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具有蒸发喷雾过程的大涡数值模拟

大连理工大学学报 2018年第2期58卷 111-117页

作者：单聪慧徐宝鹏大连理工大学能源与动力学院辽宁大连116024

采用大涡数值模拟方法对不同气体密度条件下无蒸发和有蒸发燃油喷雾进行了数值模拟,重点研究喷雾形状、喷雾贯穿距离以及粒子索特平均半径的预测值与计算网格的相关性以及亚网格脉动速度对喷雾过程的影响.计算公式采用单方程亚网格湍流... 详细信息

采用大涡数值模拟方法对不同气体密度条件下无蒸发和有蒸发燃油喷雾进行了数值模拟,重点研究喷雾形状、喷雾贯穿距离以及粒子索特平均半径的预测值与计算网格的相关性以及亚网格脉动速度对喷雾过程的影响.计算公式采用单方程亚网格湍流模型、ETAB破碎模型和基于粒子云的碰撞模型.在有无蒸发两种喷雾条件下贯穿距离和索特平均半径的预测值与实验值吻合较好,并实现了预测值与计算网格无关性.亚网格脉动速度对喷雾贯穿距离和索特平均半径影响较小,但是影响喷雾形状和粒子分布.具有蒸发的喷雾贯穿距离与无蒸发喷雾情况类似,但是由于蒸发作用,索特平均半径预测值表现出波动现象.

关键词：燃油喷雾大涡数值模拟蒸发网格相关性碰撞模型

悬跨海底管道绕流三维特性的大涡数值模拟研究

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流体机械 2018年第5期46卷 18-24页

作者：许明陈学东王冰关卫和范志超董杰合肥通用机械研究院有限公司国家压力容器与管道安全工程技术研究中心安徽压力容器与管道安全技术省级实验室安徽合肥230031

自由悬跨是海底管道安全的风险之一,涡激振动(VIV)引起的疲劳是自由悬跨海底管道的主要失效模式之一。悬跨高度是影响海底管道涡激振动频率和载荷大小的一个重要因素。采用大涡数值模拟方法(LES)研究了不同悬跨间隙比(G/D)海底管道绕流... 详细信息

自由悬跨是海底管道安全的风险之一,涡激振动(VIV)引起的疲劳是自由悬跨海底管道的主要失效模式之一。悬跨高度是影响海底管道涡激振动频率和载荷大小的一个重要因素。采用大涡数值模拟方法(LES)研究了不同悬跨间隙比(G/D)海底管道绕流的流场特性,分析了悬跨的间隙比对海管绕流场剪切层相互作用、升阻力系数和旋涡脱落等的影响规律。结果表明:与湍流模型的雷诺平均方法(RANS)相比,大涡数值模拟方法能够得到更准确和详细的近壁面圆柱绕流结果。在G/D小于0.8以后升阻力系数有明显变化,升力系数的均方根值随着G/D的减小而减小。当G/D大于0.8,升力系数的均值和均方根值基本不变,此时悬跨高度对绕流不再有明显影响。因此,可将G/D等于0.8作为临界悬跨间隙比,大于临界悬跨高度时的疲劳分析可等同于孤立管道。当G/D小于0.3以后,由于旋涡发放被抑制,升力系数的均方根值基本保持在很小的值,因此疲劳失效的风险大幅降低。而在中间过渡阶段的间隙比情况下,可以参考获得的升力系数值做更为精确的疲劳分析。

关键词：海底管道悬跨高度近壁面升阻力系数大涡数值模拟

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基于下击暴流的壁面射流大涡数值模拟

基于下击暴流的壁面射流大涡数值模拟

作者：陈彬彬重庆大学

学位级别：硕士

雷暴天气时，强下沉气流冲击地面后向四周扩散引起的具有极大冲击性的近地面强风，即下击暴流。下击暴流已经在多个国家和地区对大量的工程结构造成了严重的破坏，特别是输电塔结构的倒塌，逐渐变成结构风工程领域的热点问题。下击暴流... 详细信息

雷暴天气时，强下沉气流冲击地面后向四周扩散引起的具有极大冲击性的近地面强风，即下击暴流。下击暴流已经在多个国家和地区对大量的工程结构造成了严重的破坏，特别是输电塔结构的倒塌，逐渐变成结构风工程领域的热点问题。下击暴流出口部分具有壁面射流的特征，因此壁面射流风场发展规律的研究对分析下击暴流有着重大的理论意义。近年来，随着计算机性能的提高以及CFD数值模拟技术的发展，CFD数值模拟方法具有周期短、费用低、数据处理方便快捷等优点，已经逐渐成为研究下击暴流风场特征的主要方法。时均化的Reynolds平均法(RANS)是目前应用最广泛的湍流模拟方法，但是它无法得到风场的脉动特征，而且计算精度对湍流模型的依赖性太大。大涡数值模拟方法(LES)可以得到流场的脉动特性，而且兼顾了计算精度和效率，是一种比较有前途的模拟方法。本文将采用大涡模拟方法(LES)对壁面射流风场进行数值模拟，主要工作及结论如下： ①研究了大涡模拟中网格密度、时间步长和亚格子模型等参数选取对壁面射流模拟结果的影响，对Mclntyre所做的有协同流的壁面射流试验进行了数值建模，并对各参数设置了不同的工况进行对比，分析结果表明：对于壁面射流的LES数值模拟，亚格子模型取Smagorinsky模型，时间步长取为1×10-5s，网格满足y+在1左右时得到的结果较好。 ②根据参数分析的结果，合理地选择参数，对Mclntyre所做的有协同流的壁面射流试验进行了LES数值模拟。数值模拟得到的平均风剖面分布与试验结果吻合较好;而雷诺应力的变化趋势与试验结果大体吻合，但数值偏大。 ③壁面射流存在普遍的无量纲规律，为了验证这种无量纲特性，将LES数值模拟得到的结果进行归一化处理并与试验结果进行对比分析，结果表明：LES得到的不同位置的平均风剖面进行归一化处理后，相互之间吻合度较高;数值模拟得到的壁面射流速度峰值衰减以及速度峰值位置的变化等无量纲规律与试验结果吻合较好。 ④研究了不考虑协同流时壁面射流的无量纲规律，在前面模型的基础上将协同流处改为固壁边界条件进行LES数值模拟。将数值模拟得到的平均速度分布进行归一化处理，得到的曲线和Eriksson提出的壁面射流平均风速的无量纲规律吻合的很好;并分析了壁面射流几个常用变量之间的无量纲关系，结果显示在10b-20b范围内数值模拟得到的结果与试验数据偏差较大，而在大于20b的范围内，模拟结果与通过大量试验总结得到的无量纲规律吻合很好。 ⑤壁面粗糙度会明显改变壁面射流近壁面区域的规律，从而影响整个流场的规律。为了研究壁面粗糙度对壁面射流流场特征的影响，通过在计算域内设置按一定规律排列的长方体粗糙元的方式实现了对地面粗糙度的模拟，并对比了不同高度的粗糙元对流场平均风速分布和风速湍流度的影响，对比结果显示：粗糙元的设置对流场的风速有一定的阻碍作用，而且粗糙元高度越高，这种阻碍作用越明显;在近壁面区域粗糙元的设置会在一定程度上增大流场的风速湍流度。

关键词：下击暴流壁面射流大涡数值模拟风速湍流度

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湍流大涡数值模拟进展

空气动力学学报 2004年第2期22卷 121-129页

作者：崔桂香许春晓张兆顺清华大学工程力学系北京100084

本文简要陈述湍流大涡数值模拟的原理、优点,着重讨论湍流大涡数值模拟方法的关键问题及其可能解决的途径,包括脉动的过滤、亚格子模型、近壁模型和标量湍流的大涡数值模拟中的特殊问题。文章强调大涡数值模拟中亚格子应力的本质是可解... 详细信息

本文简要陈述湍流大涡数值模拟的原理、优点,着重讨论湍流大涡数值模拟方法的关键问题及其可能解决的途径,包括脉动的过滤、亚格子模型、近壁模型和标量湍流的大涡数值模拟中的特殊问题。文章强调大涡数值模拟中亚格子应力的本质是可解尺度湍流和不可解尺度湍流动量间的输运,并以作者最近提出的新型亚格子模型说明发展亚格子模型的正确途径。文章最后提出湍流大涡数值模拟近期需要迫切解决的问题和其他具有挑战性的方向。

关键词：湍流大涡数值模拟亚格子模型近壁模型标量湍流计算空气动力学

粘弹性流体强迫各向同性湍流大涡数值模拟研究

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粘弹性流体强迫各向同性湍流大涡数值模拟研究

作者：王璐哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

自从Toms发现向液体中添加少量聚合物会产生湍流减阻效果以来，国内外学者对湍流减阻现象展开了深入的研究。众多学者采用数值模拟的方法对其进行研究，其中大涡数值模拟（LES）方法不仅可以减少计算量，还可以获得更多的流场内部微观... 详细信息

自从Toms发现向液体中添加少量聚合物会产生湍流减阻效果以来，国内外学者对湍流减阻现象展开了深入的研究。众多学者采用数值模拟的方法对其进行研究，其中大涡数值模拟（LES）方法不仅可以减少计算量，还可以获得更多的流场内部微观信息，故其既可以用于理论研究也可以用于解决实际工程问题。本文将采用LES方法对粘弹性流体强迫各向同性湍流进行数值模拟。本文首先介绍两种LES亚格子模型，即：ADM模型和TADM模型，并将两种亚格子模型进行比较。应用这两种LES亚格子模型对牛顿流体强迫各向同性湍流进行模拟，并将模拟所得的结果与牛顿流体DNS结果进行比较，验证两种模型的正确性。这两种模型分别代表了LES中的两大类亚格子模型，即：空间过滤亚格子模型和时间过滤亚格子模型。通过比较ADM模型和TADM模型，可以得到空间过滤与时间过滤的差异，进而选择较好的TADM模型来模拟粘弹性流体工况。其次，基于TADM模型对粘弹性流体强迫各向同性湍流进行LES模拟，并分析其特性。将TADM模型模拟的粘弹性流体结果与已知的粘弹性流体DNS结果进行比较，验证其正确性。根据LES的结果分析了粘弹性流体强迫各向同性湍流的湍流基本参数和拟涡能及变形能的变化规律。发现粘弹性流体的减阻效果随着粘弹性流体溶液浓度的增加而明显变强。通过提取牛顿流体和粘弹性流体各向同性湍流中的相干结构，发现粘弹性的存在抑制了小尺度涡结构，进而说明小尺度间歇性受到抑制。通过分析速度偏导数的高阶关联函数，更为直接地说明流体的粘弹性抑制了湍流流动的小尺度间歇性。通过分析粘弹性流体分子变形率的迹，发现维森贝格数对粘弹性流体分子微观结构的拉伸程度有很大的影响，但是粘弹性流体溶液的浓度对其影响不大。最后，应用二维本征正交分解方法对速度场进行分析，发现粘弹性流体和牛顿流体在捕捉相同百分比的湍动能时，粘弹性流体所需的本征函数个数较少，这说明了在粘弹性流体中相干结构受到抑制，使得流动相对规则。

关键词：粘弹性流体强迫各向同性湍流大涡数值模拟湍流减阻

弧形闸门突扩突跌段侧墙空化特性的大涡数值模拟研究

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弧形闸门突扩突跌段侧墙空化特性的大涡数值模拟研究

作者：李永刚西安理工大学

学位级别：硕士

随着泄水建筑物中的水流速度不断提高,侧墙的空化空蚀问题日益凸现,成为高速水流泄水工程中亟待解决的关键性问题。虽然对侧墙空化空蚀问题的研究已经取得了一定的成果,但对其认识还很不充分。本文在回顾总结前人研究的基础上,通过计算... 详细信息

随着泄水建筑物中的水流速度不断提高,侧墙的空化空蚀问题日益凸现,成为高速水流泄水工程中亟待解决的关键性问题。虽然对侧墙空化空蚀问题的研究已经取得了一定的成果,但对其认识还很不充分。本文在回顾总结前人研究的基础上,通过计算流体动力学软件—Fluent,采用较为精细的大涡模拟的方法和VOF自由液面追踪技术,结合九甸峡水利枢纽工程常压模型实验结果,对弧形闸门突扩突跌段进行数值模拟研究,主要研究内容及成果如下： (1)从紊流脉动压力的控制方程出发,结合弧形闸门突扩突跌段的基本水力学特性,指出“紊动—剪切”是侧墙的强脉动源。由于侧墙存在反射低压区,脉动会导致间歇空化的发生,指明了本研究的方向。对大涡模拟的理论进行了较为详细的阐述,并以经典的后台阶流动,率定了Smagorinsky亚格子模型常数。 (2)将大涡模型和处理气液两相流的VOF模型结合,采用结构化网格,对弧形闸门突扩突跌段的水力特性进行了数值模拟,得到了流态、流速、压力、底侧空腔等水力学特性。通过与水工模型实验结果的对比,表明大涡数值模拟方法能够较精确的模拟出弧形闸门突扩突跌段的水流流场,验证了模型的可靠性。 (3)弧形闸门突扩突跌段侧墙部位存在比较集中的时均低压区,并且低压区的位置随水深无明显变化;低压区的相对压力脉动强度高达0.33。由于紊流相干漩涡关联运动的影响,测点沿水流方向脉动压力的相关系数并不与距离成线性关系,总体趋势随距离的增大而减小;从对频谱的分析可以看出,测点处脉动压力脉动属于低频脉动。 (4)研究表明,弧形闸门突扩突跌段侧墙处的时均空化数并不低,但是由于脉动的影响,某些测点计算得到很大的间歇空化系数,这些测点处极有可能出现明显的由脉动压力引起的瞬态空化水流,从而成为弧形闸门突扩突跌段侧墙的空化源,导致侧墙造成空蚀破坏。

关键词：突扩突跌大涡数值模拟亚格子模型脉动压力间歇空化

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基于大涡数值模拟的磨粒流流场仿真分析

机电工程 2016年第5期33卷 537-541页

作者：尹延路滕琦李俊烨张心明董坤周立宾长春理工大学机电工程学院吉林长春130022 东北林业大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150040

针对磨粒流在非直线管类零件中磨削效果受速度影响及磨削不均匀的问题,应用流体力学软件Fluent,采用Eulerian-Eulerian（欧拉—欧拉）固-液两相流大涡模拟湍流模型与SIMPLE算法,对不同入口速度条件下U型管内磨粒流的流动状态进行了数值... 详细信息

针对磨粒流在非直线管类零件中磨削效果受速度影响及磨削不均匀的问题,应用流体力学软件Fluent,采用Eulerian-Eulerian（欧拉—欧拉）固-液两相流大涡模拟湍流模型与SIMPLE算法,对不同入口速度条件下U型管内磨粒流的流动状态进行了数值模拟研究。对比分析了6种不同速度入口条件下的静态压强、壁面剪切力以及湍流粘度的分布,并分析了入口条件不变情况下的速度分布矢量图和U型管不同位置的速度分布截面图。研究结果表明,增大磨粒流的入口速度有利于提高其对U型管内表面的磨削效果,且在U型管的入口段部分磨削效果较均匀,在弯管部分的0°~30°截面间对内侧壁面的磨削效果要好于外侧壁面,在弯管部分的60°~180°截面间以及在出口段部分,对外侧壁面的磨削效果要好于内侧壁面。

关键词：磨粒流 U型管 Eulerian-Eulerian 大涡数值模拟