舰船气泡尾流数值模拟

摘要：
以韩国船舶与海洋工程研究所(KRISO)的集装箱船KCS（KRISO Container Ship）模型为研究对象,以通用
计算流体力学(CFD)软件FLUENT为平台,进行了基于流体体积（VOF）两相流模型的KCS带自由面黏性流场数值模拟;将自由面固化,对自由面以下水体进行了基于混合物多相流（Mixture）模型的KCS气泡尾流场数值模拟,探讨了Realizable k ε（R k ε）两方程模型和雷诺应力模型对气泡尾流计算的影响.计算所得结果定性正确,验证了与自由面法向速度梯度相关的气泡卷吸模型及相应求解方法的适用性. 关键词：
多相流; 舰船; 气泡尾流; 数值模拟 中图分类号： O 359.1
文献标志码： A     

用RSM模拟旋风分离器内的三维湍流流场

为了选择更适合于旋风分离器流场数值模拟的湍流模型,采用多种湍流模型对旋风分离器的内流场进行数值模拟,并将计算值与试验值进行比较.结果显示:采用RSM(雷诺应力模型)得到的结果比采用标准k-ε模型的更贴近实验值,更适合用于强旋流流场的数值模拟,揭示了强旋流所具有的涡结构及各向异性的特点;采用雷诺应力模型及曲线坐标系下的SIMPLEC算法可以计算湍流各向异性的复杂三维流场.     

大曲率结构化表面湍流流场特性对比研究

湍流模型选择对于小尺寸大曲率圆管内软性磨粒流湍流流场模拟计算具有重要影响.针对此问题,提出使用标准k-ε模型与考虑两相磨粒流平均流动中的旋转及旋流流动情况的重整化群(RNG)k-ε模型进行仿真对比研究的方法.基于颗粒动力学理论的欧拉模型,对软性磨粒流的控制方程进行求解.通过使用两种湍流模型,对小尺寸大曲率圆管内湍流流动进行仿真计算,得到了两湍流模型下软性磨粒流流场的速度、压力、湍动能等数值模拟结果.仿真结果对比分析表明:标准k-ε模型模拟得到的速度值与实验值存在一定误差,而RNG k-ε模型仿真的速度值误差相对较小;标准k-ε模型对湍动能的估值计算比RNG k-ε湍流模型高,难以计算有滞止点的流动过程;RNG k-ε湍流模型能更有效地模拟有大曲率带分离的湍流流动,从而证明该模型更适合小尺寸大曲率圆管内软性磨粒流湍流流动的研究.     

定子参数变化对前置定子导管桨性能的影响

采用RNG (Re-Normalisation Group)k-ε两方程模型对前置定子导管桨湍流特性进行数值模拟,并分析其水动力性能.通过与试验结果和势流理论结果的对比,验证了黏流理论预报结果的准确性和有效性.对不同定子安装角、不同定子翼型切面厚度以及不同定子叶片数目的前置定子导管桨敞水性能进行黏流理论预报,并分析了这些几何参数对前置定子导管桨性能的影响规律.
     

开口试验段优化设计数值模拟

摘要：
为提高某低速风洞开口试验段流场品质,采用计算流体力学方法,结合适当的边界条件,对不同设计方案进行了模拟.数值模拟结果显示：采用集气扩散段能有效提高开口试验段流场均匀性;在试验段入口前加装蜂窝器和阻尼网,对提高试验段流场均匀性和方向场、降低湍流度有重要作用.对试验段尺寸与收集器设计的进一步研究表明,延长试验段前入口区长度、增大试验段口径、改变集气扩散段位置与尺寸都能够有效提高模型区流场品质.通过比较,得出了较为合理的匹配参数,流场指标达到了设计要求.
关键词：
低速; 风洞; 开口试验段; 流场特性; 数值模拟; 优化设计
中图分类号： V 211.3
文献标志码： A     

旋风分离器内气相湍流流动的数值模拟

采用标准k-ε模型、雷诺应力模型(RSM)以及k-w模型对旋风分离器内部湍流流场进行了数值模拟.对比了采用两种不同的离散格式时的计算表现,分析了不同近壁模型对于模拟结果的影响.通过数值解与实验值进行的对比发现采用雷诺应力模型较k-w模型,k-ε模型能更准确地模拟分离器内强旋流场.     

湍流模型在轴流泵性能预测中的应用与评价

评价不同湍流模型在轴流泵性能预测中的应用.分别采用标准κ-ε模型、RNG κ-ε模型、SST模型以及基于滤波器的湍流模型(FBM)数值模拟了比转速为600的轴流泵内部流动;计算了其扬程、扭矩、效率,并与实验值进行对比;分析了4种模型计算的轴流泵流场中的压力、速度分布.结果表明,在最优工况附近,4种湍流模型都能较精确地预测轴流泵的外特性;在非设计工况下,标准κ-ε模型、RNG κ-ε模型、SST模型预测的外特性与实验值相差较大,FBM模型则可以大幅度提高非设计工况的预测精度.     

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．     

吊舱式推进器偏转工况下水动力性能

针对吊舱推进器的关键技术,探讨了吊舱推进器在偏转状态下的水动力性能.利用空泡水洞以及吊舱动力仪进行了吊舱推进器在偏转工况下的一系列试验研究,比较分析了不同偏转角下吊舱推进器水动力性能.同时,结合RANS（Reynolds averaged Navier-Stokes）方程和RNG（Random number generation） k-ε湍流模型,运用滑移网格方法对吊舱推进器在偏转状态下水动力性能进行了数值模拟,并将试验结果和数值结果进行了比较分析.结果表明：偏转角度越大,试验值与计算值偏差越大,尤其是吊舱推进器沿来流方向推力的偏差较大,但总体变化趋势较为一致.
     

百叶窗浓缩器内流场特性的实验及数值模拟研究

为研究百叶窗煤粉浓缩器(LCC)的气固分离机理,对LCC内单相流场进行了实验和数值模拟研究。在二维LCC实验台上采用恒温热线风速仪测量了平均速度和脉动速度。应用FLUENT软件对LCC内的流场进行模拟,湍流模型包括标准k-ε模型、可实现k-ε模型、RNG k-ε模型和雷诺应力模型(RSM)四种。对比数值模拟结果和实验结果发现,四种湍流模型预报LCC内平均速度均与实验结果有较好的一致性,但在预报湍流动能方面,只有可实现k-ε模型和RSM模型给出了合理的预报。数值模拟结果表明:LCC内叶片背面和分流挡板的迎风侧存在旋涡;叶片对LCC内流场影响较显著的范围在距离叶片10mm位置处;当叶片倾角大于31°时,叶片上游更多的气流被分离下来,并且分离点距叶片前端的距离随着叶片倾角的增加近似呈线性增加的趋势。     

KVLCC2船-舵系统斜航水动力数值计算

通过求解RANS方程,选取RNGk-ε湍流模型,在模型尺度下对KVLCC2船-舵系统处于不同漂角时的斜航黏性流场进行数值模拟.首先采用3套网格进行网格收敛性分析,然后通过计算结果与试验数据比较,验证数值计算方法的可靠性.在此基础上,计算了舵角为零时不同漂角下以及不同舵角、不同漂角下作用在船-舵系统上的横向力和转首力矩,并对计算结果进行了分析.     

缩放型喷嘴产生的空化射流流场数值模拟

应用Standard k-ε,RNG k-ε和Standard k-ω湍流模型对缩放型喷嘴内部湍流流场进行数值模拟,结合理论及质量流量测试试验对数值模拟结果进行对比验证.结果表明:RNG k-ε湍流模型最适合用于数值模拟缩放型喷嘴内部的湍流流场;RNG k-ε湍流模型数值模拟结果显示缩放型喷嘴收缩角使喷嘴喉管部产生了低压场,压差的产生使水射流的空化效果得到了提高.     

基于重整化群湍流模型的双向轴流泵出水结构研究

双向轴流泵装置是一种特殊的泵站形式．结合某泵站技术改造，运用三维湍流数值模拟技术对其出水结构进行研究．基于定常不可压流体的控制方程和重整化群湍流模型，应用SIMPLEC算法，数值模拟了X型双向流道泵装置三种出水结构方案内三维湍流流场．通过给出计算流速矢量分布图、流速等值线图，直观地显示了出水结构内水流流场情况．分析表明，设计控制参数不合理是导致出水结构内部流态较差的主要原因，不良流态引起水力损失增加．文中依据数值模拟结果，预测出水结构水力损失，并与实验进行了比较，表明通过采用重整化群湍流模型能较好地预测双向泵出水结构的水力性能．重整化群湍流模型在泵装置内特性数值模拟和外特性预测研究方面中有较好的推广价值．     

KIVA程序在波瓣混合器混合流场数值模拟中的应用

本文以KIVA程序为研究平台,分别采用标准k- 湍流模型和RNG k- 湍流模型,对现代航空发动机中常用的波瓣混合器流场的进行了三维数值模拟。通过与实验测量数据对比可知,基于ALE法KIVA程序能够较好地描述波瓣混合器中流向涡系以及正交涡系形状以及涡量随流动的变化规律,与实验结果较为吻合;在湍流模型方面,标准k- 模型在流向涡以及正交涡涡量大小的描述方面较RNG k- 模型更为精确。     

威远江水电站溢洪道挑流鼻坎数值模拟优化研究

针对威远江水电站岸边式溢洪道挑流消能存在的问题,采用RNGk~ε双方程模型模拟湍流,利用流体体积分数法(VOF)确定自由水面线,采用非结构网格与自适应局部网格加密的方法,成功地对溢洪道挑流鼻坎挑流进行了三维紊流数值模拟,并利用数值模拟方法对挑流鼻坎的修改方案进行了研究,并经过计算提出了较优方案,并经试验验证得到较好的效果,为威远江水电站设计与优化提供了可靠的设计依据.     

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.     

航行船与停泊船水动力相互作用的数值分析

采用动网格技术并选取RNGk-ε湍流模型,通过求解非定常RANS方程,对浅水中航行船与停泊船相互作用的三维非定常黏性流场进行了数值分析.计算了停泊船受到的水动力,通过将计算结果与经验公式结果进行对比,验证了本文采用的数值计算方法的有效性;计算了航行船所受水动力,比较了作用在航行船和停泊船上的水动力的大小.最后,计算了不同水深、两船间距、停泊船离岸距离和航行船离岸距离条件下停泊船受到的水动力,并对计算结果进行了分析,得出了以上4种因素对停泊船受到的水动力作用的影响规律.     

核电厂冷却塔布置对气载流出物扩散的影响

 分析了4种可能的冷却塔平面布局方案，分别为单一冷却塔布置、矩形布置、一字型布置以及S型布置。针对不同的布置方案，应用计算流体力学软件scSTREAM提供的RNG k-ε湍流模型，开展污染物大气扩散模拟分析。对于单一冷却塔布置，在释放点与冷却塔之间的距离段内，其污染物分布为标准的高斯分布，同时其浓度也高出其他3种布置方案1个数量级。除了S型布置方案，其他3种方案在冷却塔背风侧均形成阶跃效应。冷却塔背风侧污染物的分布中，单一冷却塔布置方案的浓度结果小于其他3种方案，主要是因为大量污染物进入到冷却塔体，然后从冷却塔顶部排出，造成其背风侧浓度急剧下降。