg/kg,回收率达77%～91%,具有良好的灵敏度和准确度。     

基于模糊理论的三维无叶扩压器多目标优化

建立了一种基于模糊理论的无叶扩压器优化模型,并采用人机交互的修改单纯形法(IMS)进行求解,模型同时考虑了扩压器的静压升和全压损失.采用计算流体动力学(CFD)方法求解RANS方程得到扩压器的流场分布,从而获得单步优化目标函数值.在采用IMS方法获得新的盖侧曲线后,进行网格重绘,以防止盖侧出现网格线交叉和避免负网格的生成.盖侧曲线采用工程上常用的B样条拟合.优化结果和文献中的结果吻合较好.     

基于Java的DES加密算法

使用JAVA实现DES加密数据传输的论述与实现.介绍了对称加密算法DES,给出了如何在Java中使用JCE技术实现基于DES算法的数据加密和传输.