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分离涡模拟类方法发展及在叶轮机械内流场的应用

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南京航空航天大学学报 2017年第3期49卷 301-312页

作者：高丽敏李瑞宇赵磊杨泽宇西北工业大学动力与能源学院西安710072 先进航空发动机协同创新中心北京100083

分离涡模拟(Detached eddy simulation,DES)方法是目前支撑叶轮机械精细化设计的高精度且工程可实现的数值模拟方法之一。本文简要回顾了DES类方法的发展历程、存在问题和解决方法,并以基于一方程的DES类方法为例阐明其构造思路。在准... 详细信息

分离涡模拟(Detached eddy simulation,DES)方法是目前支撑叶轮机械精细化设计的高精度且工程可实现的数值模拟方法之一。本文简要回顾了DES类方法的发展历程、存在问题和解决方法,并以基于一方程的DES类方法为例阐明其构造思路。在准确性验证方面,针对叶轮机械中普遍存在的分离和转捩现象,结合当前DES类方法对经典物理模型的模拟结果,分析了DES类方法对该现象的预测能力。在此基础上,对DES类方法在直叶栅、亚声速和跨声速叶轮机械内流场的预测精度及应用现状进行了简要评述,并着重分析了当前DES类方法在叶轮机械应用中需要兼顾的问题,为下一步DES方法在高性能压气机设计中的应用提供参考。

关键词：分离涡模拟叶轮机械设计高精度数值模拟大分离流动

分离涡模拟方法在内埋弹舱机弹分离模拟中的应用

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空气动力学学报 2022年第3期40卷 190-202,I0004页

作者：李欢杨悦悦张杰崔鹏程贾洪印张培红中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所绵阳621000

为了研究内埋弹舱非定常流场对武器投放分离特性的影响,基于分离涡模拟(DES)方法和非结构重叠网格技术,建立了内埋武器机弹分离高精度数值模拟方法。在此基础上,首先通过典型空腔流动和机弹分离算例验证了数值方法的有效性,然后采用平... 详细信息

为了研究内埋弹舱非定常流场对武器投放分离特性的影响,基于分离涡模拟(DES)方法和非结构重叠网格技术,建立了内埋武器机弹分离高精度数值模拟方法。在此基础上,首先通过典型空腔流动和机弹分离算例验证了数值方法的有效性,然后采用平均雷诺应力模拟(RANS)和DES两种方法探究了机弹分离过程中弹舱腔内涡结构的演化历程,分析了两种方法在机弹分离流场结构模拟中的差异,研究了内埋弹舱流场结构对导弹分离特性的影响。计算结果表明:机弹分离过程中,高强度涡结构逐渐向弹舱腔体后缘聚集,同时弹舱剪切层流动结构被导弹破坏,导弹出弹舱阶段俯仰方向所受气动力矩急剧变化。相比RANS方法,DES方法捕捉到的高强度小尺度涡结构对导弹压力分布影响较大,使得分离后期导弹俯仰角、俯仰角速度产生明显差异,DES方法更适合内埋武器舱分离特性精细化研究。该研究结果可为内埋武器机弹分离研究的计算方法选择和安全分离策略提供一定的参考依据。

关键词：内埋弹舱机弹分离分离涡模拟非结构重叠网格非定常数值模拟

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基于雷诺应力模型的高精度分离涡模拟方法

物理学报 2017年第18期66卷 113-129页

作者：王圣业王光学董义道邓小刚国防科学技术大学航天科学与工程学院长沙410073 中山大学物理学院广州510275

基于Speziale-Sarkar-Gatski/Launder-Reece-Rodi(SSG/LRR)-ω雷诺应力模型发展了一类分离涡模拟方法,结合高精度加权紧致非线性格式在典型翼型及三角翼算例中进行了验证,并和传统基于线性涡粘模型的分离涡模拟方法进行了对比.结果表明... 详细信息

基于Speziale-Sarkar-Gatski/Launder-Reece-Rodi(SSG/LRR)-ω雷诺应力模型发展了一类分离涡模拟方法,结合高精度加权紧致非线性格式在典型翼型及三角翼算例中进行了验证,并和传统基于线性涡粘模型的分离涡模拟方法进行了对比.结果表明:基于SSG/LRR-ω模型的分离涡模拟方法,提高了原雷诺应力模型对非定常分离湍流的模拟能力;同时相比于传统基于线性涡粘模型的分离涡模拟方法,尤其是在翼型最大升力迎角和三角翼涡破裂迎角附近,该方法在平均气动力预测的准确度、分离湍流模拟的精细度等方面更加优秀.

关键词：湍流流动雷诺应力模型分离涡模拟加权紧致非线性格式

基于分离涡模拟的平板气膜涡系结构与流动损失数值研究

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推进技术 2023年第5期44卷 86-96页

作者：吴琼尹钊张华良徐玉杰陈海生中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学北京100049 中科南京未来能源系统研究院江苏南京211135 中国科学院清洁能源创新研究院辽宁大连116023

气膜冷却在保护高温部件的同时,主流与冷气干涉会形成复杂的涡系结构并造成掺混损失,研究二者之间的作用机理对指导气冷涡轮优化设计具有重要意义。本文采用DES(Detached-Eddy Simulation)方法对平板圆柱气膜孔的流场进行非定常数值模拟... 详细信息

气膜冷却在保护高温部件的同时,主流与冷气干涉会形成复杂的涡系结构并造成掺混损失,研究二者之间的作用机理对指导气冷涡轮优化设计具有重要意义。本文采用DES(Detached-Eddy Simulation)方法对平板圆柱气膜孔的流场进行非定常数值模拟,分析了涡系演变规律以及掺混损失。结果表明:随着吹风比的提高,冷气射流与主流的流动掺混过程表现为两种不同的模式,低吹风比时下游冷气主要受顺时针方向的迎风涡控制,高吹风比时逆时针方向的迎风涡和顺时针方向的背风涡同时控制下游冷气运动;频谱分析显示,流场扰动存在着明显的倍频关系,基频信号由脱落涡产生,频率大小与吹风比呈线性关系;损失分析表明,流场损失主要由冷气与主流的温差换热导致,占总熵损失的90%以上。

关键词：燃气轮机气膜冷却冷气掺混迎风涡气动损失雷诺应力分离涡模拟

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凹陷涡发生器非稳态流动与传热分离涡模拟

工程热物理学报 2017年第6期38卷 1196-1202页

作者：杨云张鹏饶宇饶琨上海交通大学机械与动力工程学院叶轮机械研究所上海200240 浙江盾安机电科技有限公司诸暨311835

本文对具有凹陷涡发生器的冷却通道内非稳态湍流流动与传热特性进行了分离涡模拟研究。通道内流动雷诺数为50500,凹陷涡发生器深度与直径比为0.2。分离涡模拟结果与实验数据进行了对比验证,并对凹陷表面非稳态流动与传热特性进行了详细... 详细信息

本文对具有凹陷涡发生器的冷却通道内非稳态湍流流动与传热特性进行了分离涡模拟研究。通道内流动雷诺数为50500,凹陷涡发生器深度与直径比为0.2。分离涡模拟结果与实验数据进行了对比验证,并对凹陷表面非稳态流动与传热特性进行了详细分析。研究结果表明:分离涡模拟得到的凹陷表面时均局部Nμ数分布与瞬态液晶热像实验得到的Nμ数分布相似,并且总体平均Nμ数和摩擦因子与实验数据也较好地吻合;分离涡模拟获得了详细的凹陷涡发生器表面非稳态流动和传热特征,凹陷表面前缘处的低换热区形成左右两个旋涡,经历了形成、旋转、回流、破碎四个过程,这些非稳态的涡流动显著地强化了凹陷表面的对流传热性能。

关键词：分离涡模拟凹陷涡发生器燃气轮机冷却非稳态流动强化传热

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偏心搅拌槽内宏观不稳定性的分离涡模拟

高校化学工程学报 2012年第2期26卷 228-234页

作者：杨锋苓周慎杰王贵超山东大学机械工程学院山东济南250061 山东大学能源与动力工程学院动力工程及工程热物理博士后流动站山东济南250061

为研究偏心搅拌槽内的宏观不稳定性,基于分离涡模型建立了偏心搅拌数值模拟方法。采用滑移网格法模拟搅拌桨的旋转,实现了偏心搅拌流场的非稳态模拟。对不同工况时的宏观不稳定性进行了频谱分析,讨论了偏心率、雷诺数和桨径比对宏观不... 详细信息

为研究偏心搅拌槽内的宏观不稳定性,基于分离涡模型建立了偏心搅拌数值模拟方法。采用滑移网格法模拟搅拌桨的旋转,实现了偏心搅拌流场的非稳态模拟。对不同工况时的宏观不稳定性进行了频谱分析,讨论了偏心率、雷诺数和桨径比对宏观不稳定频率的影响,并进行了PIV实验验证。研究表明,偏心搅拌槽内存在明显的宏观不稳定现象,其变化周期约为桨叶通过周期的10倍;PIV实验结果与分离涡模拟结果吻合较好,都表明偏心搅拌槽内的宏观不稳定频率随雷诺数的升高而增大,随偏心率的增大而减小,随桨径比的增大而增大。

关键词：偏心搅拌宏观不稳定性分离涡模拟计算流体动力学粒子图像测速仪

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静动干涉流动的分离涡模拟研究

工程热物理学报 2009年第6期30卷 953-956页

作者：李雪松奉凡顾春伟清华大学热能工程系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

本文基于一种并行高精度的静动交接面处理方法,采用了SA模型及基于SA的分离涡模拟DES方法,进行了某压气机静动干涉流动的计算。研究表明对本文算例,在微小分离处,如20%到80%叶高处,DES与SA计算出的流动损失相差很小;而在大分离处,如叶... 详细信息

本文基于一种并行高精度的静动交接面处理方法,采用了SA模型及基于SA的分离涡模拟DES方法,进行了某压气机静动干涉流动的计算。研究表明对本文算例,在微小分离处,如20%到80%叶高处,DES与SA计算出的流动损失相差很小;而在大分离处,如叶根叶顶处,DES结果与SA差别较大,并且DES可更好地描述涡结构。在叶顶处,DES计算出比SA更强的泄漏流动,导致更大的损失。在叶根处,DES计算出了明显的静叶动态尾迹涡脱落现象,这一现象导致了与SA不一样的损失机理,即脱落涡与动叶头部相撞而产生时序效应,从而使计算损失较小。同时,本文研究结果与之前对孤立静叶的研究是相互验证的。

关键词：分离涡模拟静动干涉尾迹叶顶泄漏流损失机理

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有大分离的压气机高压级静叶分离涡模拟研究

工程热物理学报 2009年第1期30卷 31-34页

作者：李雪松顾春伟清华大学热能工程系北京100084

将分离涡模拟方法应用于高雷诺数压气机静叶有大分离的复杂流动计算中,研究该方法对分离的模拟能力。采用约280万网格,SA计算仅能得到定常结果。DES计算在叶片中部小分离区域,所得到的非定常波动较弱,尾迹掺混略慢于SA,结果整体上与SA... 详细信息

将分离涡模拟方法应用于高雷诺数压气机静叶有大分离的复杂流动计算中,研究该方法对分离的模拟能力。采用约280万网格,SA计算仅能得到定常结果。DES计算在叶片中部小分离区域,所得到的非定常波动较弱,尾迹掺混略慢于SA,结果整体上与SA类似。在叶片端壁附近有大分离的区域,DES结果捕捉到了明显的非定常现象与压力波动,计算表明吸力面涡脱落会加强掺混,而端壁分离则会加强尾迹。另外,DES计算比SA更详细地描述了涡结构。这表明DES有比SA更好的模拟大分离的能力。计算结果也加深了对静叶角涡与尾迹发展的认识。

关键词：分离涡模拟压气机静叶大分离尾迹

基于分离涡模拟的核主泵全工况水力性能计算精度研究

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核动力工程 2021年第2期42卷 125-130页

作者：王秀勇刘志远刘宇宁黎义斌兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050 甘肃省流体机械及系统重点实验室兰州730050

为了研究分离涡模拟模型对核主泵水力性能预测精度的影响,在六面体结构化网格的基础上,采用基于SSTκ-ω的分离涡模拟(DES)、延迟分离涡模拟(DDES)和改进的延迟分离涡模拟(IDDES),分别进行全流量工况条件下的非定常数值计算,并与RNGκ-... 详细信息

为了研究分离涡模拟模型对核主泵水力性能预测精度的影响,在六面体结构化网格的基础上,采用基于SSTκ-ω的分离涡模拟(DES)、延迟分离涡模拟(DDES)和改进的延迟分离涡模拟(IDDES),分别进行全流量工况条件下的非定常数值计算,并与RNGκ-ε模型的计算结果作对比,从相对计算误差的大小和离散度2个方面对4种湍流模型的计算精度进行综合评判。研究结果表明:各分离涡模拟模型在全流量工况点的综合计算精度远高于RNGκ-ε模型;DDES和IDDES模型在全流量工况条件下的计算精度基本一致,并且都高于DES模型;DDES模型在设计工况点附近的计算精度明显优于IDDES。综合比较来看,DDES模型更适用于核主泵的性能预测。

关键词：分离涡模拟计算精度湍流模型核主泵全工况