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基于改进的低雷诺数湍流模型的软性磨粒流加工仿真与实验

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中国机械工程 2014年第6期25卷 800-807页

作者：袁巧玲计时鸣文东辉谭大鹏张利浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室杭州310014

针对模具结构化表面软性磨粒流精密加工中壁面特性求解困难的问题,基于改进的低雷诺数湍流模型提出了一种对软性磨粒流壁面特性进行分析的方法.该模型仿真的湍流可以从充分发展的高雷诺数湍流到低雷诺数湍流,所以,对于壁面区域的求解精... 详细信息

针对模具结构化表面软性磨粒流精密加工中壁面特性求解困难的问题,基于改进的低雷诺数湍流模型提出了一种对软性磨粒流壁面特性进行分析的方法.该模型仿真的湍流可以从充分发展的高雷诺数湍流到低雷诺数湍流,所以,对于壁面区域的求解精度更高.以机械加工中常见的U形沟槽为仿真对象,数值模拟了其内部流场,尤其是壁面区的流场特征参数.分析结果表明：当初始压力p0在2.5～4.5MPa之间时,流道的内部流动是不完全发展的湍流,详细分析了p0为4.5MPa时渐变截面流道的内部流动,压力与速度分布均是中心高、两侧低,而且越靠近U形底部,压力值和速度值越高;磨粒流速度一直增大,磨粒受到的驱动力增大,使得单位时间内颗粒与壁面的碰撞增加.通过碰撞观测实验发现磨粒对壁面的碰撞速度与仿真结果相符,加工实验进一步验证了仿真结果.

关键词：模具结构化表面低雷诺数湍流模型软性磨粒流加工

基于低雷诺数湍流模型的筛板萃取塔液液流场CFD模拟

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基于低雷诺数湍流模型的筛板萃取塔液液流场CFD模拟

作者：周元福州大学

学位级别：硕士

液液萃取作为一种可靠、高效的分离技术,广泛应用于石油、化工、食品、医药等行业。液液萃取设备中的筛板萃取塔具有结构简单、制造成本低、处理量大和可处理腐蚀性料液等优点。节能、高效筛板萃取塔的设计一直是萃取领域的一个重大研... 详细信息

液液萃取作为一种可靠、高效的分离技术,广泛应用于石油、化工、食品、医药等行业。液液萃取设备中的筛板萃取塔具有结构简单、制造成本低、处理量大和可处理腐蚀性料液等优点。节能、高效筛板萃取塔的设计一直是萃取领域的一个重大研究课题,其核心问题是如何准确的捕捉塔板间内回流区位置和大小以及筛板间的最大速度从而获得筛板上的液液流型信息。本文采用低雷诺数湍流模型对筛板萃取塔液液流场CFD模拟,并对塔内件进行结构优化,进而指导设计节能、高效筛板萃取塔。主要研究内容和结论如下所述:(1)采用低雷诺数湍流模型对筛板塔萃取过程中连续相进行模拟,并将模拟结果与其PIV(粒子成像测速仪)实验测量结果对比。研究结果表明:低雷诺数湍流模型能够准确捕捉回流区域位置和大小以及筛板间的最大速度,且最大速度相对误差仅有3.8%。(2)基于低雷诺数湍流模型、欧拉-欧拉两相流模型对筛板萃取塔液液流场CFD模拟,模拟计算了在不同分散相流量下筛板萃取塔内分散相存留分数,并将其与Laddha-Degaleesan提出的经验关联式计算的分散相存留分数进行对比,最大偏差在10%以内。(3)针对某石化PTA企业醋酸回收单元中筛板萃取塔萃余相醋酸含量不达标的原因进行分析计算,研究表明筛板下分散相聚并层偏高,导致两相有效传质区域过小,从而影响萃取性能。(4)采用两相流模型对简化后的筛板萃取塔结构进行CFD模拟,分析塔内件结构(板间距、堰高、筛孔直径、降液管等)对液液流型的影响。研究表明:在一定的开孔面积下,分散相聚并层高度均不随筛孔直径的大小和降液管结构的改变而发生明显的变化,但筛板下分散相聚并层高度随板上堰高减小,先减小后增大。当堰高为6mm时,筛板下两相有效传质面积大,且塔内两相液液流型得到了明显的改善。根据模拟结果对该PTA企业实际筛板萃取塔的塔内件进行改造,结果表明改造后萃余相醋酸含量低于0.1%,达到设计要求。

关键词：低雷诺数湍流模型液液流型筛板萃取塔结构优化 CFD

带有剪切应力输运性质的k-ε两方程湍流模型构造与应用

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空气动力学学报 2019年第3期37卷 419-425页

作者：王伟张扬陈利丽航空工业第一飞机设计研究院西安710089 西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049

由于传统的壁面衰减函数峰值并不考虑雷诺数的变化,因此仅能在特定的雷诺数下还原边界层的近壁衰减效应。为了改善这个缺陷,一个结合不同湍流雷诺数的因子被引入壁面衰减函数,从而使其峰值对雷诺数的变化能够合理感知。另外,基于DNS数据... 详细信息

由于传统的壁面衰减函数峰值并不考虑雷诺数的变化,因此仅能在特定的雷诺数下还原边界层的近壁衰减效应。为了改善这个缺陷,一个结合不同湍流雷诺数的因子被引入壁面衰减函数,从而使其峰值对雷诺数的变化能够合理感知。另外,基于DNS数据,将Bradshaw假设中的常数进行了重新标定,引入平滑的湍涡黏性系数切换函数,最终形成了一个带有剪切应力输运性质的k-ε两方程湍流模型。通过平板、翼型、二维鼓包以及翼身组合体进行了校验,结果显示新模型的精度较高,具有一定的工程实用价值。

关键词：湍流模型两方程模型低雷诺数湍流模型翼型

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小离地高度下翼型气动特性计算模型的研究

哈尔滨工程大学学报 2008年第11期29卷 1160-1165页

作者：顾璇郜冶贺征王革哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院黑龙江哈尔滨150001

在地面效应影响下,翼型的气动性能会发生很大变化.研究过程中发现离地高度较小,翼型与地面的距离与壁面边界层厚度处于同一数量级时,使用高雷诺数湍流模型和标准壁面函数计算所得的升力系数会严重偏离实验值.通过改进湍流模型和壁面边界... 详细信息

在地面效应影响下,翼型的气动性能会发生很大变化.研究过程中发现离地高度较小,翼型与地面的距离与壁面边界层厚度处于同一数量级时,使用高雷诺数湍流模型和标准壁面函数计算所得的升力系数会严重偏离实验值.通过改进湍流模型和壁面边界,即用低雷诺数湍流模型结合混合壁面边界的处理方法解决了以上问题.计算结果与实验值的比较说明,该方法在离地高度较小时是十分有效和可靠的,而随着离地高度的增大,该方法的计算误差也将随之增大.所以在计算翼型的近地气动特性时,应先比较翼型表面与地面之间的间距和壁面边界层厚度,再确定采用相应的计算模型来提高计算的准确度.

关键词：地面效应翼型小离地高度低雷诺数湍流模型混合壁面边界处理方法

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规整填料内气体流动和传质的CFD模拟

规整填料内气体流动和传质的CFD模拟

作者：张西雷天津理工大学

学位级别：硕士

规整填料中的传质效率和传质阻力决定了填料塔设备的尺寸大小和生产能耗,所以提高规整填料的传质效率或者降低传质阻力,都能够降低填料塔的建造成本和生产能耗。研究发现,通过改变规整填料孔道的几何特性来强化传质往往会引起压降的升高... 详细信息

规整填料中的传质效率和传质阻力决定了填料塔设备的尺寸大小和生产能耗,所以提高规整填料的传质效率或者降低传质阻力,都能够降低填料塔的建造成本和生产能耗。研究发现,通过改变规整填料孔道的几何特性来强化传质往往会引起压降的升高,而降低了流动阻力却会减弱了传质效率。由于传质主要发生在边界层,流动阻力主要由主体流动决定,这就为强化传质的同时减小传质阻力提供了理论依据。规整填料孔道内流体的流动特性难以检测,本文利用显色化学反应实验的方法获得规整填料内流体的流动特性和传质系数的分布规律,显色化学反应实验的优点是能够在不破坏规整填料内流体流场的前提下获得实验所需要的传质系数和传质特性。本文尝试使用计算流体力学（CFD）的方法对规整填料进行研究,以获得规整填料内流体的流动特性和传质系数的分布规律,该方法的优点是能够直接获得规整填料内流体的流场图,操作简便。本文根据规整填料内流场的流动特性,建立了包括能够精确模拟主体流动和边界层特性的低雷诺数K-ε湍流模型和计算传质系数的表面快反应模型,并把模拟结果和实验结果及文献数据进行了对比,验证了该方法的可靠性。为了解决传质和阻力的矛盾,利用以上理论依据,本文提出在规整填料之间加入平面隔板。由于气体在规整填料孔道内流动的阻力主要由壁区摩擦阻力、流动改向阻力和交叉流动阻力三部分组成,所以隔板的加入能够消除气气交叉阻力,本文从实验和CFD模拟两部分出发,对该方案进行了验证,结果表明,加入隔板之后,规整填料的平均传质系数得到了提高,传质阻力下降。本文的研究仅限于规整填料的研究,但是对其他填料的研究开发也有一定借鉴作用。

关键词：规整填料点传质 CFD 低雷诺数湍流模型

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平直翅片的数值模拟及结构改进

化学工业与工程 2017年第1期34卷 65-70页

作者：徐赛朱慧铭喻茹天津大学化工学院天津300072

利用CFD方法建立计算平直翅片性能的数值模型。为准确模拟湍流区域翅片j和f因子,采用低雷诺数湍流模型;通过UDF方法用Prt(湍流普朗特数)模型替代FLUENT软件中默认值(0.85)。计算结果表明:计算j和f因子与实验结果的平均绝对误差分别为6.... 详细信息

利用CFD方法建立计算平直翅片性能的数值模型。为准确模拟湍流区域翅片j和f因子,采用低雷诺数湍流模型;通过UDF方法用Prt(湍流普朗特数)模型替代FLUENT软件中默认值(0.85)。计算结果表明:计算j和f因子与实验结果的平均绝对误差分别为6.72%和6.47%。在流动方向的任意横截面上,翅片中心处温度最低,且随着雷诺数增大而降低。翅片中心处与进口流体温差比上下板与进口流体温差低5%~18%。为强化翅片与上(下)板接触区域传热,间隔切除部分翅片,j因子增大2.76%~12.44%,而f因子保持不变。

关键词：平直翅片低雷诺数湍流模型湍流普朗特数湍流区域 CFD

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矩形方腔湍流自然对流数值模拟研究

浙江理工大学学报（自然科学版） 2008年第4期25卷 457-461页

作者：赵秉文刑荣鹏张世将陈晓春浙江理工大学建筑工程学院杭州310018 苏州工业园区城市发展有限公司江苏苏州215123 合肥工业大学建筑设计研究院合肥230001 中国建筑设计研究院建筑节能与新能源工程中心北京100044

利用Lam-Bremhorst低雷诺数湍流模型,对流项差分格式采用QUICK格式,结合非稳态计算方法,对矩形方腔自然对流问题进行了数值模拟研究。计算结果表明:随着时间的推进,流场逐渐稳定,最后趋于定常;将最终稳定的速度场与实验和大涡模拟结果... 详细信息

利用Lam-Bremhorst低雷诺数湍流模型,对流项差分格式采用QUICK格式,结合非稳态计算方法,对矩形方腔自然对流问题进行了数值模拟研究。计算结果表明:随着时间的推进,流场逐渐稳定,最后趋于定常;将最终稳定的速度场与实验和大涡模拟结果进行比较,发现数值模拟能准确地预测出速度场、温度场以及湍动能场。

关键词：矩形方腔自然对流低雷诺数湍流模型数值模拟

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板翅式换热器平直翅片的数值模拟

计算机与应用化学 2015年第8期32卷 977-981页

作者：徐赛朱慧铭喻茹天津大学化工学院天津300072

利用CFD的方法建立了简单、准确计算板翅式换热器平直翅片在层流和湍流区域性能的数值模型。在湍流区域使用低雷诺数湍流模型来替代壁面函数的方法,f因子的平均绝对误差从22.7%降低到7.9%;并用湍流普朗特数模型代替FLUENT软件中默认的... 详细信息

利用CFD的方法建立了简单、准确计算板翅式换热器平直翅片在层流和湍流区域性能的数值模型。在湍流区域使用低雷诺数湍流模型来替代壁面函数的方法,f因子的平均绝对误差从22.7%降低到7.9%;并用湍流普朗特数模型代替FLUENT软件中默认的湍流普朗特数常量(0.85)使得j因子平均绝对误差从17.9%降低到6.9%;通过以上两个措施使得CFD方法能够更准确预测平直翅片性能。对18种具有不同几何结构参数的平直翅片进行数值模拟;计算结果表明:翅片间距、高度对性能有较大影响而翅片厚度影响较小。同时,回归了j和f因子关联式。

关键词：平直翅片低雷诺数湍流模型湍流普朗特数湍流区域 CFD UDF