κ-ω湍流模式在船舶粘性流场计算中的应用

湍流模式的选取对精确预报船舶艉部流场至关重要,本文利用SSTκ-ω湍流模型计算了SR196A油船模型的粘性绕流场,船艉三个截面上的轴向速度等值线和横向速度矢量的计算结果和文献提供的试验值进行了对比,结果符合得很好,同时计算得到的阻力系数也与试验值进行了比较,结果同样令人满意.表明SSTκ-ω湍流模型在船舶粘性流场的计算中有较强的应用能力.     

三维流场下地效翼船巡航状态非线性κ-ε湍流气动的数值模拟

本文提出了一种可以较精确地计算地效翼船巡航状态下气动力的设计方法,应用流体力学中线性和非线性湍流理论并结合有限元法对地效翼船进行了气动性能计算,并结合实验数据对比,可以发现应用非线性湍流理论计算值较为精确.同时又将单算主翼气动性能与计算整体地效翼船数值进行对比,发现单算的主翼气动力大于整体算法的,这主要是未考虑主浮舟等附体对气动力的贡献.作为设计之初可以考虑单算主翼,但随着工作的深入一定要对地效翼船整体气动力性能进行研究,以确定巡航状态下是否提供足够的升力,这是地效翼船设计的关键.在进行整体和单体计算后又进行了不同高度下的气动力分析,分析表明随高度增大地效翼船升力明显减少,并得出适合地效翼船巡航的高度.     

湍流模型对二维平板数值计算结果的影响

采用五种不同的湍流模式对二维平板绕流进行数值模拟,并与经验公式相比较,结果显示,S-A模型的计算结果和经验公式结果符合较好。     

不同湍流模型下圆柱涡激振动的计算比较

为应用计算流体力学的方法模拟圆柱体的涡激振动问题,文章采用有限体积法结合两种不同的湍流模型（RNG k-ε和SST k-ω湍流模型）求解时间平均的纳维尔-斯托克斯方程（RANS）,对低质量比弹性支撑的刚性圆柱体在均匀来流中的的涡激振动问题进行了研究。计算对象参照Govardhan和Williamson的物理模型实验中的参数,通过比较两种湍流模型下圆柱体的振幅响应、频率响应及三个响应分支的水动力系数和尾涡模式,分析了两种湍流模型模拟结果的差异及原因,结果表明：RNG k-ε湍流模型和SST k-ω湍流模型的模拟结果差异很大,不论在振幅响应和频率响应上的计算上,还是对升力的谱分析上,SST k-ω模型的计算结果都更接近于真实的物理现象,并且采用SST k-ω湍流模型成功地模拟出了2P模式。因此从整体上说,SST k-ω湍流模型的模拟效果要优于RNG k-ε湍流模型。     

湍流入口条件对CFD计算结果影响的数值分析

在计算流体力学软件FLUENT中,包含有很多计算模型,对于不同的问题需要采用一种较好的模型进行解决,目前较为广泛使用的湍流模型是k-ε二方程模型.本文基于CFD软件,应用k-ε二方程湍流模型对细长体绕流问题进行数值模拟计算,进而比较湍流模型中湍流参数的设置对计算结果的影响.通过模拟计算得到的湍流强度(%)Ⅰ及粘性比的取值范围有较好的适应性;水下片体间存在有利干扰和不利干扰,采用k-ε二方程湍流模型计算双体的互相干扰是可行的.     

散货船阻力预报中湍流模型的应用

采用直接求解RANS方程的方法对20艘散货船的绕流场和阻力进行了数值模拟,比较了标准模型、RNG模型及SST模型对数值计算结果的影响.通过与试验结果的详细对比,发现只要选取合适的湍流模型,数值模拟结果能够达到较高的精度,在1% -2%之间.这表明该数值计算方法能够满足工程的实际使用要求,可以在工程中推广应用.     

计算流体力学中变形运动边界处理方法及应用

自然界中很多问题的物理模型具有运动和变形两大特征，它们在计算流体力学中的动边界处理一直是研究的难点。介绍了一种适用于该类问题的动边界处理方法，即通过人工确定模型边界的变化状态，实时重新生成计算网格。以商业软件FLUENT作为数值模拟平台，利用二维鱼类C形起动的算例详细介绍了这种动边界处理方法。对算例结果作了实验对比与理论分析，发现这种方法能有效处理物体运动过程变形的边界变化，能给数值模拟过程中动边界处理方法提供借鉴。     

三维流场下地效翼船巡航状态非线性k—ε湍流气动的数值模拟

本文提出了一种可以较精确地计算地效翼船巡航状态下气动力的设计方法。应用流体力学中线性和非线性湍流理论并结合有限元法对地效翼船进行了气动性能计算。并结合实验数据对比，可以发现应用非线性喘流理论计算值较为精确，同时又将单算主翼气动性能与计算整体地效翼船数值进行对比，发现单算的主翼气动力大于整体算法的，这主要是未考虑主浮舟等附体对气动力的贡献，作为设计之初可以考虑单算主翼，但随着工作的深入一定要对地效翼船整体气动力性能进行研究，以确定巡航状态下是否提供足够的升力，这是地效翼船设计的关键，在进行整体和单体计算后又进行不同高度下的气动力分析。分析表明随高度增大地效翼船升力明显减少，并得出适合地效翼船巡航的高度。     

基于FLUENT的90^o圆形弯管内部流场分析

通过使用FLUENT软件的RNG κ-ε湍流模型，对90^o大曲率圆形截面弯管内部流体进行三维数值模拟，将数值模拟结果与相关文献实验结果进行对比，结果表明RNGκ-ε湍流模型对具有二次流的湍流流动具有较好的模拟，计算结果与实验结果吻合较好。     

基于滑移网格与RNGκ-ε湍流模型的桨舵干扰性能研究

结合RNGκ-ε湍流模型,运用滑移网格技术对粘性流场中桨舵相互干扰引起的三维非定常湍流进行了计算,得到了随进速系数的变化,桨舵之间相互干扰性能的变化规律;同时获得了桨舵干扰性能随桨舵之间的距离的改变而相应的变化规律.文中给出了桨舵干扰水动力性能的计算结果,并与试验测量值作了比较.从对计算结果的分析可知,利用滑移网格技术及RNG κ-ε湍流模型,可以较好地模拟桨舵干扰的水动力性能问题.同时文中分析了桨舵表面压强分布规律以及舵的存在对螺旋桨尾流场的影响.     

潜艇喷流流场数值模拟研究

采用数值求解RANS方程的计算方法,结合κ-ω湍流模型,模拟了潜艇模型在指挥台围壳开孔喷流后的流场和水动力.喷流孔布置在指挥台围壳的根部.详细比较了喷流孔位置、尺度、流量等要素对于潜艇流场和水动力的影响.计算给出了桨盘面无量纲速度、不均匀度系数u△、喷流孔附近的速度矢量分布以及喷流孔后的迹线.从涡量的角度初步探讨了喷流改善尾流场的机理.计算结果表明,喷流作为一种主动的流动控制手段可以有效改善潜艇流场品质,喷流流量是影响潜艇流场和水动力的最主要的因素,喷流孔流量与尺度最优值的选择要综合考虑水动力性能的变化.     

k—ω湍流模式在船舶粘性流场计算中的应用

湍流模式的选取对精确预报船舶艉部流场至关重要，本文利用SSTk-ω湍流模型计算了SR196A油船模型的粘性绕流场，船艉三个截面上的轴向速度等值线和横向速度矢量的计算结果和文献提供的试验值进行了对比，结果符合得很好，同时计算得到的阻力系数也与试验值进行了比较。结果同样令人满意，表明SSTk-ω湍流模型在船舶粘性流场的计算中有较强的应用能力。     

粘流场数值模拟关键技术研究进展

综述了粘流场数值模拟中的关键技术-湍流模型、数值求解方法、网格生成方法及动力边界模拟方法的研究进展，这些技术的深入研究和突破将会推动数值模拟技术在工程领域的发展和应用。     

转捩模型在螺旋桨数值计算中的应用

螺旋桨敞水性能数值计算是船舶快速性能分析的基础,其计算精度对船舶快速性预报的准确度至关重要,湍流模型的选用是保证螺旋桨敞水性能计算精度的关键.本文利用k-ωSST湍流模型和γ-R?eθ转捩模型对螺旋桨敞水性能进行了计算.结果表明,在模型尺度下螺旋桨叶片表面流动的相当一部分还保持着层流状态,带有转捩能力的湍流模型对这类流动具有更强的模拟能力.     

用伪谱矩阵方法计算平板湍流边界层

作为在理论上研究微气泡减少船舶阻力的前期工作,本文主要用伪谱矩阵方法计算不可压缩平板湍流边界层流动.为了让计算格点(43×43)在湍流区线性底层(y+＜5)和过渡区(5＜y+＜40)有十多个计算点,从物理平面到计算平面的转化过程中需进行伸缩变换.对几种零方程湍流模式进行了计算,通过与前人的经验数据进行比较,表明计算结果是可靠的.     

基于GEKO湍流模型的JBC流场数值模拟

  目的  两方程模型是RANS工程计算中常用的湍流模型,其中SST k-ω湍流模型具有良好的壁面距离自适应性和逆压梯度流预报能力。然而,湍流模型构造过程中引入的经验性参数使得湍流模型不具普适性, 为此,研究采用引入流动控制参数的方法提高湍流模型对船舶流场的适用性。  方法  在经典SST k-ω湍流模型的基础上,GEKO（Generalized k-ω）湍流模型通过引入流动分离参数C_S和旋转修正参数C_RC分别控制流动分离强度和流动旋转效应,以提高湍流模型对各类流动的适应性。针对JBC船型,采用SURF程序对其流场进行数值模拟并与试验结果进行对比,以考察不同设置下新参数对船体阻力、伴流场和压力分布的影响。  结果  计算结果表明,与经典SST k-ω湍流模型相比,GEKO湍流模型中C_S和C_RC的设置会影响到JBC船型的阻力预报及伴流场预报。  结论  湍流模型的参数化修正具有提高湍流模型适应性和精确度的潜力,对湍流模型工程应用改进具有参考价值。     

耦合VOF的非线性k-ε模型三维溃坝数值模拟

溃坝是一种伴随有巨大破坏力的灾害性的水流现象。三维溃坝的数值模拟能够为溃坝水流的研究分析提供科学的依据。针对瞬间全溃模型水流的复杂性,考虑水库下游障碍物的滞水及阻水作用,利用开源程序OpenFOAM建立了耦合VOF对流方程的三维非线性(NL)k-ε紊流数学模型求解雷诺时均纳维斯托克斯方程。采用有限体积法进行离散,利用PISO算法进行数值求解。通过模拟下游为三角形障碍物、矩形障碍物以及90°弯道的溃坝实验,并将模拟结果与实验结果进行对比分析,初步证明了该模型的准确性和鲁棒性。     

含水气界面水动力噪声计算方法研究与应用进展综述

旨在研究空化模型对实尺度螺旋桨空化模拟结果的影响。

运用伯努利方程预测螺旋桨空化发生时的转速,通过实船试验观察螺旋桨空化状况;采用CFD数值仿真螺旋桨空化状态,确定仿真中边界层网格厚度并在建立水动力模型后生成网格;模拟时的湍流模型分别选择标准$k - \\varepsilon$模型和Realizable $k - \\varepsilon$模型,空化模型分别选择Schnerr–Sauer（S–S）和Zwart–Gerber–Belamri（ZGB）模型;追踪记录螺旋桨表面最大气体体积分数并观察其气体分布情况,将数值仿真结果与试验结果对比,比较两种空化模型的模拟精度。

结果表明,相较于标准$k - \\varepsilon$湍流模型,使用Realizable $k- \\varepsilon$模型的空化区域明显与试验结果更为贴合。对螺旋桨表面最大气体体积分数进行监测,发现湍流模型的选择对空化剧烈程度的影响不大,而使用S–S模型的结果明显高于ZGB模型。

研究表明,湍流模型对空化区域面积有较大影响,空化模型对空化的剧烈程度有较大影响,对螺旋桨空化仿真而言,Realizable $k - \\varepsilon $湍流模型的模拟精度高于标准$k - \\varepsilon $模型。

     

湍流模型对大口径射流冲击数值模拟适用性分析

采用数值算法要完全有效地模拟射流冲击换热,合适的湍流模型是十分重要的。本文采用标准k-ε模型、RNG k-ε模型及Realizable k-ε模型对大口径高温高速气体射流冲击换热进行了数值模拟,并将计算结果与试验结果进行比较,分析湍流模型在大口径射流冲击换热数值模拟中的适用性。研究结果对大口径射流冲击换热的数值研究提供参考。     

螺旋桨粘性流场的数值模拟

对商业软件FLUENT提供的三种k-ε湍流模型进行KP505桨敞水时三个典型进速系数下的流场进行计算。选定一种湍流模型进行多个进速系数下的敞水性能计算,并把计算得到的结果与实验数据比较,吻合良好,并对螺旋桨敞水时三个典型工况进行研究,分析他们的流场特征。