应用基于RNG方法的湍流模型数值模拟钝体绕流的湍流流动

首次采用基于RNG方法的湍流模型对绕流钝体后尾流流场进行了数值模拟。计算在任意非正交曲线坐标系下,采用非交错网格的有限体积法求解二维不可压N-S方程,计算结果与实验数据以及与采用标准的κ-ε两方程湍流模型计算的结果进行比较,结果表明基于RNG方法的湍流模型对于与时间相关的大尺度运动——旋涡脱落的尾流的详细结构,能够给出真实的模拟。     

基于RNG湍流模型的双向泵站出水流道流动计算

低扬程双向流道泵站是我国独创的泵站型式,为深入了解其流道内流场特性,首次运用基于壁面律的RNG κ-ε的湍流模型对流道进行数值模拟。计算采用交错网格的有限体积法求解三维不可压Navier Stokes方程。提出优化出水流道的目标函数,并依据数值模拟结果,预测出水流道水力损失。根据经验公式计算的水力损失和预测的出水流道水力损失两者较为接近,表明通过采用基于壁面律的RNG湍流模型能较好地预测出水流道的水力性能。考虑壁面律的RNG湍流模型在泵站流道内特性数值模拟和外特性预测研究方面有较好的推广价值。     

含闸墩溢流坝三维过坝水流数值模拟

利用有限体积方法对含闸墩溢流坝过坝水流三维流场进行数值模拟,采用κ-ε两方程模型模拟湍流,利用流体体积(VOF)法确定自由水面线,分别对两种墩型过坝水流进行计算,给出了3种水头下的水面线及坝面压力,通过与实验结果的比较表明,建立的模型能够准确地模拟带闸墩溢流坝三维流场,从而为溢流坝的水力设计提供可靠的设计依据。     

四种湍流模型对空化流动模拟的比较

采用四种湍流模型对NACA66水翼空化流动进行模拟,分析了不同湍流模型和壁面函数对空化流动模拟结果的影响.分析结果表明:ASM模型和RNG k-ε模型对空化数不敏感,且计算精度较高;Realizable k-ε模型对空化数的变化很敏感,对不同的空化数计算精度相差很大;标准k-ε模型对空化数不敏感,但精度不高.增强壁面函数法对空化数不敏感,计算精度较高;标准壁面函数法和非平衡壁面函数法对空化数有一定的敏感性,但计算结果差异不大.     

静止均匀环境中气泡射流特性的研究——形成区及形成后区特性的数值研究(Ⅱ)

采用气-液两相流两方程湍流模型,结合混合有限分析法,对静止环境中气泡射流进行数值模拟和分析。相对各种积分模型,这种模拟气泡射流的微分方程方法具有较强的预报性和普遍的适应性。数值计算结果与试验资料的较好吻合,从而验证了湍流模型和计算方法的有效性和正确性。     

静止均匀环境中气泡射流特性的研究--形成区及形成后区特性的数值研究(Ⅱ)

采用气-液两相流两方程湍流模型,结合混合有限分析法,对静止环境中气泡射流进行数值模拟和分析.相对各种积分模型,这种模拟气泡射流的微分方程方法具有较强的预报性和普遍的适应性.数值计算结果与试验资料的较好吻合,从而验证了湍流模型和计算方法的有效性和正确性.     

环形生态水槽流动的特性研究

实测了环形生态水槽内的流速分布。采用柱坐标系下的κ-ε湍流模型及SIMPLE算法,对该流场进行了数值模拟。从计算结果和实验资料的分析比较看出,计算结果可靠。在此流场内进行了钉螺的运动特点的实验研究,结果表明钉螺具有流速敏感性,对研究钉螺的随流扩散具有重要意义。     

平板间湍流流动影响因素的研究

流动状态变化直接影响着设备的功耗和性能,为了研究湍流流动状态的产生和变化情况,以优化设备性能。采用蒙特卡洛直接模拟方法计算了Knudsen数以及平板间距离变化时,平板间流体湍流流动变化。采用变径软球模型计算模拟分子之间的双体碰撞,计算分子与壁面之间的相互作用时,引入比例系数对镜面反射、漫反射后速度进行比例合成,计算反射后速度。计算了Knudsen数、平板间距离不同情况下平板间流体雷诺应力、湍流度等的变化情况,分析了平板间流体湍流脉动的变化。     

温度和盐度分层流的数值模拟

以N-S方程和k-ε湍流模型为基础,针对水温和盐度分层流的流动特性,考虑了浮力对紊动的影响,建立了温度和盐度分层流的k-ε模型,对同时存在温度和盐度梯度的一类密度分层流进行了数值模拟计算,其中紊动平均量控制方程中的紊动项是由k-ε紊流模型计算,给出了速度、温度和盐度的分布。计算结果正确地反映了分层及紊动特征,与实测结果吻合较好。     

全长黏结式锚杆沿程应力分布模拟方法

全长黏结式锚杆是地下洞室常用的一种围岩支护手段。研究全长黏结式锚杆沿程应力分布特性对于锚杆-围岩组合体的稳定性评价具有重要的作用。利用单元嵌入计算格式,建立锚杆-围岩组合体中锚杆的等效模拟方法。通过轴对称四边形单元模拟锚杆内部变形,据此推导该单元内力、切线刚度及锚杆模型固有内力、计算刚度,最终通过整体及局部坐标的变换建立锚杆模型附加内力及切线刚度的计算方法。锚杆的非线性特性主要由接触面失效、杆体屈服引起,该方法能够较方便地应用隐式有限元计算格式,对围岩及锚杆的非线性特性进行统一分析。该方法在反映锚杆对围岩支护效果的同时,能够较好地反映锚杆的沿程应力分布特性。     

采用RNG紊流模型计算静止环境中圆形负浮力射流

基于RNG方法的κ-ε湍流模型,运用混合有限分析算法对静止环境中圆形负浮力射流进行数值模拟。从射流的最大入侵高度、流速矢量图、温度等值线、湍动能等值线、横断面上的流速和温度分布以及轴线上温度变化等方面与有效的试验资料进行了较为全面的对比验证。两者的良好吻合表明,基于RNG方法的紊流模型和混合有限分析法的结合能较好地模拟变密度流动。     

一个新紊流模式的检验及其应用

采用修正κ-ε模型封闭Reynolds方程作为紊流控制方程,引入通度概念处理曲面不规则边界、用VOF法追踪自由表面,分别对水利工程中重力坝溢流、水跃、绕丁坝水流及岸边的波浪运动等几个典型算例进行数值模拟,并分别与实测资料进行比较,结果均得到了较好的验证。     

钱塘江江心排污的数值模拟

从立面二维非恒定流体动力学方程出发,应用κ-ε湍流模式计算流场,再用准三维的浓度对流-扩散方程,即考虑了侧向扩散的立面二维浓度控制方程,模拟了钱塘江江心6个竖管排污在潮流作用下近区浓度场,其结果和实际观测值基本吻合。     

静止环境中平面负浮力排放近区特性的数值研究

运用k-ε湍流模型,建立静止环境中平面负浮力倾斜射流的二维数学模型,采用D.M.Shahrabani和J.D.Ditmars的试验资料进行检验,并且对这类流动进行了数值预报。在此基础上,提出了将射流影响区域划分成为三个区的概念,即:射流区、回流区和水平扩展区,也给出了射流区和水平扩展区及射流区内部分区的界限。给出了收缩断面的位置及该断面物理量的分布,为远区特性计算给出了定解条件。     

潮汐环境中垂向湍射流流场的数值模拟

选用κ-ε双方程湍流模式,对自由面做“动”刚盖假设,建立潮汐流场中垂向射流流场的数学模型.根据潮流往复回荡的特性,采用“跟踪扫描”对离散方程逐行求解,保证和加快了解的收敛。计算了五种回荡周期中射流流场的变化过程,预报回流区高度与实测值吻合。分析了潮汐非恒定性的影响,获得了一些有益结论。     

曲线坐标系二维带自由表面强紊动水流数值模拟

将追踪自由表面的流体体积(VOF)法应用于曲线坐标系下水流控制方程的求解中,计入流线弯曲对水流紊动特性的影响,建立了垂向二维强紊动水流的曲率修正的紊流模型,并对溢流坝反弧段的紊流特性进行了数值模拟。数值计算时,采用有限体积法离散水流的控制方程;物理变量,如:压力P、紊动参量κ、ε、γt等,采用交错方式排列(交错网格布置),用SIMPLEC算法求解离散方程。计算结果表明,得到的溢流坝反弧段的自由表面位置、速度场、压力场、剪应力分布和紊动能分布与实验结果吻合良好。     

波流边界层水沙运动数值模拟——I:水动力模拟

波流边界层水动力模拟对研究波流相互作用和泥沙运动具有重要的理论意义和实践价值。开发了波流边界层1DV垂向一维水动力数值模型,可用于模拟漩涡沙波床面和平底床面水动力特征。模型的构建基于边界层控制方程,平底床面采用k-ε模型,沙波床面采用双层模型,提出了漩涡层和紊动扩散层交界面紊动动能和紊动耗散率表达式。试验资料验证表明,模型较好地模拟了波浪-水流-床面共同作用下的边界层水动力特征,包括波周期内不同相位流速分布、紊动动能、剪切应力等以及波致时均流速分布和波流相互作用下的时均流速分布等。根据所建模型,讨论了不同床面和波流组合条件下的水动力特征。该模型可为研究波流边界层内水动力特征提供工具。     

圆形断面管道非满流水动力特性

为探究边壁双曲率对其水动力特性的影响，应用RNG k-ε紊流模型和部分面积体积障碍模拟技术（FAVOR），针对圆管非满流建立三维数值模型，通过物理模型试验结果验证该数值模型的可行性。针对底坡和充满度不同组合条件进行数值试验，分析断面流速、壁面切应力和雷诺切应力分布规律等。研究结果表明：圆管非满流断面上不同垂线的流速分布具有较好的相似性，据此提出了垂线流速分布的抛物线公式；针对不同充满度条件提出了壁面切应力沿湿周分布的统一表达式；雷诺切应力沿垂线服从线性分布规律，充满度越大且距中垂线越远，沿垂线的变化梯度越小；当充满度大于0.5时，由于受二次流影响断面中垂线上雷诺切应力出现负值。