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高精度混合涡粘雷诺应力模型研究与应用

高精度混合涡粘雷诺应力模型研究与应用

作者：郑皓榜国防科技大学

学位级别：硕士

飞行器外形设计随着复杂性的增加,对CFD的要求越来越高。尤其在面临平均应变率突然变化、曲面、有二次运动的管道等情况时,工程常用的RANS方法下的涡粘模型已经不能够满足要求,虽然有着效率高的优点,但是只是考虑一阶湍流统计量,许多复... 详细信息

飞行器外形设计随着复杂性的增加,对CFD的要求越来越高。尤其在面临平均应变率突然变化、曲面、有二次运动的管道等情况时,工程常用的RANS方法下的涡粘模型已经不能够满足要求,虽然有着效率高的优点,但是只是考虑一阶湍流统计量,许多复杂流场结构不能被捕捉,因此需要考虑二阶或者更高阶的湍流统计量。RANS框架下的二阶矩封闭模型也称雷诺应力模型,但是效率较低、鲁棒性差限制了其发展,因此本文发展一种混合涡粘雷诺应力模型,兼顾涡粘模型的效率高、通用性强和雷诺应力模型的捕捉精细流场的优势,采用高精度WCNS格式开展研究与应用。本文首先推导混合模型的构造,以涡粘方程为尺度去耦合雷诺应力输运方程,其次选取标准算例包括零压力梯度平板、驼峰流动、翼身组合体进行计算研究,评估其效率。结果表明新构造的模型具有计算效率高的优势,并且准确性总体优于如SA等涡粘模型。在此模型基础上优化封闭系数,通过零压力梯度平板算例进行系数标定,构造探索无壁面距离版本,选取翼型尾迹和翼身结合体标准算例进行计算研究,结果表明无壁面距离模型在原有模型的准确性基础上个别算例结果优于原始版本,计算效率有一定提高。最后引入自适应尺度限制进行非定常流动研究,与同样引入自适应尺度限制的SAS模型进行对比,针对算例研究结果表明新模型结果比SAS结果更优,表明模型具有模拟非定常流动问题的优势。

关键词：湍流模型雷诺应力涡粘模型数值模拟

基于涡旋强度亚格子应力模型的湍流有旋流动大涡模拟

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中国科学技术大学学报 2018年第3期48卷 236-245页

作者：夏朝阳张宏达于洲叶桃红唐鹏中国科学技术大学热科学与能源工程系安徽合肥230027 中国航空发动机集团有限公司沈阳发动机研究所辽宁沈阳110015 池州学院机电工程学院安徽池州247100

为了改进大涡模拟方法预测湍流有旋流动的能力,将一种基于涡旋强度构建的亚格子涡粘模型应用于悉尼旋流燃烧器的冷态场大涡模拟中.选取高雷诺数低旋流数和低雷诺数高旋流数两种工况,验证该模型在强剪切且有旋流场大涡模拟中的表现,并与... 详细信息

为了改进大涡模拟方法预测湍流有旋流动的能力,将一种基于涡旋强度构建的亚格子涡粘模型应用于悉尼旋流燃烧器的冷态场大涡模拟中.选取高雷诺数低旋流数和低雷诺数高旋流数两种工况,验证该模型在强剪切且有旋流场大涡模拟中的表现,并与动态Smagorinsky(DSM)模型模拟结果以及实验结果进行比较.模拟结果表明,基于涡旋强度模型(SSM)的大涡模拟结果能够合理预测钝体回流区、二次回流区以及中心射流进动等重要特征,同时速度统计矩结果总体好于DSM模型结果.但在旋流剪切层处二阶矩预测较高,说明SSM模型在剪切层处可能耗散较大,需要改进.

关键词：大涡模拟涡粘模型悉尼旋流燃烧器涡旋强度

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内锥流量计流出系数预测方法研究

计算力学学报 2009年第5期26卷 727-733页

作者：徐英吴经纬杨会峰张涛天津市过程检测与控制重点实验室天津大学电气与自动化工程学院天津300072

采用标准k-ε模型、RNG(Renormalization Group)k-ε模型、Realizablek-ε模型和Reynolds应力方程模型RSM(Reynolds Stress Model)对100 mm口径6种结构的内锥流量计内流场进行了数值模拟。在等效直径比β值为0.65的三种结构内锥流量计... 详细信息

采用标准k-ε模型、RNG(Renormalization Group)k-ε模型、Realizablek-ε模型和Reynolds应力方程模型RSM(Reynolds Stress Model)对100 mm口径6种结构的内锥流量计内流场进行了数值模拟。在等效直径比β值为0.65的三种结构内锥流量计流出系数的仿真计算中,四种湍流模型计算结果与物理实验结果误差的平均值分别为4.19%,2.84%,2.88%和-0.822%;对β值为0.85的情况,各模型计算误差的平均值分别为11.8%,9.62%,9.30%和4.76%。研究结果表明,RSM模型在6种结构内锥流量计流出系数的预测中,计算精度较高,表现出了较好的性能,优于三种k-ε涡粘模型,更适于内锥流量计流场数值模拟与流出系数的预测。

关键词：内锥流量计流出系数 CFD(Computational Fluid Dynamics) 湍流模型涡粘模型 RSM 雷诺数

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部分植被化复式河道水流的二维解析解

应用数学和力学 2008年第8期29卷 976-982页

作者：槐文信徐治钢杨中华曾玉红水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉大学武汉430072

运用涡粘模型理论对部分植被化复式河道的水流水深平均流速和边壁切应力分布进行了求解.通过对水流微元体进行纵向受力分析建立相应的控制微分方程,其中植被对水流的影响归结为拖曳力项.同时将复式渠道划分为3个子区域,通过联立求解各... 详细信息

运用涡粘模型理论对部分植被化复式河道的水流水深平均流速和边壁切应力分布进行了求解.通过对水流微元体进行纵向受力分析建立相应的控制微分方程,其中植被对水流的影响归结为拖曳力项.同时将复式渠道划分为3个子区域,通过联立求解各区域微分方程中的定解系数,最终得到均匀流的条件下各区水深平均流速的横向分布的解析解.在获得水深平均流速的横向分布后,可进一步给出对泥沙输移有重要影响的河床切应力的横向分布.通过与试验测得的资料比较,表明给出的解析解能够为工程设计提供足够精度的水力特性的预报.

关键词：复式河道水深平均流速拖曳力涡粘模型解析解植被

雷诺应力湍流模型在汽车外流场数值模拟中的应用

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雷诺应力湍流模型在汽车外流场数值模拟中的应用

2021中国汽车工程学会汽车空气动力学分会学术年会

作者：杨婷夏超贾青杨志刚同济大学汽车学院同济大学上海地面交通工具风洞中心南昌智能新能源汽车研究院

本文以MIRA快背型汽车标准模型为研究对象,基于汽车整车风洞试验结果,针对雷诺应力模型中不同压力-应变项的模拟方法,分别评估两种线性压力-应变雷诺应力模型Linear Pressure Strain（LPS）和LPS Two-layer（LPS2L）以及两种二次非线性... 详细信息

本文以MIRA快背型汽车标准模型为研究对象,基于汽车整车风洞试验结果,针对雷诺应力模型中不同压力-应变项的模拟方法,分别评估两种线性压力-应变雷诺应力模型Linear Pressure Strain（LPS）和LPS Two-layer（LPS2L）以及两种二次非线性压力-应变雷诺应力模型Quadratic Pressure Strain（QPS）和Elliptic Blending（EB）在汽车外流场计算中的适用性。同时计算了两种常用涡粘模型Realizable k-ε（RKE）和Shear Stress Transport k-ω（SST）作为对比,明确现有雷诺应力模型在汽车外流场数值模拟中的计算精度。基于整车气动阻力系数、46个测压点表面压力系数、涡量场等计算结果和风洞试验进行了精细对比分析,结果表明LPS和RKE两种模型的整体表现结果最优,LPS2L模型次之。

关键词：雷诺应力模型涡粘模型 MIRA快背车数值模拟

来源： cnki会议评论

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民航飞机尾涡流场数值模拟计算研究

民航飞机尾涡流场数值模拟计算研究

作者：宋国萍中国民航大学

学位级别：硕士

随着航空业的不断发展,现有的尾流安全间隔偏大,已经不能满足空中交通流量增长的需求。为此,本论文将尾流中对飞行安全影响最大的尾涡进行深入研究,为缩小尾流间隔提供理论基础。本论文主要通过流体力学研究方法中最经济快捷高效的数值... 详细信息

随着航空业的不断发展,现有的尾流安全间隔偏大,已经不能满足空中交通流量增长的需求。为此,本论文将尾流中对飞行安全影响最大的尾涡进行深入研究,为缩小尾流间隔提供理论基础。本论文主要通过流体力学研究方法中最经济快捷高效的数值模拟方法,利用ANSYS软件中流体力学分析模块,对尾涡流场的形成机理进行研究,以揭示近场尾涡流场特性。首先用涡粘模型中S-A模型、k-ωSST模型和Realizable k-ε模型,分别对NACA0012二维翼型在不同马赫数、不同迎角下的扰流以及NACA0012三维平直翼型的尾涡流场进行数值模拟计算,并将预测结果与风洞实验结果进行对比,分析三种数值模拟方法的优劣和模拟尾涡流场的准确性,揭示尾涡流场的形成机理。最后对有无翼尖涡扩散器的简易民航后掠翼模型分别进行数值模拟计算,进而对比分析翼尖涡扩散器对尾涡的影响。经过表面静压系数分布、升力系数曲线、极曲线、涡量、涡粘性、流线以及流场图的比较分析,得出结论:Realizable k-ε模型在数值模拟尾涡流场方面效果最佳;翼尖涡扩散器在改善翼尖处的升力分布的同时,通过分流流经翼尖的气流,将翼尖涡打散成方向不同的四个涡,以此减弱尾涡强度和尾流范围。

关键词：尾涡流场数值模拟涡粘模型翼尖涡翼尖涡扩散器

边界层对水翼湍流不稳定尾迹流影响的CFD研究

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国外大电机 2011年第3期 64-76页

作者： Coussirat M．[西班牙] 苏文涛（译）尹继红（校）不详哈尔滨大学

透平机械中的流动具有复杂结构。动静干涉（RSI）是一种重要现象，会对机械行为产生强烈影响，这些动静干涉会对机械的振动和声学特征有显著的冲击。湍流在这种复杂流动结构中起着一定的作用，而在透平机械的设计中，计算流体动力学（CF... 详细信息

透平机械中的流动具有复杂结构。动静干涉（RSI）是一种重要现象，会对机械行为产生强烈影响，这些动静干涉会对机械的振动和声学特征有显著的冲击。湍流在这种复杂流动结构中起着一定的作用，而在透平机械的设计中，计算流体动力学（CFD）已成为经常的必要手段。RSI可能有两种不同的机理：势流干涉和尾迹干涉。尾迹干涉的流动本性是湍流和不稳定性，因此，使用CFD技术解决此类流动结构不是易事。因为高的湍流水平，适合的湍流模型是CFD结果成功的关键，湍流模型的选取对得到合适的数值结果十分严苛。本文的目标是研究上游边界层对叶片尾迹及其后的叶片下游之间尾迹-边界层干涉的影响，使用CFD技术得到了RSI现象的详细结果，其中使用了几种不同的湍流模型，并研究了这些湍流模型的能力和数值耗费，对用它们得到的数值结果做了比较。鉴于要得到高精度实验结果有很大的困难和不菲的花费，CFD工具的应用便可以有效地研究RSI现象的详细问题。

关键词：透平机械动静干涉湍流 CFD 涡粘模型 LES DES