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基于超大涡模拟的翼端间隙流湍流特性与损失机理分析 被引量:3
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作者 陈为升 黎耀军 +1 位作者 刘竹青 杨魏 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期144-153,共10页
为探明不同翼端间隙条件下水翼端部间隙区湍流特征及间隙湍流损失机理,以NACA0009型钝尾缘水翼为研究对象,采用基于SST k-ω湍流模型的超大涡模拟方法,分析了间隙宽度τ(分别为0.1c和0.02c)和翼端倒圆半径r(分别为0,0.5%c和1%c)对间隙... 为探明不同翼端间隙条件下水翼端部间隙区湍流特征及间隙湍流损失机理,以NACA0009型钝尾缘水翼为研究对象,采用基于SST k-ω湍流模型的超大涡模拟方法,分析了间隙宽度τ(分别为0.1c和0.02c)和翼端倒圆半径r(分别为0,0.5%c和1%c)对间隙区涡系结构、湍流雷诺应力、湍动能和湍流损失的影响。结果表明,不同间隙条件下,间隙流动的雷诺应力分布与间隙涡系分布趋于一致,以法向正应力〈v′v′〉和展向正应力〈w′w′〉为主。大间隙下(τ=0.1c),湍动能和雷诺应力主要分布在间隙分离涡区域,速度梯度?〈v〉/?z和雷诺应力〈w′w′〉主导间隙分离涡区域的湍动能生成,随翼端倒圆半径增加,间隙湍流损失因间隙区雷诺应力的显著减小而降低;小间隙下(τ=0.02c),间隙端壁边界层在间隙泄漏涡的强卷吸作用下形成诱导涡,间隙区湍流损失主要产生于间隙泄漏涡和诱导涡区域内,随翼端倒圆半径增大而增大,其原因是主导诱导涡湍动能生成的雷诺应力〈v′v′〉与速度梯度?〈v〉/?y和主导间隙泄漏涡湍动能生成的〈v′w′〉与(?〈v〉/?z+?〈w〉/?y)均随翼端倒圆半径增加而增大。 展开更多
关键词 水翼 超大涡模拟 间隙湍流损失 雷诺应力 速度梯度
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冲击射流流动换热超大涡模拟研究 被引量:6
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作者 宛鹏翔 范俊 +1 位作者 韩省思 毛军逵 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期2237-2247,共11页
为了准确预测发动机热端部件中广泛采用的冲击射流冷却复杂的流动和换热特性,发展了基于BSL k-ω模型的超大涡模拟(VLES)高精度模拟方法,并对高雷诺数Re=4×104,两种不同射流距离2和6的单孔冲击射流及三孔冲击射流这一经典的流动传... 为了准确预测发动机热端部件中广泛采用的冲击射流冷却复杂的流动和换热特性,发展了基于BSL k-ω模型的超大涡模拟(VLES)高精度模拟方法,并对高雷诺数Re=4×104,两种不同射流距离2和6的单孔冲击射流及三孔冲击射流这一经典的流动传热问题进行三维非稳态高精度数值计算。同时,将分离涡方法(DDES)和k-ωSST,RNG,Transition SST三种RANS方法的数值模拟和开发的超大涡模拟(VLES)方法进行对比。研究表明,VLES方法均能够准确捕捉冲击射流流场的复杂非稳态流动及传热特征,包括自由射流区、壁面射流区小尺度涡系和大尺度湍流结构的演化和破碎,同时冲击壁面的换热系数计算结果与实验值吻合较好。DDES方法未能准确捕捉流场复杂的小尺度湍流结构,壁面换热计算结果与实验值差异较大。RANS方法计算的换热结果与实验数据差异最大,基本未能预测到壁面换热特性。在相同的计算网格和计算方法下,VLES方法计算结果优于DDES方法,DDES方法一般好于RANS方法。这表明新开发的VLES方法能够准确地计算冲击射流相关的流动及换热问题。 展开更多
关键词 航空发动机 超大涡模拟 冲击射流 对流传热 轮冷却
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基于超大涡模拟的燃烧室气动性能仿真研究进展 被引量:1
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作者 张宏达 韩省思 +3 位作者 刘太秋 朱健 马宏宇 任祝寅 《航空发动机》 北大核心 2023年第4期68-79,共12页
航空发动机燃烧室涉及旋流、雾化蒸发、掺混、化学反应、湍流与火焰相互作用等多尺度强耦合物理化学过程,相关的高精度建模和数值模拟面临极大的挑战。超大涡模拟是近些年发展的兼顾计算精度、计算效率和强鲁棒性的数值模拟新方法,具备... 航空发动机燃烧室涉及旋流、雾化蒸发、掺混、化学反应、湍流与火焰相互作用等多尺度强耦合物理化学过程,相关的高精度建模和数值模拟面临极大的挑战。超大涡模拟是近些年发展的兼顾计算精度、计算效率和强鲁棒性的数值模拟新方法,具备试验室尺度和复杂工程应用场景下湍流流动与燃烧仿真能力。针对航空发动机燃烧室相关流动与燃烧基本特征,阐述了超大涡模拟的理论方法及特点,从旋流流动、湍流燃烧、液雾雾化、碳烟生成、燃烧不稳定等典型多物理过程,以及双旋流模型燃烧室和高温升燃烧室气动性能集成仿真等方面介绍了超大涡模拟的研究进展,对涉及的物理机制进行了分析,为超大涡模拟在航空发动机燃烧室中规模化工程应用提供了坚实支撑。超大涡模拟在较低的计算资源消耗下具备与传统大涡模拟相当的计算精度,是一种经济可承受的燃烧室高精度气动性能仿真新方法。 展开更多
关键词 燃烧室 超大涡模拟 气动性能 数值仿真 航空发动机
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高温升燃烧室综合燃烧性能超大涡模拟 被引量:4
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作者 张宏达 万斌 +3 位作者 张成凯 林宏军 尚守堂 韩省思 《航空发动机》 北大核心 2020年第6期11-15,共5页
为了对高温升燃烧室性能进行计算分析,运用超大涡模拟方法开展数值模拟,并同步开展了雷诺平均数值模拟作为对比。计算结果表明:旋流器设计与火焰筒开孔设计的匹配合理,Rothstein提出的射流迹线公式能够合理预测主燃孔的射流穿透。超大... 为了对高温升燃烧室性能进行计算分析,运用超大涡模拟方法开展数值模拟,并同步开展了雷诺平均数值模拟作为对比。计算结果表明:旋流器设计与火焰筒开孔设计的匹配合理,Rothstein提出的射流迹线公式能够合理预测主燃孔的射流穿透。超大涡模拟计算得到的出口径向温度分布系数的剖面曲线趋势和最大值位置均与试验结果符合较好。通过与试验结果进行定量比较发现,在相同计算网格条件下,超大涡模拟方法预测高温升燃烧室综合燃烧性能的精度明显高于雷诺平均方法的。 展开更多
关键词 高温升燃烧室 旋流 超大涡模拟 雷诺平均模拟 综合燃烧性能 航空发动机
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基于VLES的正十二烷喷雾数值模拟研究
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作者 周涛涛 陈江锋 +2 位作者 韩省思 孟顺 张郁 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第9期1176-1182,1212,共8页
为了研究超大涡模拟(very large eddy simulation,VLES)方法预测高压喷雾发展过程的能力,文章采用VLES方法耦合离散相模型(discrete phase model,DPM)对桑迪亚国家实验室“Spray A”正十二烷喷雾射流进行数值研究。在与实验结果进行对... 为了研究超大涡模拟(very large eddy simulation,VLES)方法预测高压喷雾发展过程的能力,文章采用VLES方法耦合离散相模型(discrete phase model,DPM)对桑迪亚国家实验室“Spray A”正十二烷喷雾射流进行数值研究。在与实验结果进行对比的基础上,进一步比较VLES方法与分别采用雷诺时均(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)方法和大涡模拟(large eddy simulation,LES)方法得到的预测结果。研究结果表明,VLES方法耦合DPM能够较准确地预测出燃油雾化的发展过程,在贯穿距、局部物理量以及喷雾形态上的预测结果优于RANS方法,且计算量相较于LES方法大大降低。 展开更多
关键词 超大涡模拟(VLES) 离散相模型(DPM) 雾化 贯穿距
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数值模拟研究燃烧室冷态流场结构 被引量:2
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作者 张宏达 万斌 +4 位作者 张成凯 林宏军 尚守堂 韩省思 叶桃红 《中国科学技术大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第11期940-946,共7页
运用超大涡模拟(VLES)方法对燃烧室冷态流场开展了数值模拟,研究流场中大尺度涡旋结构.选取圆管内有旋流动为基准算例开展数值模拟研究,与实验结果的比较验证了VLES方法的精度.计算结果表明,燃烧室内回流区形状合理.燃烧室中大孔射流与... 运用超大涡模拟(VLES)方法对燃烧室冷态流场开展了数值模拟,研究流场中大尺度涡旋结构.选取圆管内有旋流动为基准算例开展数值模拟研究,与实验结果的比较验证了VLES方法的精度.计算结果表明,燃烧室内回流区形状合理.燃烧室中大孔射流与横向来流的相互作用形成了反向旋转涡对结构,Rothstein提出的射流迹线公式能够合理预测主燃孔的射流穿透.进动涡核(PVC)发源于燃烧室头部旋流器装置内部,基于功率谱密度预测了PVC引发流场振荡的特征频率. 展开更多
关键词 燃烧室 超大涡模拟 旋流 反向旋转 进动
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水翼端部间隙泄漏流的压降及黏性损失机理
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作者 向秋杰 陈为升 +1 位作者 黎耀军 刘竹青 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期2297-2308,共12页
叶顶泄漏流产生的局部压降及黏性损失是导致轴流式水力机械效率下降和轮缘间隙空化的主要原因.为探明间隙泄漏流的黏性损失特性和低压形成机制,以NACA0009水翼为对象,采用超大涡模拟方法(VLES)对翼端间隙流动进行数值模拟,基于平均流动... 叶顶泄漏流产生的局部压降及黏性损失是导致轴流式水力机械效率下降和轮缘间隙空化的主要原因.为探明间隙泄漏流的黏性损失特性和低压形成机制,以NACA0009水翼为对象,采用超大涡模拟方法(VLES)对翼端间隙流动进行数值模拟,基于平均流动动能转换与输运分析,提出了间隙区黏性损失定量计算模型,研究了翼端间隙区湍动能生成、黏性损失和压降的产生机理及主要影响因素.结果表明,间隙区存在间隙分离涡(TSV)、间隙泄漏涡(TLV)和诱导涡(IV)等流动结构;湍动能生成是导致TSV内压降的主导因素,TLV内压降则主要受湍动能生成和平均动能的对流和扩散效应影响;湍动能耗散导致的翼端区域黏性损失占间隙区黏性损失总量的91.2%.间隙区不同流动结构对湍动能生成的影响存在明显差异,水翼吸力面的强剪切效应主要生成湍动能的■分量,而TLV,TSV和IV等间隙涡结构则主要生成湍动能的■和■分量;湍动能产生机制分析表明,湍动能生成项分量Pvw是TLV和TSV中湍动能生成的主导因素,减小TSV和TLV内的速度梯度■,可有效降低湍动能生成,进而减少翼端区域因湍流耗散导致的黏性损失.研究结果可为间隙流动控制提供参考. 展开更多
关键词 水翼 超大涡模拟 黏性损失 压降 间隙流
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