可压缩效应对平板湍流边界层影响的直接数值模拟

采用高精度紧致型差分格式求解三维可压缩Navier-Stokes方程,通过在局部平板上引入周期性吹吸气小扰动的方法,直接数值模拟来流马赫数M∞为2.25的空间发展的可压缩平板湍流边界层.所得流场统计特征与相关理论和试验符合较好.在此基础上研究可压缩效应对平均流动特征以及湍能的生成和耗散特征的影响,指出在M∞=2.25的情况下,Morkovin假设基本成立,但可压缩效应使得拟序结构有明显差别.与不可压相比上抛、下扫对不同区域的作用有所不同.在近壁区,压力-膨胀项和压力-速度相关项仍是不可忽略的量,这导致声的产生和可压缩效应对湍能产生抑制作用.平板上声压的分布表明,随流动向下游的发展,边界层转捩过程激发了由物面脉动压力所产生的偶极子声源.     

超音速平板边界层湍流的直接数值模拟及分析

用时间模式对来流Mach数为4.5的平板边界层湍流进行了直接数值模拟. 发现当湍流充分发展后, 其平均流剖面、湍流Mach数、各种量的脉动均方根值和Reynolds应力等沿平板法向的分布都具有相似性. 但压缩性效应已较强而必需考虑, 强Reynolds比拟不再有效, Morkovin假说不再成立. 从转捩完成至湍流充分发展之间有一过渡过程, 其间上述相似性不成立.     

圆管内宾汉流体湍流流场的数值模拟

依据牛顿流体中建立的标准Ｋ－ε湍流模型这一基本思想，考虑宾汉流体本构关系的特点，建立了适用于求解宾流流动的控制方程。采用压力耦合半隐式算法，对管内宾汉流体紊流强度及流速分布进行了数值计算研究，取得了与实测值吻合较好的结果。     

数值模拟入射斜激波／平板湍流边界层干扰流动

应用GAO-YONG可压缩湍流模型数值计算了入射斜激波／平板湍流边界层相互干扰现象。计算程序中的对流项、扩散项分别采用AUSM格式和中心差分格式离散,并用多步Runge-Kutta显式时间推进法求解空间离散后的控制方程。计算中包含了无分离流动、初始分离流动以及较大分离流动等多个情况,比较了平板壁面压力、法向平均速度剖面、壁面摩阻系数Cf以及壁面斯坦顿数St等的计算结果与实验值。结果发现：GAO-YONG可压缩湍流模型能够很好地预测入射斜激波／平板湍流边界层相互干扰下的无分离以及小分离流动,对高马赫数下的大分离流动也能得到较合理的结果,但再附点之后的壁面摩阻系数以及斯坦顿数的计算值不够理想。     

强旋湍流气相燃烧数值模拟

对液排渣立式旋风炉前置室的流场进行了数值模拟，建立了前置室内三维气相燃烧流场的数学模型，计算采用ＳＩＭＰＬＥ算法，其中湍流计算采用有旋流修正的ｋ－ε模型，气相燃烧采用ＥＢＵ－Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型。计算结果证明，该模型在求解强旋湍流有回流的气相燃烧注场是可行的。     

三维加力燃烧室湍流燃烧的数值模拟

本文对涡扇发动机三维加力燃烧室内的气相湍流燃烧过程进行了数值模拟。湍流模型采用标准ｋ－ｅ模型,湍流燃烧采用涡旋破碎（ＥＢＵ）模型,数值方法采用ＳＩＭＰＬＥ算法。计算结果定性合理。     

可压密相气固两相湍流流动的数值模拟方法

在ＤＩＰＳＡＲ算法的基础上,推导了适用于可压密相气固两相湍流流动数据会计的ＣＤＩＰＳＡＲ算法,利用提出的可压密相的两个ｋ－ε低湍流雷诺数模型,用ＣＤＩＰＳＡＲ算法,对竖直上升管中可压密相气固两相湍流流动进行了数值计算,同时考虑了密度变化和体积分数变化的影响,研究结果表明,随着颗粒体积分数的增加,颗料间及颗粒与壁面间的相互作用占了主导地位,使得单个颗粒脉动速度增大,但是气体及颗粒的速度差却随之减小,     

高精度气体动理学格式与湍流模拟

本文介绍了多维高阶精度气体动理学格式的构造原理及其在可压缩湍流直接数值模拟中的初步应用.通过对初始分布函数和平衡态分布的多维高阶展开,利用BGK方程的通解可以得到单元界面上随时间演化的分布函数,从而建立具有真正多维特性的高阶精度气体动理学有限体积格式.应用建立的格式对可压缩各向同性衰减湍流和槽道湍流进行了数值模拟,得到的流场结果与已有研究相吻合.研究表明,相比于已有二阶气体动理学方法,高阶动理学格式具有更高的求解精度.     

水平管湍流吸收过程的数值模拟

对新型吸收方式-水平管内受迫流动吸收过程进行了数学模化,为解决边界上的气液相互作用问题,引入了表面更新速率的概念进行模化,并将模拟结果同实验结果相比较,检验了模拟结果的正确性。     

射流浮选柱的单相湍流数值模拟

为了了解浮选柱的内部流场分布,建立了浮选柱的单相湍流流动模型.在此基础上,针对浮选柱具有多出入口的结构特点,采用数值模拟方法,分别对Microcel浮选柱和实验室双射流浮选柱的流体流动状态进行了研究.结果表明:无论是实验室双射流浮选柱还是Microcel浮选柱,其入料位置和尾矿口的位置对浮选柱的内部流场分布都有较大影响,入料或尾矿口的不对称布置将引起流场分布不均,导致流体流动发生偏流现象,必然对分选产生不利影响.该成果对浮选柱设计和结构改进具有一定的参考价值和指导意义.     

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。     

潮流数值模拟中垂向紊动黏性系数的选取

在已有污染物垂向扩散过程研究的基础上,提出了确定潮流数值模拟中垂向紊动黏性系数的垂线平均值的经验方法,并将此方法应用到长江口长兴岛段的潮流三维数值模拟中.计算结果表明,该方法对不同水深、雷诺数适应能力强,计算结果合理,满足工程应用精度的要求.     

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。     

基于CFD紊流计算的离心泵叶型优化设计

在对离心泵内部流场进行全三维数值模拟的基础上,建立了叶片型线优化设计的数学模型.以叶片长度最短为目标函数,叶轮相对半径r=-0.5处无回流为约束条件,讨论了该模型优化计算的方法.在离心泵叶轮的基本外尺寸给定的情况下,运用该数学模型,研究基于高次曲线的离心泵叶型优化设计命题,采用黄金分割法获得了优化叶轮C2.将叶轮C2和C1进行同台试验对比,其中C1也是三次曲线叶型,与传统的单圆弧叶型非常接近,C1与C2相比,仅叶片的包角不同.研究结果表明:叶轮C2的总体性能优于叶轮C1,优化设计数学模型合理.     

基于RANS和LES湍流模型的二甲醚超临界喷雾数值模拟

分别采用RANS和LES湍流模型耦合KH-RT破碎模型对二甲醚超临界非燃烧喷雾实验进行数值模拟,研究两种湍流模型的适用性,并对比分析二甲醚亚临界喷雾和异辛烷超临界喷雾的发展过程。同时,基于LES湍流模型探讨了环境温度和压力以及喷射温度和压力的变化对二甲醚超临界工况下喷雾贯穿距的影响。结果表明,RANS和LES湍流模型均能较好地模拟二甲醚超临界喷雾,LES湍流模型的模拟结果与喷雾实验观察结果更吻合;与二甲醚亚临界喷雾相比,其超临界喷雾的雾化效果更好;在相同初始条件下,二甲醚超临界喷雾的雾化效果要优于异辛烷超临界喷雾;二甲醚超临界喷雾贯穿距随环境温度、燃油喷射温度和喷射压力的升高而增大,随环境压力的升高而减小。     

螺旋输送器的结构建模与数值模拟分析

为了优化设计一种可以模拟黄河泥沙分离的螺旋输送器模型,较细致地研究了螺旋的几何形状、作用在颗粒上的力以及模拟设计适应黄河泥沙分离用的卧螺离心机,优化分析了各个作用力对分离颗粒的受力情况,然后通过数值模拟螺旋输送器对液流中颗粒的作用状况,简单地分析了液流在螺旋输送器作用下的主要特征及其建模理论．最终选择椭圆形作为螺旋形状,采用幂函数来模拟螺旋旋转过程．     

巷道断面形状力学效应三维数值模拟分析

针对开拓巷道设计中最常用的三种断面形状 ,即直墙拱、直墙仰拱、曲墙仰拱 ,运用FLAC3 D程序模拟了三种断面形状在不同围岩条件下的力学效应。研究表明 :在同一种围岩条件下 ,三种断面形状中受力状况最好的是曲墙仰拱 ,最差的是直墙拱 ;同一形状断面在不同围岩条件下 ,其力学效应差异较大     

不同湍流模型在混流泵数值模拟中的应用与评价

为了评价不同湍流模型在混流泵性能预测中的精度,以某比转速为511的混流泵模型作为研究对象,分别选取3种湍流模型:标准k-ε模型、RNGk-ε模型和SSTk-ω模型,基于SIMPLEC算法和混合网格技术,进行混流泵性能预测和全流场数值模拟,并以试验结果作为基准对预测扬程和效率进行误差分析.研究结果表明,网格密度对模拟结果具有较大影响,较疏的网格导致性能预测精度降低;当流量系数大于0.8时,3种湍流模型预测精度较高,都可以满足工程应用需要,当流量系数小于0.8时,只有RNGk-ε和SSTk-ω模型能较好地使数值预测和实验数据相一致,可以预测出流量扬程曲线中的正斜率特性.该结论将为混流泵性能预测的可靠性提供参考.     

Topological analysis of methane lean premixed flame in turbulent jet flow by direct numerical simulation

Direct numerical simulation is employed to investigate the premixed jet flame of methane in lean, combined with a detailed chemical kinetics including 17 species and 58 elemental steps and distinct Lewis numbers. Cold methane-air mixture at 0.55 equivalence ratio is injected into the coflow area with 9500 Reynolds number. The coflow ambient gas is set to be the burnt gas of the methane-air mixture in main jet and temperature is assigned to be the corresponding adiabatic flame temperature 1515 K. The whole s...