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大涡模拟试验中台风梯度风平衡分析

热带气象学报 2023年第1期39卷 102-114页

作者：陈珲吴立广周星阳复旦大学大气与海洋科学系/大气科学研究院上海200438

尽管经典台风强度理论是基于梯度风平衡模型,但是已有的飞机观测资料和数值模拟研究发现,边界层中和眼墙附近存在非梯度风平衡气流,前人数值模拟发现,眼墙附近最大的超梯度风可以达到切向风速的16.7%。大涡模拟可以模拟出滚涡和龙卷尺... 详细信息

尽管经典台风强度理论是基于梯度风平衡模型,但是已有的飞机观测资料和数值模拟研究发现,边界层中和眼墙附近存在非梯度风平衡气流,前人数值模拟发现,眼墙附近最大的超梯度风可以达到切向风速的16.7%。大涡模拟可以模拟出滚涡和龙卷尺度涡旋等小尺度系统,这些小尺度系统对梯度风平衡可能产生影响,使用中尺度天气预报模式结合大涡模拟(WRF-LES)对模拟台风内核区域方位角平均的梯度风平衡进行了分析,三个大涡模拟试验的水平分辨率分别为333 m、111 m和37 m,结果表明非梯度风平衡气流并未因为分辨率提高而显著增强或产生结构差异,最大超梯度风出现在边界层顶处最大切向风半径的内侧,达到梯度风速的10.8%~16.1%。进一步分析发现,不同台风中心定位方法会影响非梯度风平衡气流,最小气压方差法和最大切向风法可以得到与前人模拟一致的结构,而气压权重法得到的低层超梯度风中心远离眼墙、靠近台风中心,位涡权重法得到的低层超梯度风的径向范围向内扩大,最小气压方差法和最大切向风法更适合用于梯度风平衡研究中的台风中心定位。

关键词：台风大涡模拟梯度风平衡

大涡模拟Smagorinsky模型用于磨粒流精密加工喷嘴的质量控制研究

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中国机械工程 2020年第10期31卷 1169-1174页

作者：李俊烨卢慧苏宁宁张心明张宏伟长春理工大学跨尺度微纳制造教育部重点实验室长春130022 长春设备工艺研究所长春130012

为研究固液两相磨粒流加工喷嘴小孔过程中的流场分布、涡旋形成规律及涡旋的存在对磨粒流加工的影响机制,采用Smagorinsky亚格子模型对磨粒流加工喷嘴小孔的流道进行大涡数值模拟,并使用磨粒流对变直径喷嘴工件进行加工试验。数值模拟... 详细信息

为研究固液两相磨粒流加工喷嘴小孔过程中的流场分布、涡旋形成规律及涡旋的存在对磨粒流加工的影响机制,采用Smagorinsky亚格子模型对磨粒流加工喷嘴小孔的流道进行大涡数值模拟,并使用磨粒流对变直径喷嘴工件进行加工试验。数值模拟发现磨粒流流体中磨粒与壁面的碰撞与剪切作用随流体的速度增大而增大,同一截面的速度存在速度差,其中还伴随涡旋的存在;通过试验研究发现:经固液两相磨粒流加工后的喷嘴小孔表面质量得到明显提高,喷嘴经过四次不同入口速度的磨粒流加工后大孔处表面粗糙度Ra由1.24μm降至0.542μm,小孔处表面粗糙度Ra由1.21μm降至0.437μm。结论显示固液两相磨粒流加工技术可有效提高被加工喷嘴工件的内表面质量,加工时同一截面的速度存在速度差,速度差的存在利于涡旋的形成,涡旋的存在利于提高磨粒流加工过程的剪切作用,有助于获得高质量的喷嘴小孔内通道表面。

关键词：大涡模拟亚格子模型磨粒流加工喷嘴小孔表面质量

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高山峡谷桥址处风场特性的大涡模拟研究

中南大学学报（自然科学版） 2023年第1期54卷 137-145页

作者：严磊李妍何旭辉邹云峰中南大学土木工程学院湖南长沙410075 高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075 轨道交通工程结构防灾减灾湖南省重点实验室湖南长沙410075

为研究高山峡谷桥址处的风场特性,采用大涡模拟对川藏线迫龙沟大桥桥址10 km范围内的风场特性进行模拟和分析。采用谐波合成法生成大气边界层来流,比较采用均匀来流和边界层来流作为入口边界时的模拟结果。研究结果表明:模拟获得的桥址... 详细信息

为研究高山峡谷桥址处的风场特性,采用大涡模拟对川藏线迫龙沟大桥桥址10 km范围内的风场特性进行模拟和分析。采用谐波合成法生成大气边界层来流,比较采用均匀来流和边界层来流作为入口边界时的模拟结果。研究结果表明:模拟获得的桥址平均风速剖面和脉动风速标准差剖面均与相应的风洞试验结果吻合良好,验证了大涡模拟的准确性以及其模拟脉动风特性的有效性;入口来流类型对桥址处平均风速剖面和脉动风速标准差剖面的形状影响较小,但边界层来流较均匀来流会降低桥址处平均风速并提高高空中脉动风速标准差;高山峡谷桥址梯度风高度大于规范推荐值,与高山峡谷周围的最大高差相近;与均匀来流相比,边界层来流下山体尾流区旋涡结构更加复杂。

关键词：大涡模拟高山峡谷桥址风场特性谐波合成

自动网格体系在柱体绕流大涡模拟中的适用性评估

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同济大学学报（自然科学版） 2023年第4期51卷 542-550页

作者：张宇鑫曹曙阳操金鑫同济大学土木工程学院上海200092 同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

为了评估基于snappyHexMesh方法生成的自动网格体系在二维柱体绕流大涡模拟中的适用性,比较了该自动网格体系与人工网格体系对于Re为3900圆柱绕流和Re为22000方柱绕流的数值模拟结果。通过设置合理的计算域以及数值格式,采用snappyHexM... 详细信息

为了评估基于snappyHexMesh方法生成的自动网格体系在二维柱体绕流大涡模拟中的适用性,比较了该自动网格体系与人工网格体系对于Re为3900圆柱绕流和Re为22000方柱绕流的数值模拟结果。通过设置合理的计算域以及数值格式,采用snappyHexMesh自动网格以及人工网格的算例都表现出良好的数值稳定性。将不同网格体系的数值模拟结果与物理试验结果进行对比,结果表明,采用snappyHexMesh网格可以提高数值求解效率;圆柱绕流对网格体系的变化比较敏感,不同密度的snappyHexMesh网格会显著影响圆柱气动力特征以及尾流区域的流场结果;snappyHexMesh网格体系可以准确预测方柱绕流,在方柱绕流大涡模拟中具有相较于圆柱绕流更好的适用性。

关键词：计算流体力学自动网格体系柱体绕流大涡模拟气动力特征流场结构

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不稳定大气边界层下风沙流的大涡模拟

Science Bulletin 2022年第14期67卷 1421-1424,M0003页

作者：何盼莉张洁 Hans J.Herrmann 黄宁 Key Laboratory of Mechanics on Disaster and Environment in Western China Lanzhou UniversityLanzhou 730000China College of Civil Engineering and Mechanics Lanzhou UniversityLanzhou 730000China Department 403 Rocket Force University of EngineeringXi’an 710025China Laboratoire de Physique et Mécanique des Milieux Hétérogènes École Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de ParisParis 75005France Departamento de Física Universidade do CearáFortaleza 60020-181Brazil

在干旱半干旱地区风沙运动频繁发生,大气多为不稳定层结条件.目前大多数关于风沙运动的研究主要基于中性或近中性层结条件,这与自然实际存在偏差.因此,本文使用大涡模拟耦合拉格朗日粒子追踪方法建立了考虑大气层结的风沙运动模型.结果... 详细信息

在干旱半干旱地区风沙运动频繁发生,大气多为不稳定层结条件.目前大多数关于风沙运动的研究主要基于中性或近中性层结条件,这与自然实际存在偏差.因此,本文使用大涡模拟耦合拉格朗日粒子追踪方法建立了考虑大气层结的风沙运动模型.结果表明,当风速接近颗粒起动阈值时,不稳定层结对输沙率有显著影响,但随着风速的增大,这种影响逐渐减弱.为了更好地表征层结稳定度对输沙率的影响,本文提出了有效地表剪切应力参数,该参数包含颗粒起动阈值和地表剪切应力分布的信息.分析表明,有效地表剪切应力的大小与初始风速和对流速度尺度有关,且与输沙率满足线性关系.

关键词：大涡模拟剪切应力风沙运动风沙流大气边界层输沙率线性关系对流速度

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大涡模拟燃烧模型在扩散火焰中的对比研究

哈尔滨工程大学学报 2018年第3期39卷 496-502页

作者：刘潇龚诚李智明郑洪涛哈尔滨工程大学动力与能源工程学院黑龙江哈尔滨150001 隆德大学能源科学系隆德瑞典22100

为研究不同大涡模拟湍流燃烧模型的性能,对比分析了不同大涡模拟(large eddy simulation,LES)燃烧模型在扩散火焰模拟中的计算性能,分别采用火焰面/反应进度变量(flamelet/progress variable,FPV),部分搅拌反应(partially stirred react... 详细信息

为研究不同大涡模拟湍流燃烧模型的性能,对比分析了不同大涡模拟(large eddy simulation,LES)燃烧模型在扩散火焰模拟中的计算性能,分别采用火焰面/反应进度变量(flamelet/progress variable,FPV),部分搅拌反应(partially stirred reactor,Pa SR)和联合标量概率密度函数(transport joint possibility density function,PDF)燃烧模型对Sandia实验室的Flame D进行了数值模拟分析。计算结果与实验数据的对比表明:3种燃烧模型都可以较好地模拟扩散火焰。基于欧拉随机场的输运型PDF模型计算化学反应可以得到更加准确的结果,尤其是对中间组分OH和污染物NO的预测,但是计算量巨大;Pa SR的计算速度和计算精度居中;FPV的方法在计算量上大大缩减,在工程应用中具有很大价值。

关键词：大涡模拟扩散火焰火焰面模型 PaSR模型 TPDF模型燃气轮机

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正十二烷喷雾火焰大涡模拟研究

内燃机学报 2023年第3期41卷 193-202页

作者：赵万辉孙婷卫海桥周磊中国民航大学航空工程学院天津300300 天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300350

开展了发动机工况下正十二烷喷雾燃烧过程大涡模拟研究,探究了初始氧体积分数、环境密度以及喷油压力对喷雾着火过程和火焰结构的影响规律.证实了具有高阶精度的仿真模型在宽工况范围内均具有较高准确性.研究表明:高氧体积分数导致高温... 详细信息

开展了发动机工况下正十二烷喷雾燃烧过程大涡模拟研究,探究了初始氧体积分数、环境密度以及喷油压力对喷雾着火过程和火焰结构的影响规律.证实了具有高阶精度的仿真模型在宽工况范围内均具有较高准确性.研究表明:高氧体积分数导致高温反应区域内的温度进一步升高,有助于增强化学反应速率,导致碳烟氧化速率加快;同时火焰浮起长度(LOL)缩短,严重限制燃油与空气的混合,造成碳烟生成量增多.在高氧体积分数条件下,前者发挥的作用更强,导致整体碳烟排放水平下降.降低环境密度可推迟着火,喷雾前端阻力下降,因而喷雾发展速度更快.在高喷油压力、高喷射速度作用下,喷雾火焰浮起长度明显延长,而着火延迟期变化较小.

关键词：正十二烷喷雾火焰大涡模拟湍流燃烧

可压缩流大涡模拟耦合概率密度函数方法中的滤波压力模型

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国防科技大学学报 2023年第4期45卷 11-19页

作者：张林梁剑寒王翼孙明波国防科技大学空天科学学院湖南长沙410073

亚格子组分-温度关联项显著影响反应流大涡模拟精度。利用概率密度函数方法中概率等效的特点,发展一种新的滤波压力模型,可以良好封闭亚格子组分-温度关联项。介绍概率密度函数及其耦合求解方法,在已有模型基础上推导建立新的滤波压力模... 详细信息

亚格子组分-温度关联项显著影响反应流大涡模拟精度。利用概率密度函数方法中概率等效的特点,发展一种新的滤波压力模型,可以良好封闭亚格子组分-温度关联项。介绍概率密度函数及其耦合求解方法,在已有模型基础上推导建立新的滤波压力模型,并在三维超声速氢气/空气时间发展反应混合层中对不同的滤波压力模型进行数值测试。结果表明,与传统的滤波压力模型相比,新的滤波压力模型可以明显改善反应混合层的模拟准确度。特别地,基于新的滤波压力模型,大涡模拟耦合概率密度函数方法可以较好地模拟链式反应中间微小组分如超氧化氢基等,有望更有效地再现自点火等复杂现象。

关键词：可压缩流大涡模拟概率密度函数方法滤波压力亚格子组分-温度关联项

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离散颗粒抑制热喷流红外辐射的大涡模拟

中南大学学报（自然科学版） 2023年第4期54卷 1576-1591页

作者：胡峰孙文静张靖周单勇南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016 中国航天科工飞航技术研究院北京动力机械研究所北京100074

为了探究气溶胶离散颗粒对飞行器排气喷管热喷流3~5μm波段的红外辐射的抑制效果,设计地面状态下气溶胶颗粒投射的仿真环境,采用大涡模拟和颗粒离散相模型对含气溶胶颗粒的飞行器排气喷管尾部气固两相剪切流进行数值模拟研究,系统地分... 详细信息

为了探究气溶胶离散颗粒对飞行器排气喷管热喷流3~5μm波段的红外辐射的抑制效果,设计地面状态下气溶胶颗粒投射的仿真环境,采用大涡模拟和颗粒离散相模型对含气溶胶颗粒的飞行器排气喷管尾部气固两相剪切流进行数值模拟研究,系统地分析颗粒的质量流量、粒径和喷射速度对离散颗粒空间分布形态以及热喷流红外辐射抑制的影响规律。研究结果表明:颗粒的质量流量和粒径对于红外抑制效率的影响较为明显,增加颗粒质量流量对颗粒的空间分布形态影响较小,但能够显著提升红外抑制效率;当颗粒粒径大于1.0μm时,颗粒空间分布均匀,红外抑制效率最高;颗粒的喷射速度对于颗粒的空间分布以及红外抑制效率的影响较小。

关键词：红外抑制高速剪切流大涡模拟气溶胶颗粒分布气固相互作用