泵站枢纽三维湍流数值模拟研究

采用雷诺平均纳维斯托克斯方程(RANS)和标准κ-ε湍流模型,运用SIMPLEC算法,对无锡市仙蠡桥泵站枢纽6种运行组合工况进行了三维数值模拟,预测了回流区及旋涡发生的位置和形态,计算得出了泵站枢纽流速分布规律以及泵站出水河道与京杭大运河交汇处的最大横向流速,计算结果与水工模型试验结果吻合.该研究不仅为仙蠡桥泵站枢纽优化设计、合理布局提供了理论指导,而且研究方法可应用于其他泵站枢纽水流流态数值模拟.     

非结构网格下两步压力校正算法的潮流模拟

针对非结构网格下的潮流数值计算,采用有限体积法离散基本方程,对流-扩散项离散采用幂率格式,交叉扩散项引入超松弛校正方法,水位校正方程应用Rhie-Chow动量插值思想和SIMPLEC类算法导出.采用两步压力校正法将交叉扩散项单独考虑,以提高模型对高度畸变网格的适应能力.计算结果表明,该处理方法可提高压力欠松弛系数,并能有效改善复杂区域潮流模拟的健壮性.通过对黄浦江感潮河段潮流的模拟,表明该模型的预测结果与实测资料吻合良好,模型对潮流的模拟结果是可靠的.     

SIMPLEC算法在同位网格中的研究及应用

对流扩散问题的求解关键是确定流场,而运动方程中最困难的就是对两个一阶导数项的处理,本文主要是解决另一关键问题——压力梯度项的处理.当利用有限体积法计算流动和传热问题时,普通的网格和离散方法无法检验出不合理的压力场[1],为了克服这一困难,通常采用交错网格技术,即把速度u,v和压力p(包含其它所有标量场和物性参数)分别存在三套不同的网格系统.这可成功地解决压力与速度的耦合关系问题,SIMPLE算法是压力修正算法的主导方法,本文采用的SIMPLEC算法就是SIMPLE的一种改进.     

修正QUICK格式及其在弹状流中的应用

提出了一种适用于非均分网格的对流项差分格式优化ＱＵＩＣＫ格式,对数值传热学经典问题进行了验证性计算,得到较为理想的结果．应用这种优化ＱＵＩＣＫ格式结合ＳＩＭＰＬＥＣ算法,计算了垂直上升管中弹状流泰勒气泡周围的流场．在此基础上求解修正动量积分方程,从而修正气泡的形状,以满足对气泡内部压力恒定的要求,并选出合理的气泡上升速度．     

方腔内20～720 K温差下自然对流变物性模型

提出了适合于在温差20～720K下层流自然对流计算的变物性流体模型.在不可压流体模型的基础上,该模型考虑了流体密度、粘度和热导率随温度的改变.开发了非均匀同位网格下的SIMPLEC修正算法.用该模型对20K和720K温差下和不同Ra数(103～105)下的方腔内自然对流问题进行了数值计算,得到速度场分布、温度场分布和热壁处平均Nu数.计算结果与基准解,以及与基于Boussi-nesq假设的不可压流体模型计算结果进行了比较,验证了该模型及算法是行之有效和简单的.     

基于MATLAB的旋风分离器内流场模拟

借助MATLAB软件,采用标准κ-ε模型,基于同位网格的SIMPLEC方法,对切向入口旋风分离器内的气相流场进行了数值模拟研究。直接调用其内置函数,对旋风分离器进行网格划分,生成插值计算、三对角追赶法以及交替方向迭代法（ADI）等求解过程的函数文件以供调用,采用while循环语句组成内迭代和外迭代运算。直接调用MATLAB绘图指令,能方便地生成旋风分离器内流场的速度分布图和u-v速度矢量图。     

延迟修正QUICK格式及其在弹状流中的应用

将延迟修正ＱＵＩＣＫ格式应用于数值传热学经典问题进行验证性计算，应用流体体积模型，将延迟修正ＱＵＩＣＫ格式及界面移动施主－受主格式与ＳＩＭＰＬＥＣ算法相结合，计算了垂直管内弹状流泰勒气泡周围的流动特性。通过计算，得到了满足气泡内部压力恒定要求的泰勒气泡形状及其周围流场分布，以及泰勒气泡周围液膜厚度距离的变化规律，并与实验值进行了比较，得到了结果较为理想。     

叶片泵内气液两相流的三维流动数值模型

基于双流体模型建立针对叶片泵内气液两相三维湍流流动的数学模型和数值计算方法.相间作用力考虑了阻力和附加质量力,湍流模型考虑了因相含量脉动引起的附加源项,在SIMPLEC算法基础上提出了一种气液两相流的压力修正算法.运用所建模型计算了叶片式气液混输泵在进口含气率分别为5%,15%,25%的系列工况下叶轮的内部两相流场,并作了扬程特性预测.与实验结果的对比表明,所提出的流动模型是可靠的,并具有较宽的进口含气率适用范围.     

除尘脱硫装置气液两相流场的数值模拟

利用FLUENT软件对SHG-Ⅱ-Z型除尘脱硫装置内的气液两相流场进行了数值模拟.计算中选择RNG k-ε湍流模型及随机轨道模型,数值计算采用SIMPLEC算法.计算结果表明,实心圆锥喷射方式的除尘脱硫效率高于空心圆锥喷射方式;喷射液滴的直径和速度影响其在筒体内的分布,喷射速度越大,被完全脱除的液滴直径越大;进口气速影响液滴的脱除效率,当气速增大时要适当增大液滴的直径.     

大型泵站双向进水流道三维紊流数值模拟

结合太湖治理工程中魏村枢纽的大型排灌泵站双向进水流道设计,采用雷诺平均纳维一斯托克斯方程(RANS)和标准κ～ε湍流模型,运用SIMPLEC算法,模拟了双向进水流道在加设导水锥和未设导水锥时的三维流场,预测了旋涡的发生位置和形态．结果表明：未加导水锥时,喇叭口下有奇点,会产生附底旋涡,加设导水锥可以消除;加设导水锥后泵进口流速分布比未加导水锥时均匀;两方案的流道盲端死水区均存在对称旋涡．该研究有助于双向进水流道的水力优化设计。