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不同湍流模型对环形射流泵流场模拟的影响 被引量：2
1
作者 向伟宁 陈云良 +1 位作者 熊顺 张艳 《郑州大学学报（工学版）》 CAS 北大核心 2025年第1期113-118,125,共7页
为准确反映环形射流泵吸入室内流体剧烈的动量交换对流场的影响,将RNG k-ε(RNG)、Realizable k-ε(RKE)、RSM、Standard k-ω(SKW)、SST k-ω(SST)这5种湍流模型和3种壁面处理方法进行组合对比计算,并开展水力实验进行验证。结果表明:... 为准确反映环形射流泵吸入室内流体剧烈的动量交换对流场的影响,将RNG k-ε(RNG)、Realizable k-ε(RKE)、RSM、Standard k-ω(SKW)、SST k-ω(SST)这5种湍流模型和3种壁面处理方法进行组合对比计算,并开展水力实验进行验证。结果表明:不同壁面函数对环形射流泵性能和壁面压力系数的计算影响很小;相较于RNG、SKW、SST,RKE模型或RSM模型结合可扩展壁面函数(ScWF)的计算结果与实测更吻合。对比模拟流场发现:低流量比工况下不同湍流模型性能预测结果与模拟的回流区分布范围相关,模拟出来的回流区范围越大,预测的环形射流泵性能越低。基于熵产理论分析认为,环形射流泵的能量损失主要源于分布在壁面和混合剪切层的湍动熵产,高流量比工况下RSM模型计算得到的湍动熵产率偏高,是其预测性能低于RKE模型的主要原因。 展开更多
关键词 环形射流泵 湍流模型 性能 回流区 熵产理论
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考虑湍流模型不确定性量化的喷管伴随优化设计 被引量：1
2
作者 李安娜 孙中国 +1 位作者 黄柱 席光 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第3期1-8,共8页
为提高工程中广泛采用的基于雷诺平均Navier-Stokes(RANS)模型设计优化的可靠性和稳健性,针对RANS模型存在的结构不确定性,通过质心图和雷诺应力的可实现性对其进行合理量化,采用自适应非均匀扰动方法对湍流各向异性张量的特征值和特征... 为提高工程中广泛采用的基于雷诺平均Navier-Stokes(RANS)模型设计优化的可靠性和稳健性,针对RANS模型存在的结构不确定性,通过质心图和雷诺应力的可实现性对其进行合理量化,采用自适应非均匀扰动方法对湍流各向异性张量的特征值和特征空间施加扰动,并对模型预测的不确定区间进行数值估计。提出了一种RANS模型不确定性量化框架下的伴随设计优化方法,探索了该方法在拉瓦尔喷管优化设计中的应用,通过6次模拟获得了不同扰动下的优化几何型线,不同型线所围成的区域(置信区间)反映了模型结构不确定性引起的几何优化差异。研究结果表明:在不同扰动下,优化后的喷管总压损失降低了6.7%~19.2%,实现了喷管性能的稳健提升,获得的置信区间降低了对制造公差的敏感性,从而在一定程度上降低了精度要求和制造成本。研究结果展示了考虑RANS模型不确定性量化的优化设计在航空航天工程应用中的潜在价值和指导作用。 展开更多
关键词 不确定性量化 伴随优化设计 湍流模型 喷管 制造公差
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基于二次本构关系修正湍流模型的曲面乘波进气道性能分析
3
作者 王刚 张帅 +2 位作者 宋晓啸 张继发 郑耀 《推进技术》 北大核心 2025年第2期25-40,共16页
高超声速飞行器要求前体与进气道一体化设计,目前已有众多前体/进气道一体化方案被提出,然而在高超声速进气道内精确有效的湍流数值计算分析方法仍有不足。本文实现了一种基于二次本构关系(Quadratic Constitutive Relation,QCR)的高精... 高超声速飞行器要求前体与进气道一体化设计,目前已有众多前体/进气道一体化方案被提出,然而在高超声速进气道内精确有效的湍流数值计算分析方法仍有不足。本文实现了一种基于二次本构关系(Quadratic Constitutive Relation,QCR)的高精度、高效率的湍流修正模型(SA-QCR2020)。采用两种标准验证算例表明,SA-QCR2020湍流模型能够更接近真实的流动物理,对计算算例性能模拟更为准确。随后本文采用该修正湍流模型对曲面乘波进气道在侧滑角为0°,4°,8°,攻角为-8°,0°,8°工况下的性能进行了研究。结果表明,在设计工况下该曲面乘波进气道内从喉道处产生三维涡,并向后发展,随流动扩散至整个流场区域。侧滑角对进气道起动后的性能影响不大,攻角对进气道起动后的性能影响较大,且攻角越大,前缘激波越强,对来流的减速增压作用越强。研究揭示了该曲面乘波进气道在非设计工况下的性能规律,并表明该进气道能够在大攻角、大侧滑角工况下保证飞行器推进系统有效工作。 展开更多
关键词 曲面乘波进气道 二次流 进气道性能 湍流模型 数值模拟
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基于AENS仿真平台的螺旋度修正湍流模型研究
4
作者 罗弸中 曹杰 +2 位作者 唐雨萌 李彬 柳阳威 《空气动力学学报》 北大核心 2025年第8期143-155,I0002,共14页
本文基于国产自主研发的多场耦合仿真平台(AeroEngine Numerical Simulation,AENS),针对叶轮机领域广泛应用的SA和SST湍流模型,以及研发团队提出的采用螺旋度修正的SA-Helicity和SST-Helicity湍流模型,开展对压气机复杂流动的预测性能... 本文基于国产自主研发的多场耦合仿真平台(AeroEngine Numerical Simulation,AENS),针对叶轮机领域广泛应用的SA和SST湍流模型,以及研发团队提出的采用螺旋度修正的SA-Helicity和SST-Helicity湍流模型,开展对压气机复杂流动的预测性能研究。通过两个典型压气机算例,包括高负荷压气机叶栅NACA65 K48和跨声速轴流压气机转子NASA Rotor37,系统对比研究基于AENS开发的4种湍流模型对压气机三维角区分离等压气机复杂流动的模拟性能。结果表明,对于NACA65 K48叶栅,螺旋度修正的SA-Helicity和SST-Helicity模型有效提高了角区分离总压损失预测精度,相较原始SA和SST模型,栅后测量面的总压损失预测误差分别降低22.53%和27.19%;对于NASA Rotor37,SA-Helicity和SST-Helicity模型预测结果与实验测量总特性和气动参数展向分布呈现良好一致性,相比SA和SST模型,在近失速工况下的总压比分布预测误差分别减少79.20%和76.33%。总体而言,基于AENS平台发展的SA-Helicity和SST-Helicity模型在压气机气动性能预测及角区分离拓扑刻画方面具有良好表现,展现出其在压气机气动设计中的应用前景。 展开更多
关键词 计算流体力学 螺旋度修正 角区分离 压气机 湍流模型
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SST湍流模型在逆压梯度流动中的改进
5
作者 张子恒 宋汉奇 +1 位作者 姜振华 阎超 《力学学报》 北大核心 2025年第8期1836-1848,共13页
逆压梯度和流动分离的正确预测在飞行器设计、发动机设计和机械工程等行业中至关重要.然而,目前在工程界中广泛使用的RANS模型如SA湍流模型等对于逆压梯度的预测往往不尽人意.SST湍流模型在构造时引入了Bradshaw假设,提高了模型对压力... 逆压梯度和流动分离的正确预测在飞行器设计、发动机设计和机械工程等行业中至关重要.然而,目前在工程界中广泛使用的RANS模型如SA湍流模型等对于逆压梯度的预测往往不尽人意.SST湍流模型在构造时引入了Bradshaw假设,提高了模型对压力梯度的敏感性.但是在逆压梯度下其结果往往也存在一定偏差,在实际使用中出现分离预测提前和再附滞后的问题.文章从SST湍流模型的构造机理和控制方程入手,结合壁面摩擦分解公式,分析模型在逆压梯度下预测分离失准的原因,并指出失准的原因和Bradshaw假设有关,具体表现为Bradshaw假设强制认为湍动能的生成项和耗散项平衡,导致了雷诺应力和湍动能的生成受到限制,降低流动抵抗分离的能力.文章最后通过局部区域的动能的生成项和耗散项之比对结构参数a1进行一定程度的放缩,提出一种改进的SST湍流模型SST-m模型.改进模型的效果在高斯鼓包、吹吸平板和二维驼峰等逆压梯度案例中进行了数值验证.结果表明,针对逆压梯度下的流动分离问题,改进模型有效地提高了SST模型对于流动分离、再附位置的计算精度,同时雷诺应力和湍动能计算精度也有不同程度的提高. 展开更多
关键词 逆压梯度 分离流动 雷诺应力 SST湍流模型 涡黏性模型
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WA-DES湍流模型在喷水推进泵数值预测中的适用性研究
6
作者 陈俊宝 李伟 +1 位作者 胡敬宁 季磊磊 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期756-770,共15页
本文将一种基于DES方法的WA湍流模型用于混流式喷水泵的性能预测,分析WA-DES模型与SST k−ω模型在预测泵内外特性时的差异和相似性。研究结果表明:WA-DES模型能较准确地预测喷水推进泵外特性和空化性能,在不同流量工况下,WA-DES与SST k... 本文将一种基于DES方法的WA湍流模型用于混流式喷水泵的性能预测,分析WA-DES模型与SST k−ω模型在预测泵内外特性时的差异和相似性。研究结果表明:WA-DES模型能较准确地预测喷水推进泵外特性和空化性能,在不同流量工况下,WA-DES与SST k−ω预测的叶顶流场压力系数、轴向速度和湍动能分布高度一致;在空化工况下,叶片吸力面低压区和叶轮蒸汽体积分布差异较小,WA-DES模型与SST k−ω模型预测的泄漏涡尺度存在差异,但WA-DES模型与SST k−ω模型对泵内高湍流黏度区的预测结果以及对叶轮内不同跨度上压力的预测结果基本保持一致,这弱化了对泄漏涡在空间尺度上的差异造成的影响,是保证两种模型预测的泵外特性差异不大的重要因素。因此,WA-DES模型在工程中具有较好的应用效果。本文的研究结果将促进WA-DES模型在喷水推进泵数值计算领域的进一步应用,提高喷水推进泵的设计和制造效率。 展开更多
关键词 湍流模型 混流式喷水推进泵 叶顶泄漏涡 湍动能 涡量 空化
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离心压缩机性能预测中雷诺平均湍流模型的不确定度量化与分析
7
作者 王同生 席光 +3 位作者 孙中国 张晨庆 李安娜 黄柱 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第9期187-196,共10页
采用雷诺平均Navier-Stokes (RANS)湍流模型预测离心压缩机的气动性能往往与实验测量结果存在显著差异。为量化RANS模型对离心压缩机性能预测的不确定度,通过对可实现且物理约束的雷诺应力张量特征值和特征向量进行扰动,即在质心图内通... 采用雷诺平均Navier-Stokes (RANS)湍流模型预测离心压缩机的气动性能往往与实验测量结果存在显著差异。为量化RANS模型对离心压缩机性能预测的不确定度,通过对可实现且物理约束的雷诺应力张量特征值和特征向量进行扰动,即在质心图内通过非均匀扰动方法将基础流动扰动至湍流的3个极限状态,以获得湍流输运方程生成项的极值,进而量化RANS模型中的L2不确定度。在离心压缩机性能曲线左端的可用工况下,施加扰动后湍流模型预测的总压比和多变效率的置信区间基本覆盖了整个工况范围内的实验结果,不施加扰动时的数值预测和实验结果之间的最大总压比偏差为4.37%和最大多变效率偏差为0.9%。进一步探究了不同扰动对离心叶轮叶片吸力面流动分离发生位置的影响规律,结果显示:雷诺应力张量单组分的特征值扰动对流动分离预测较保守,而单组分特征向量扰动的预测则较激进。RANS模型的不确定度对气动性能边界的预测可进一步用于实验测量数据的交叉验证。 展开更多
关键词 湍流模型 离心压缩机 不确定度量化 非均匀扰动
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涡轮叶片复合冷却内外部流动的磁共振测速和湍流模型评估
8
作者 蔡宇宙 曾伟 +2 位作者 赖佑奎 欧阳华 马海腾 《推进技术》 北大核心 2025年第7期250-259,共10页
涡轮叶片复合冷却结构复杂,激光诊断难以测量其内外流场。本文通过磁共振测速(MRV)获取了GE-E^(3)叶片的内外耦合流场,并基于RANS进行数值计算。结果表明:MRV捕捉到主流通道的内外流掺混,前缘冲击-气膜的冲击孔初步加速及气膜孔进一步加... 涡轮叶片复合冷却结构复杂,激光诊断难以测量其内外流场。本文通过磁共振测速(MRV)获取了GE-E^(3)叶片的内外耦合流场,并基于RANS进行数值计算。结果表明:MRV捕捉到主流通道的内外流掺混,前缘冲击-气膜的冲击孔初步加速及气膜孔进一步加速,以及蛇形弯道的分离流动等特征,并观察到通道涡以及分离涡结构。基于所测速度场评估仿真结果,发现SST k-ω和RNG k-ε的速度场特征均与MRV定性吻合,但SST k-ω对通道涡和分离涡的预测更接近MRV。此外,SST k-ω和RNG k-ε的反正切绝对百分比误差(AAPE)的全流场平均值分别为14%和16%,其差异主要由于SST的计算模型预测蛇形弯道以及尾缘劈缝扰流柱的分离区域更具优势。 展开更多
关键词 涡轮叶片 磁共振测速 叶片流动与冷却 流动可视化 湍流模型评估
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基于高空台排气扩压器非平衡流动k-ωSST湍流模型系数优化
9
作者 聂博文 张健平 +3 位作者 张松 但志宏 陈律江 杨豪 《机床与液压》 北大核心 2025年第2期125-133,共9页
为了准确模拟高空台排气扩压器湍流非平衡流动,采用Fluent软件分析k-ωSST湍流模型系数对扩压器出口静压模拟精度的影响,并通过响应面试验优化模型系数。结果表明:随着α_(1)的增大,模拟精度先提高后降低,达到0.341后保持不变。β^(*)... 为了准确模拟高空台排气扩压器湍流非平衡流动,采用Fluent软件分析k-ωSST湍流模型系数对扩压器出口静压模拟精度的影响,并通过响应面试验优化模型系数。结果表明:随着α_(1)的增大,模拟精度先提高后降低,达到0.341后保持不变。β^(*)的增大使模拟值逐渐接近目标值,从而提高精度;当模拟值大于目标值时,精度先降低再提高;而模拟值小于目标值时,精度急剧降低。β_(2)的增大也使得模拟值逐渐接近目标值,从而提高精度;当模拟值小于目标值,精度急剧降低。而σ_(ω2)的增大则使得模拟值迅速接近目标值,提高精度;但当模拟值小于目标值时,精度缓慢降低。模型系数α_(1)、β^(*),β_(2)、σ_(ω2)优选范围为0.2973~0.325、0.056~0.098、0.0756~0.089、0.69~1.1984。在此基础上,通过响应面试验显著性分析得到敏感性顺序为α_(1)>β_(2)>β^(*)>σ_(ω2),β^(*)与α_(1)、α_(1)和σ_(ω2)、β_(2)和β^(*)交互作用的影响显著,模型系数α_(1)、β^(*)、β_(2)、σ_(ω2)最佳组合为0.3052、0.0611、0.0826、0.853。最后通过试验验证合理性,结果表明模型系数最佳组合能较好地提高模拟计算准确性。 展开更多
关键词 k-ωSST湍流模型系数 不确定性 高空台排气扩压器 数值模拟 响应面试验
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喷嘴内云空化瞬态特性的湍流模型适用性研究
10
作者 程西怡 李红梅 +3 位作者 韩丹 赵文涛 郭根苗 何志霞 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第10期160-169,共10页
为评估不同湍流模型对喷嘴内云空化瞬态演化特性的解析能力与适用性,基于数值模拟方法,结合空化多相流模型,对剪切应力输运k-ω雷诺平均模型、大涡模拟、延迟分离涡模拟和超大涡模拟的解析能力对比分析。结果表明:剪切应力输运k-ω雷诺... 为评估不同湍流模型对喷嘴内云空化瞬态演化特性的解析能力与适用性,基于数值模拟方法,结合空化多相流模型,对剪切应力输运k-ω雷诺平均模型、大涡模拟、延迟分离涡模拟和超大涡模拟的解析能力对比分析。结果表明:剪切应力输运k-ω雷诺平均模型计算效率高,但由于采用时均化处理,难以准确捕捉云空化脱落与溃灭等瞬态行为;大涡模拟模型可精确解析小尺度涡结构与瞬态压力脉动,能够再现云空化全周期演化过程,模拟结果与可视化试验吻合良好,但计算资源消耗为剪切应力输运k-ω模型的4倍以上;延迟分离涡模拟因近壁面与弱旋区域仍采用雷诺时均方法,导致对脱落过程、回射流及高频压力响应的预测精度受限;超大涡模拟基于尺度自适应的动态混合雷诺时均-大涡方法,在保障脱落细节解析能力的同时,显著降低了计算资源消耗,相较大涡模拟节省约30%。此外,基于压力脉动的傅里叶变换分析显示,超大涡模拟预测的云空化脱落主频与试验偏差小于5%,验证了其在云空化建模中的准确性与高效性,具备一定的工程应用潜力。 展开更多
关键词 湍流模型 喷嘴 云空化 脱落 解析能力
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湍流模型参数对气动力仿真精度影响研究
11
作者 尚文强 张风利 +2 位作者 王文江 罗秋丽 周鹏 《汽车工程》 北大核心 2025年第9期1752-1762,共11页
剪切应力输运(shear-stress-transport,SST)k-ω湍流模型是目前综合性能最佳的双方程湍流模型之一,广泛应用于汽车空气动力学研究。已有研究表明,SST k-ω湍流模型参数对车辆的气动力仿真精度具有显著的影响。然而,大多数研究大多局限... 剪切应力输运(shear-stress-transport,SST)k-ω湍流模型是目前综合性能最佳的双方程湍流模型之一,广泛应用于汽车空气动力学研究。已有研究表明,SST k-ω湍流模型参数对车辆的气动力仿真精度具有显著的影响。然而,大多数研究大多局限于简化模型。为此,本文研究了在车轮静止条件下,湍流模型参数对某三厢轿车气动力仿真精度的影响。研究发现,湍流模型参数σ_(w1)、σ_(w2)、β*、CT与气动阻力、气动升力均呈线性关系,而a_(1)与气动阻力、气动升力呈近似二次关系。进一步地,本文揭示了这些参数对汽车外流场的影响机理,并给出了改善气动力仿真精度的湍流模型参数推荐值:σ_(ω1)=0.3、σ_(ω2)=0.7、β*=0.06、a_(1)=0.5和C_(T)=1.0。本文为汽车更准确、更可靠的气动力仿真提供了理论与工程指导。 展开更多
关键词 汽车空气动力学 湍流模型参数 气动阻力 气动升力
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SST-k-ω湍流模型下的覆冰八分裂导线气动特性分析
12
作者 蔡萌琦 钟博林 +1 位作者 赵鑫 闵光云 《电网与清洁能源》 北大核心 2025年第7期9-18,共10页
为研究新月形覆冰八分裂导线在特定湍流模型下的气动特性与复杂湍流机理,采用风洞试验与数值模拟相结合的方法,基于实际导线参数建立二维新月形覆冰八分裂导线模型,利用SST-k-ω湍流模型对流场进行高精度数值求解。通过网格无关性和时... 为研究新月形覆冰八分裂导线在特定湍流模型下的气动特性与复杂湍流机理,采用风洞试验与数值模拟相结合的方法,基于实际导线参数建立二维新月形覆冰八分裂导线模型,利用SST-k-ω湍流模型对流场进行高精度数值求解。通过网格无关性和时间步长敏感性分析,优化模拟精度,并设置多种风攻角工况,系统提取各子导线在不同工况下的压力、速度分布及气动力系数。实验方面,采用五分量天平同步测量气动力系数,获得全攻角范围内的气动响应。将数值结果与风洞实测数据进行对比,分析模型在不同风攻角下的适用性和误差特征。结果显示,SST-k-ω湍流模型在40°至150°风攻角区间对气动特性的模拟效果最佳,阻力系数与升力系数的平均相对误差分别约为0.15和0.1。典型工况下,迎风侧子导线的尾流作用导致背风侧流场结构发生明显变化,部分攻角出现气动力波动现象。结论说明,SST-k-ω湍流模型能够有效反映新月形覆冰八分裂导线的气动特性及其尾流效应,为后续复杂流动及舞动机理研究提供参考。 展开更多
关键词 八分裂覆冰导线 气动特性 SST-k-ω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 被引量：2
13
作者 陈良兵 廖紫默 +1 位作者 刘难生 万振华 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期24-34,共11页
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... 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%。 展开更多
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
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基于直接数值模拟的压力容器入口射流湍流模型评价 被引量：1
14
作者 孙宇蒙 李捷 +3 位作者 魏宗岚 艾哲伦 苗恒 邓坚 《中山大学学报（自然科学版）（中英文）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期88-96,共9页
采用基于谱元法的开源软件Nek5000对压力容器入口射流进行直接数值模拟(DNS)。压力容器模拟在环向简化为1/3的尺度,主管段雷诺数为63700,下降段雷诺数为14014,工质为碘化钠溶液。通过对常见物理量进行统计,构建高精度湍流数据库。并采用... 采用基于谱元法的开源软件Nek5000对压力容器入口射流进行直接数值模拟(DNS)。压力容器模拟在环向简化为1/3的尺度,主管段雷诺数为63700,下降段雷诺数为14014,工质为碘化钠溶液。通过对常见物理量进行统计,构建高精度湍流数据库。并采用FLUENT对常见的壁面函数和湍流模型进行适应性评价,评价标准包括速度、湍动能和湍流黏度。结果表明:在上升段Stress-ω模型适用性最好;在下降段,Standard k-ω模型适用性最优。 展开更多
关键词 压力容器 射流 直接数值模拟 湍流模型 壁面函数 评价
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棒束结构气冷换热的湍流模型适用性评价 被引量：1
15
作者 刘宇浩 孙倩 +2 位作者 方浚麟 叶子申 孙俊 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1732-1741,共10页
高功率空间核电源采用棒束气冷堆具有质量轻等优势,其紧凑的栅格结构以及流动雷诺数(Re)较低的特点会影响堆芯的流动换热规律,采用CFD开展数值分析时需评价湍流模型的适用性。在气体工质棒束结构流动换热实验的基础上,利用ANSYS Fluent... 高功率空间核电源采用棒束气冷堆具有质量轻等优势,其紧凑的栅格结构以及流动雷诺数(Re)较低的特点会影响堆芯的流动换热规律,采用CFD开展数值分析时需评价湍流模型的适用性。在气体工质棒束结构流动换热实验的基础上,利用ANSYS Fluent建立了试验段的数值模型,针对入口Re在688~2 986之间的实验工况,选择4种湍流模型开展了数值模拟,对比了加热棒包壳温度实验测量值与计算值。结果表明,4种湍流模型计算的棒温整体上均低于实验值,其中转捩SST模型结果与实验值最接近,整体平均偏差为-2.0%,较好地反映了横流等特征,可用于Re在2 000左右的棒束气冷堆芯热工水力数值计算。 展开更多
关键词 气冷堆 棒束结构 湍流模型 低雷诺数 流动换热 横流
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基于物理信息神经网络的气膜冷却湍流模型反演学习 被引量：1
16
作者 张振 苏欣荣 袁新 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1459-1465,共7页
由于气膜冷却问题中湍流的复杂特性,传统雷诺平均(RANS)方法会低估湍流的热扩散强度,导致冷却效果计算不准确。对此提出了一套基于物理信息神经网络(PINN)的湍流建模框架,基于RANS流场和大涡模拟(LES)温度场,建立了数据驱动的湍流普朗... 由于气膜冷却问题中湍流的复杂特性,传统雷诺平均(RANS)方法会低估湍流的热扩散强度,导致冷却效果计算不准确。对此提出了一套基于物理信息神经网络(PINN)的湍流建模框架,基于RANS流场和大涡模拟(LES)温度场,建立了数据驱动的湍流普朗特数神经网络模型,在RANS求解器中嵌入该模型,可以动态调整湍流的热扩散强度,获得了与LES高度一致的温度场。结果表明:PINN是构建数据驱动湍流模型的良好方法,对于湍流普朗特数的建模可以有效提升RANS方法对温度预测的准确性。 展开更多
关键词 气膜冷却 物理信息神经网络 湍流普朗特数 机器学习 湍流模型
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面向内流的激波/边界层湍流模型数据同化及应用
17
作者 杨茂桃 郭明明 +3 位作者 田野 易淼荣 乐嘉陵 张华 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期44-55,共12页
为研究压缩拐角激波/边界层干扰问题和机器学习方法在湍流模型参数辨识中的有效性,提出一种面向内流的激波/边界层湍流模型数据同化方法,以Kriging代理模型传播参数不确定量化过程,基于贝叶斯框架构建似然函数作为评判标准,最后利用粒... 为研究压缩拐角激波/边界层干扰问题和机器学习方法在湍流模型参数辨识中的有效性,提出一种面向内流的激波/边界层湍流模型数据同化方法,以Kriging代理模型传播参数不确定量化过程,基于贝叶斯框架构建似然函数作为评判标准,最后利用粒子群优化算法近似获取参数的最大似然估计并进行参数验证。结果表明,通过校准大角度(24°)压缩拐角获取的湍流模型参数,可以应用到相同条件下相对较小的小角度(20°,16°和8°)压缩拐角,获取的壁面压力、摩阻系数和速度剖面均与试验值基本吻合。在Ma=2.85下校准的壁面压力,均方根误差由60.29%下降到16.56%。将大角度下获取的参数应用到Ma=2.9和不同的入射边界层厚度的条件下,获取的壁面压力和速度剖面仍与试验值基本吻合,验证了小范围马赫数内湍流模型参数的适用性。 展开更多
关键词 激波/边界层干扰 数据同化 SST湍流模型 贝叶斯优化 参数辨识 普适性分析
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结合机器学习的SA湍流模型闭合系数修正
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作者 徐向阳 胡冠男 +2 位作者 王良军 朱文浩 张武 《上海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期341-351,共11页
将修正Morris分类筛选法与极端梯度提升(extreme gradient boosting,XGBoost)相结合,在计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)数据驱动下,用于SA(Spalart-Allmaras)湍流模型闭合系数的修正.利用分类筛选法有效缩小闭合系数... 将修正Morris分类筛选法与极端梯度提升(extreme gradient boosting,XGBoost)相结合,在计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)数据驱动下,用于SA(Spalart-Allmaras)湍流模型闭合系数的修正.利用分类筛选法有效缩小闭合系数研究范围,同时依据XGBoost方法在小规模数据集下取得精度较高的拟合模型,有效提升系数修正效率.在三维DLR-F6-WB构型下进行了数值实验,实验结果显示利用本方法能够在三维复杂模型上基于小样本数据进行系数修正,修正后的升阻力系数计算精度得到了显著提升. 展开更多
关键词 SA(Spalart-Allmaras)湍流模型 敏感度 极端梯度提升(extreme gradient boosting XGBoost) 线性回归 系数修正
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Menter SST湍流模型系数在高速流动模拟中的不确定度量化研究
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作者 陈鑫 王刚 叶正寅 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2024年第9期70-85,I0002,共17页
Menter SST湍流模型系数的不确定性会对高速流动数值模拟的结果产生显著影响。本文针对二维压缩拐角、二维圆柱和三维双椭球体3个典型高速模型,定量评估湍流模型封闭系数不确定性对数值模拟的影响。首先,采用非嵌入多项式混沌方法量化由... Menter SST湍流模型系数的不确定性会对高速流动数值模拟的结果产生显著影响。本文针对二维压缩拐角、二维圆柱和三维双椭球体3个典型高速模型,定量评估湍流模型封闭系数不确定性对数值模拟的影响。首先,采用非嵌入多项式混沌方法量化由Menter SST湍流模型封闭系数不确定性导致的气动力/热数值模拟的不确定度;然后,依据Sobol敏感性指标对封闭系数的敏感性进行排序,辨识导致不确定度的关键因素。研究结果表明气动热的不确定度普遍大于气动力。在考察的9个封闭系数中,σ_(ω1)、β^(*)、κ、a_(1)是对数值模拟结果不确定度贡献较大的关键模型参数,其敏感性大小与当地流动特征相关:在流动的大部分区域内,生成项系数σ_(ω1)和κ是导致数值模拟结果不确定度的主要因素;而在流动发生分离或出现激波后的区域,数值模拟结果受耗散项系数β^(*)与剪切应力限制器参数a_(1)的影响更显著。 展开更多
关键词 不确定度量化 高速流动 敏感性分析 Menter SST 湍流模型 封闭系数
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圆柱绕流的三大类型湍流模型及稳定性数值模拟研究 被引量：4
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作者 夏曦 尤再进 王召伟 《水利水运工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第5期84-94,共11页
海港桩基码头下方桩柱周围的绕流特性对港口水动力与泥沙输运具有重大影响。为探究湍流数值模拟方法对三维桩柱绕流精度的影响,基于CFD方法建立OpenFOAM湍流模型,在雷诺数Re=3900条件下,研究不同近壁取值范围y+=0.95~5.00内的大涡模拟LE... 海港桩基码头下方桩柱周围的绕流特性对港口水动力与泥沙输运具有重大影响。为探究湍流数值模拟方法对三维桩柱绕流精度的影响,基于CFD方法建立OpenFOAM湍流模型,在雷诺数Re=3900条件下,研究不同近壁取值范围y+=0.95~5.00内的大涡模拟LES、原始雷诺时均法(RANS)湍流模型和增加涡流黏度限制公式的RANS湍流模型的阻力系数、斯特劳哈尔数、平均压力系数、平均速度和涡流结构。研究结果表明,与前人RANS各湍流模型及试验计算结果比较,RNGκ-ε湍流模型对阻力系数和斯特劳哈尔数模拟较准确,对涡捕捉精细程度最好;κ-ω、κ-ωSST湍流模型对斯特劳哈尔数模拟较准确,在y+=0.95~2.00时对平均压力系数模拟较准确;各RANS湍流模型对平均速度的模拟均存在回流区内速度偏差较大的问题;大涡模拟LES湍流模型在近壁网格精度较高时,所有水动力模拟结果相对准确。研究还发现增加涡流黏度限制后的RANS湍流模型,对涡结构捕捉的精细程度更高,更符合真实流动。通过对不同湍流模型下单桩水动力特性的分析研究,可为海港码头下圆形桩群的水动力计算提供参考。 展开更多
关键词 涡流黏度 RANS湍流模型 涡结构 湍流结构
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