基于积分法的粗糙壁面湍流边界层发展预测

壁面粗糙度对湍流的影响研究是流体动力学的热点问题。利用边界层积分法对零压力梯度下棱锥形粗糙壁面湍流边界层的发展进行预测分析。首先,以2个几何统计参数对棱锥形的粗糙形态进行描述,通过对试验数据的拟合分析,确定粗糙度函数的具体形式;然后,利用动量积分方程和壁面律求解出粗糙壁面湍流边界层厚度和局部摩擦系数沿流向的变化情况。计算结果与试验数据吻合较好,表明采用积分法预测粗糙壁面湍流边界层的发展精度较高,适于工程应用。     

海上浮式核电站温排水对海洋生态环境的影响

  目的  旨在研究海上核电平台船的温排水对进水口冷却水温度产生的影响。  方法  采用有限体积法结合Reynolds平均法对海上核电平台船的温排水在船体外域流场中的温度扩散规律进行三维数值模拟。  结果  结果显示,同流中热水扩散流的三维湍流数值计算验证结果与物理模型试验吻合较好。当海水流速较小时,温排水主要沿出水口的流速方向扩散,对进水口的温度场影响较小;当海水流速较大时,温排水主要沿海流的流速方向扩散,对进水口的温度场影响较大。  结论  所得结果可为海上核电平台船的设计提供指导。     

粘性流中二维水翼局部空泡流的数值模拟

基于粘流理论研究了二维水翼的局部空化。数值计算从完整的N-S方程出发,采用k-ε两方程湍流模型封闭Reynolds方程,作为基本控制方程,空泡流采用Rayleigh plessetmodel模型,计算了0°攻角时,不同航速对水翼局部空泡流的影响,同时也分析了水翼的绕流场,并把计算结果与已发表的试验结论做了比较。结果表明,本文的计算方法具有较好的计算精度。     

湍流抑制方法模拟边界层过渡流并粘性力预报研究

介绍了湍流抑制方法及其原理,并使用该方法和目前常用的γ-Reθ过渡流模型、湍流模型对较低雷诺数下平板、翼型结构和螺旋桨的边界层流动进行了模拟,并对粘性力进行了预报.通过与实验值进行比较,讨论了3种方法的优缺点:在有过渡流的情况下,湍流模型预报的粘性力误差较大;γ-Reθ模型能够预报过渡流,但是转捩点的位置由很多因素决定,从而影响粘性力的预报准确性,并且需要求解2个额外的输运方程,计算效率较低;湍流抑制方法虽然没有预报过渡流的能力,但是在预先知道转捩点位置的情况下(模型实验或者公式估算),可以简单、高效、准确地模拟过渡现象和预报粘性力,并且没有湍流模型的限制,可以针对不同的流场选择不同的湍流模型结合使用.     

绕圆柱湍流流场及其发展的计算

为研究绕圆柱湍流流场及其发展变化,应用RNGκ-ε模型和有限体积法求解非定常雷诺平均纳维尔-斯托克斯(URANS)方程,以二阶隐式时间离散和二阶迎风空间离散格式对控制方程进行离散,采用SIMPLEC算法耦合求解平均速度场和压力场.在Re=103～107范围内对流场进行了数值模拟计算,得到了速度场、涡量场及其湍流脉动参数在下游的发展变化规律.计算与分析结果表明:在高雷诺数条件下,回流区减小,尾流区变窄,尾流在主流方向的影响区域变小,涡量向下游的衰减更慢,湍流动能和湍流耗散率在下游的影响区域也减小.     

机翼湍流尾流Tr-PIV测量分析

采用Tr-PIV(Time-resolved Particle Image Velocimetry)技术对机翼湍流尾流场的非定常现象进行了测量分析。试验获得了流场瞬时速度场的基本结构演化、流场的湍流强度分布、涡量场、雷诺应力场以及湍流空间相关系数;通过功率谱分析对速度场进行了相位分解,获取了相位平均下的湍流积分尺度。基于泰勒冻结假设及采用以时代空的方法获得了湍流时间积分尺度,同时直接采用速度场空间相关方法获得湍流空间积分尺度,并对二者作了比较分析,讨论了该假设的适用性。     

船体阻力计算中模型常(系)数的敏感性研究

在湍流模型方程的模型化过程中,引入了有一定取值范围的模型常(系)数。这些模型常(系)数的推荐值是否适用于船舶阻力的数值计算还有待确认。文中选取常见的标准k-ε和k-ω二方程湍流模型作为研究对象,变动湍流模型中的常(系)数并用于Wigley船型和数学三体船型的阻力计算。从文中的数值计算可以看出:分别修正标准k-ε模型中的5个系数均不影响船体压阻力分量;除模型系数σk外,其他4个模型系数的修正对船体摩擦阻力有不同程度的影响。修正k-ω模型中的3个模型系数对压阻力分量无影响;对摩擦阻力分量有不同程度的影响。研究表明采纳这两种湍流模型用于船体阻力性能研究时船体摩擦阻力分量的计算值受模型常(系)数变动的影响不能忽略,而船体压阻力的计算结果对模型常(系)数不敏感,各模型常(系)数的推荐值对船体压阻力的计算具有鲁棒特性。文中研究有助于明确湍流模型常(系)数在船舶阻力性能研究中的适用性,而且有助于理解数值计算中湍流模型导致的误差和不确定因素。     

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.     

湍流激励下简支平板振动特性的解析法研究

解析法基于随机激励理论,采用湍流脉动压力的Corcos模型作为输入,结合考虑流固耦合时平板的频响函数,求解得到平板振动速度的自功率谱密度。计算结果同已有文献吻合较好,证明了解析法的正确性。同时研究结果表明：湍流激励下平板的振动特性体现了平板本身的固有特性;随着来流速度的增大,平板振速的均方谱密度幅值按一定的数值关系增大。