基于VLES的横向射流喷雾数值模拟研究

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作者 周涛涛 钱玉荣 +2 位作者 唐志全 王辰 张郁 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第9期1168-1175,共8页

文章使用超大涡模拟(very large eddy simulation,VLES)方法耦合离散相模型对液体射流在横向气流中雾化过程进行模拟,并对比多套网格尺度下不同湍流模型的预测结果。结果表明,VLES方法能够较为准确地预测横向射流的基本形态及参数。相... 文章使用超大涡模拟(very large eddy simulation,VLES)方法耦合离散相模型对液体射流在横向气流中雾化过程进行模拟,并对比多套网格尺度下不同湍流模型的预测结果。结果表明,VLES方法能够较为准确地预测横向射流的基本形态及参数。相对其他湍流模型在不同网格尺度下模拟结果波动明显,VLES方法对网格尺寸敏感度较低,并在模拟流场流动细节方面能够捕捉到更多液柱破碎的表面结构,较雷诺平均(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)模拟方法有显著优势,且计算量比大涡模拟(large eddy simulation,LES)方法大大降低,在工程实际运用中是一种颇具潜力的数值研究方法。 展开更多

关键词 横向射流 数值模拟 超大涡模拟(vles) 雾化 湍流模型

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低旋流中心分级燃烧室流场特性的超大涡模拟

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作者 葛修良 尚守堂 +2 位作者 胡文成 林宏军 韩省思 《航空发动机》 北大核心 2025年第5期57-63,共7页

为了研究低旋流中心分级燃烧室流场特性,采用超大涡模拟和粒子成像测速(PIV)试验结合的方法,对副模单独工作及不同主副模组合方案开展了研究。结果表明:中心分级燃烧室流场中的进动涡核(PVC)是由副模气流产生的。当副模单独工作时,PVC... 为了研究低旋流中心分级燃烧室流场特性,采用超大涡模拟和粒子成像测速(PIV)试验结合的方法,对副模单独工作及不同主副模组合方案开展了研究。结果表明:中心分级燃烧室流场中的进动涡核(PVC)是由副模气流产生的。当副模单独工作时,PVC改变了流场的结构,涡核破碎导致了流场的非对称现象。当主副模旋流器共同工作时,PVC形成了中心回流区头部区域,由于其进动导致了回流区头部的不稳定现象,在旋流强度低的情况下无法形成连续回流区;主副模气流共同作用形成了中心回流区下游区域,主模进气量对中心回流区下游区域的径向宽度起主要作用,进气量增大会减小中心回流区下游区域的径向宽度。基于功率谱密度识别了PVC的进动频率,相同副模对应的PVC特征频率接近,主模进气流量对PVC特征频率有影响,但无明显规律。 展开更多

关键词 燃烧室 旋流 中心分级 超大涡模拟 进动涡核 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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基于三方程VLES模型的进水池吸气涡数值模拟 被引量：1

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作者 黄先北 郭嫱 仇宝云 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期183-188,共6页

开敞式进水池在大流量、低水位情况下易出现表面涡,严重时将发展为吸气涡,影响泵站安全稳定运行。为准确模拟吸气涡流动结构,采用S-CLSVOF方法捕捉水气交界面,并基于混合RANS/LES方法中的VLES方法解析湍流场结构,分析了网格与计算时间... 开敞式进水池在大流量、低水位情况下易出现表面涡,严重时将发展为吸气涡,影响泵站安全稳定运行。为准确模拟吸气涡流动结构,采用S-CLSVOF方法捕捉水气交界面,并基于混合RANS/LES方法中的VLES方法解析湍流场结构,分析了网格与计算时间对计算结果的影响,同时研究了VLES模型的特性。结果表明:VLES模型可以准确地预测吸气涡流场中的速度分布;不同网格数量级对速度分布与相对吸气率的变化规律影响较小,为降低计算资源消耗,网格数量级达到O(10^(6))即可;根据相对吸气率随时间的变化规律可判断吸气涡达到稳定的时刻,在该时刻之后计算10 s即满足相关标准的要求,进一步延长计算时间不改变吸气涡位置与相对吸气率的变化规律;在本算例中,VLES模型的解析度主要受湍流积分尺度的影响,在近壁面为RANS模式以降低近壁面网格要求,而在湍流核心区为混合RANS/LES以提高计算精度。 展开更多

关键词 进水池 吸气涡 vles S-CLSVOF 数值模拟

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基于大涡模拟超大型冷却塔施工期风荷载时域特性分析 被引量：10

5

作者 柯世堂 徐璐 朱鹏 《湖南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期62-72,共11页

现有冷却塔风荷载研究成果均忽略了施工期的影响,以国内在建世界最高220 m超大型冷却塔为对象,基于大涡模拟(LES)方法获得了施工期冷却塔周围流场信息和三维气动力时程,并将成塔平均风压分布结果与规范及实测曲线进行对比验证了数值模... 现有冷却塔风荷载研究成果均忽略了施工期的影响,以国内在建世界最高220 m超大型冷却塔为对象,基于大涡模拟(LES)方法获得了施工期冷却塔周围流场信息和三维气动力时程,并将成塔平均风压分布结果与规范及实测曲线进行对比验证了数值模拟的有效性.在此基础上,对比分析了冷却塔施工期平均风压分布规律和流场特性,并基于不同工况下冷却塔周围速度和涡量变化提炼出施工期流场特性与作用机理,揭示了施工期冷却塔脉动风压、极值风压、升/阻力系数及测点间相关性的分布规律,最终基于非线性最小二乘法原理给出了随高度变化的极值风压拟合公式.研究结果表明,端部效应的影响使冷却塔负压极值随施工高度增加由-3.91升至-1.75后降至-2.28,升力系数随施工高度增加逐渐减小,而阻力系数呈先减小后增大的趋势,脉动风荷载的相关性随高度变化先增强后变弱.主要结论可供此类大型冷却塔施工期设计风荷载取值参考. 展开更多

关键词 超大型冷却塔 施工期 大涡模拟 时域特性 极值风压 相关性

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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：7

7

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 涡轮冷却

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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：2

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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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超大型冷却塔施工全过程风振响应及风振系数演化规律研究

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作者 朱鹏 柯世堂 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第5期179-189,共11页

现有冷却塔规范仅给出了成塔单一风振系数取值,完全忽略了施工过程中混凝土材料和结构性能的实时演化。以国内某在建210 m世界最高超大型冷却塔为对象,综合考虑工程进度与计算精度建立八个冷却塔施工全过程三维实体模型,基于大涡模拟(L... 现有冷却塔规范仅给出了成塔单一风振系数取值,完全忽略了施工过程中混凝土材料和结构性能的实时演化。以国内某在建210 m世界最高超大型冷却塔为对象,综合考虑工程进度与计算精度建立八个冷却塔施工全过程三维实体模型,基于大涡模拟(LES)技术获得了施工全过程冷却塔三维气动力时程,将成塔表面风压与规范及国内外现有实测曲线对比验证了数值模拟的有效性。在此基础上,采用完全瞬态时域方法对比分析了冷却塔施工全过程塔顶位移、子午向轴力及环向弯矩等典型响应风振实时变化特性,并基于三种典型目标和五种取值方法系统探讨了超大型冷却塔施工全过程风振系数沿高度和环向角度的演化规律,最终首次拟合给出了超大型冷却塔施工全过程随高度变化的风振系数计算公式。研究结论可为进一步理解施工全过程冷却塔风振响应的演化规律和风振系数差异化取值提供科学参考。 展开更多

关键词 超大型冷却塔 施工全过程 大涡模拟 风振响应 风振系数 演化规律

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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 反向旋转涡对 进动涡核

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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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