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湍流模型对湍流射流CFD模拟的影响

推进技术 2016年第6期37卷 1049-1054页

作者：张仪王晓东胡昊康顺华北电力大学能源动力与机械工程学院北京102206 华北水利水电大学河南郑州450045

横流中的湍流射流涡旋结构复杂,湍流模型对其模拟结果影响很大。采用S-A,Realizable k-ε,k-ω和SST k-ω四种湍流模型对吹风比为0.5和1.5工况下的横流中射流进行了数值模拟研究。与实验值比较验证了数值模拟结果的可信性。分析了旋转... 详细信息

横流中的湍流射流涡旋结构复杂,湍流模型对其模拟结果影响很大。采用S-A,Realizable k-ε,k-ω和SST k-ω四种湍流模型对吹风比为0.5和1.5工况下的横流中射流进行了数值模拟研究。与实验值比较验证了数值模拟结果的可信性。分析了旋转张量和剪切张量对湍流生成的影响。发现四种湍流模型对下游速度分布的预测均较为准确,在小吹风比下S-A模型性能最好;在大吹风比下k-ω模型较为准确。

关键词：横流中的射流吹风比数值模拟湍流模型

狭长型封闭舱室内非定常流动模拟的湍流模型比较

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北京航空航天大学学报 2023年第4期49卷 957-964页

作者：韩逸飞胡雪松高盈张永志东华大学环境科学与工程学院上海201620

针对狭长型封闭舱室内非定常流动模拟的湍流模型选择问题,以飞机舱室为典型环境,使用相似准则为依据的热缩比法搭建了实验平台。将实验结果与RNG k-ε、DES、LES三种湍流模型的数值模拟结果进行对比和分析,评估狭长型封闭舱室内非定常... 详细信息

针对狭长型封闭舱室内非定常流动模拟的湍流模型选择问题,以飞机舱室为典型环境,使用相似准则为依据的热缩比法搭建了实验平台。将实验结果与RNG k-ε、DES、LES三种湍流模型的数值模拟结果进行对比和分析,评估狭长型封闭舱室内非定常流动特征研究中合适的湍流模型。结果显示,RNG k-ε和DES模型可以定性描述流动变化趋势,但是LES模型在流场非定常性和不稳定性捕捉更为准确,其流场结构更接近实验结果。模拟结果与实验结果对比显示,LES模型能更加真实地反映狭长型封闭舱室非定常流动的情况。

关键词：数值模拟湍流模型气流组织缩比模型狭长舱室

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基于数据同化的试验数据驱动的叶栅流场预测

航空学报 2023年第14期44卷 107-122页

作者：刘锬韬李瑞宇高丽敏赵磊西北工业大学动力与能源学院西安710072 西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室西安710072 西安交通大学航天航空学院西安710049

为了更精确地预测压气机叶栅流场,发展了一套基于两步集合卡尔曼滤波数据同化方法的试验数据驱动的流场预测框架。首先使用测试函数校验了集合卡尔曼滤波算法的准确性,并探讨了各超参数的选取准则,分别使用S-A和SST湍流模型对MAN GHH叶... 详细信息

为了更精确地预测压气机叶栅流场,发展了一套基于两步集合卡尔曼滤波数据同化方法的试验数据驱动的流场预测框架。首先使用测试函数校验了集合卡尔曼滤波算法的准确性,并探讨了各超参数的选取准则,分别使用S-A和SST湍流模型对MAN GHH叶栅在设计马赫数不同攻角工况下流场进行了试验数据驱动的流场预测,预测流场与试验测量结果高度相符。结果表明:相比原始参数的预测结果,数据同化校正后的流场与试验测量结果的偏差减小了将近70%;对于多数工况校正后流场叶片吸力面尾缘分离泡尺寸明显减小,分离起始点延迟,2种湍流模型校正流场的来流边界条件、流场物理量分布具有较高的一致性,表明试验数据驱动的流场对湍流模型的依赖性较低。

关键词：数据同化压气机叶栅集合卡尔曼滤波流场预测湍流模型

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结构与风机流量对负压通道流动特征的影响

湖南大学学报（自然科学版） 2022年第12期49卷 65-74页

作者：苏杰周长江陈国淳钟翔湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室湖南长沙410082 厦门大学航空航天学院福建厦门361102

为同步包装机的物料交接和吸附工序,提出一种含多个负压吸盘的主墙板与副墙板联合通道.基于计算流体动力学技术,建立负压通道流场模型.结合RNG k-ε湍流模型与增强壁面处理,探讨通道结构参数与风机流量对流场压力与速度分布的影响.结果... 详细信息

为同步包装机的物料交接和吸附工序,提出一种含多个负压吸盘的主墙板与副墙板联合通道.基于计算流体动力学技术,建立负压通道流场模型.结合RNG k-ε湍流模型与增强壁面处理,探讨通道结构参数与风机流量对流场压力与速度分布的影响.结果表明,渐扩管、导流构件与负压风机位置对空气流动影响较大.渐扩管处的旋流效应会加剧压力损失,负压吸盘附近的导流构件能够降低气流紊乱度,风机布置在通道中心时将显著提高气流平均速度.基于层次分析法,建立流动特征综合性能量化模型.当风机流速为13 m/s时,改进结构中主墙板与副墙板的流动性能分别提高53%与21%.风机流速增加到18 m/s时,风机的影响效果高于结构的影响.

关键词：负压通道流场特性结构参数计算流体动力学湍流模型

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喷管两相湍流数值模拟及湍流模型性能评估

固体火箭技术 2024年第1期47卷 24-34页

作者：陈良兵廖紫默刘难生万振华中国科学技术大学近代力学系合肥230026

研究固体火箭发动机喷管中颗粒质量流率对两相流的影响规律以及不同RANS模型对该问题的预测性能,可为喷管设计等工程应用提供重要参考。在欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange)框架下,通过3D大涡模拟(3D LES)研究了颗粒质量流率对喷管两相流... 详细信息

研究固体火箭发动机喷管中颗粒质量流率对两相流的影响规律以及不同RANS模型对该问题的预测性能,可为喷管设计等工程应用提供重要参考。在欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange)框架下,通过3D大涡模拟(3D LES)研究了颗粒质量流率对喷管两相流场的影响规律,以3D LES结果作为参考依据,分析了不同RANS模型针对喷管两相流在2D轴对称和3D模拟中的性能。结果表明:由于扩张段内颗粒集中在中轴线附近区域,颗粒质量流率越大,该区域马赫数越低,温度越高;壁面附近存在无颗粒区,故边界层内流动几乎不受颗粒影响。另外,采用不同湍流模型计算得到的颗粒分布与LES基本相同。在2D轴对称RANS模拟中,发现RNG k-ε模型所预测的气相质量流率和喷管比冲与LES结果吻合最好;在高颗粒质量分数下(约30%),不同湍流模型预测的相对比冲损失差别可超过3%。在3D RANS模拟中,发现Realizable k-ε模型表现出最佳的综合性能,所预测的物理量沿中轴线分布的准确性均优于其他模型。当颗粒质量分数约为31.2%时,Realizable k-ε模型所预测的比冲为与LES结果相比误差仅1.56%。

关键词：固体火箭发动机喷管气粒两相流湍流模型欧拉-拉格朗日方法

兆瓦级风力机结构系统可靠性分析的样本分数阶矩最大熵方法

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太阳能学报 2022年第7期43卷 293-301页

作者：黄德胜张旭方 Sørensen John Dalsgaard 东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819 丹麦奥尔堡大学土木工程学院奥尔堡DK-9220

以兆瓦级风力机塔架和叶片极限载荷的概率外推模型为基础,结合载荷动态响应峰值的独立同分布假设和三参数威布尔模型,外推获取了正常湍流和极端湍流强度条件下风力机关键部件长期服役载荷概率分布;进一步通过无量纲极值统计量定义系统... 详细信息

以兆瓦级风力机塔架和叶片极限载荷的概率外推模型为基础,结合载荷动态响应峰值的独立同分布假设和三参数威布尔模型,外推获取了正常湍流和极端湍流强度条件下风力机关键部件长期服役载荷概率分布;进一步通过无量纲极值统计量定义系统失效的结构可靠性状态函数,结合样本分数阶矩和最大熵理论提出兆瓦级风力机关键部件结构可靠性分析的数值方法,对比湍流模型对兆瓦级风力机关键部件结构失效概率的影响。计算结果表明:样本分数阶矩最大熵方法能有效重构结构可靠性状态函数的概率分布;基于无量纲极值统计量的系统可靠性建模方法能有效表征风力机关键部件耦合相关失效问题,结合该文方法可获得系统失效概率的准确预测结果;湍流模型对风力机结构失效概率影响较大,难以预先判定何种模型将得到结构失效概率的保守预估结果,需结合IEC 61400-1标准中的设计载荷工况细致分析后才能确定。

关键词：风力机最大熵方法概率分布湍流模型可靠性分析

制动工况下液力变矩器大涡模拟流场仿真及可视化试验验证

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华南理工大学学报（自然科学版） 2022年第3期50卷 95-105页

作者：柴博森王广义朱国仁闫东陆振华迟成芳吉林大学机械与航空航天工程学院吉林长春130022 吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室吉林长春130022 长安大学高速公路筑养装备与技术教育部工程研究中心陕西西安710061 江苏华隆兴机械工程有限公司江苏无锡214023

为了准确地揭示液力变矩器流场时空演化机理,基于计算流体动力学理论,采用5种不同的大涡模拟(LES)亚格子湍流模型(SL、WALE、WMLES、WMLES S-Omega、KET)精细仿真制动工况下液力变矩器三维流场,识别并提取涡轮内部非定常多尺度三维涡结... 详细信息

为了准确地揭示液力变矩器流场时空演化机理,基于计算流体动力学理论,采用5种不同的大涡模拟(LES)亚格子湍流模型(SL、WALE、WMLES、WMLES S-Omega、KET)精细仿真制动工况下液力变矩器三维流场,识别并提取涡轮内部非定常多尺度三维涡结构,籍此分析时空多尺度涡演化特征及其对流场结构演变的影响规律。基于粒子图像测速(PIV)技术,采用动态实时标定方法,试验测量液力变矩器涡轮内部流场,依托试验后处理所提取的流速场和涡量场信息,对比验证大涡模拟仿真结果,并对5种亚格子湍流模型的仿真适用性进行分析。结果表明:制动工况下,SL和WMLES模型针对涡轮流道主流区域多尺度涡仿真结果相近,流速为0.32~0.85 m/s,涡量为250.77~792.95 s^(-1);针对涡轮叶片压力面近壁高流速区域,WMLES模型仿真结果与PIV试验结果相吻合,流速为3.7~4.4 m/s,而WMLES S-Omega模型对该区域内涡量场的仿真结果较好,涡量为526.47 s^(-1);从三维涡仿真角度来看,WMLES和WMLES S-Omega模型对叶片吸力面附近三维涡数值模拟结果更加丰富,针对叶片近壁面小尺度涡旋结构捕捉较为准确,KET模型仿真结果重现了涡轮叶片出口处明显的涡脱落现象,其他模型对于三维涡结构识别不够准确。研究结果可为液力变矩器高精度数值模拟提供理论指导。

关键词：液力变矩器大涡模拟亚格子湍流模型可视化试验

基于多种湍流模型的电解加工温度多场耦合仿真

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华南理工大学学报（自然科学版） 2022年第3期50卷 88-94,126页

作者：陈远龙林华陈培譞李回归合肥工业大学机械工程学院安徽合肥230009 皖西学院机械与车辆工程学院安徽六安237000

针对型面电解加工过程中的间隙温度分布难以预测和测量的问题,建立型面二维电解加工温度多物理场耦合仿真模型,分别基于SA、k-ε、k-ω、SST和低雷诺数k-ε等湍流模型求解加工间隙流场分布,耦合电场、流场和温度场求解间隙温度场分布,... 详细信息

针对型面电解加工过程中的间隙温度分布难以预测和测量的问题,建立型面二维电解加工温度多物理场耦合仿真模型,分别基于SA、k-ε、k-ω、SST和低雷诺数k-ε等湍流模型求解加工间隙流场分布,耦合电场、流场和温度场求解间隙温度场分布,并将计算值与试验值进行对比。结果表明,求解近壁区流速时采用低雷诺数壁处理比采用壁函数处理的精度高,间隙温升能在较短时间内达到准稳态,基于SST、低雷诺数k-ε模型的间隙温度仿真值非常接近,其耦合气泡的温度多场耦合模型仿真值与试验值更为接近。

关键词：湍流模型电解加工多物理场耦合对流传热低雷诺数

常用湍流模型对某低速轴流压气机转子叶尖泄漏流的预测研究

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热能动力工程 2024年第1期39卷 23-32页

作者：庄昕伟安广丰赵永康刘宝杰中国航空发动机研究院北京101300 北京航空航天大学航空发动机研究院北京100191

为了研究常用湍流模型对轴流压气机转子叶尖泄漏流的预测能力,对某低速轴流压气机进行了实验研究及数值模拟,对比分析了不同湍流模型预测的转子叶尖泄漏流的流场分布、旋涡特性以及堵塞特性与实验结果的异同。结果表明:对于转子叶尖泄... 详细信息

为了研究常用湍流模型对轴流压气机转子叶尖泄漏流的预测能力,对某低速轴流压气机进行了实验研究及数值模拟,对比分析了不同湍流模型预测的转子叶尖泄漏流的流场分布、旋涡特性以及堵塞特性与实验结果的异同。结果表明:对于转子叶尖泄漏流的旋涡特性,在近失速点,k-ω模型预测的转子叶尖泄漏涡轨迹的斜率和位置在周向上的分布以及泄漏涡涡核的面积与实验结果最接近;对于转子叶尖泄漏流堵塞特性,在堵塞系数达到峰值之前,BSL模型的预测结果与实验结果最相近,而在堵塞系数达到峰值之后k-ε模型的预测结果与实验结果最相近,虽然k-ω模型预测的堵塞系数在整个流向位置都偏高,但堵塞系数沿流向的分布规律与实验结果吻合最好。

关键词：湍流模型叶尖泄漏流轴流压气机