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基于积分形式的湍流边界层壁面摩擦速度预测方法
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作者 孟响 卢兆麟 +1 位作者 李栋 张凯 《力学学报》 北大核心 2025年第1期43-54,共12页
湍流边界层流动广泛存在于自然界、航空航天以及环境工程等领域.壁面摩擦速度是湍流边界层理论研究和工程应用中的一个重要参数,对其进行准确预测具有十分重要的科学意义和工程价值.文章基于雷诺平均动量方程提出了一种利用湍流边界层... 湍流边界层流动广泛存在于自然界、航空航天以及环境工程等领域.壁面摩擦速度是湍流边界层理论研究和工程应用中的一个重要参数,对其进行准确预测具有十分重要的科学意义和工程价值.文章基于雷诺平均动量方程提出了一种利用湍流边界层平均速度和雷诺应力剖面预测壁面摩擦速度的积分方法.该方法仅需要同一流向位置、边界层外层的平均流场分布,显著降低了对近壁面流场数据的依赖性.通过文献中大量的直接数值模拟和实验数据验证,该方法的相对误差在±3%以内,且受积分上下限以及边界层厚度等模型参数的影响较小.通过与文献中具有相似积分形式的壁面摩擦速度预测方法比较,发现湍流边界层壁面摩擦速度预测方法的精度与选取的总切应力模型密切相关.本文提出的壁面摩擦速度预测方法适用于不可压缩、零压力梯度光滑及粗糙壁面湍流边界层流动,具有精度高和鲁棒性强等特点,研究结果可为航空航天及能源动力等领域重大工程应用中湍流壁面摩擦阻力的准确预测和调控提供理论指导. 展开更多
关键词 壁面摩擦速度 湍流边界层 直接数值模拟 实验测量
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基于PML-IGVL边界条件的黏滞声波方程数值模拟
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作者 陈志立 汪勇 +3 位作者 桂志先 何幼娟 羊丹 年泽润 《石油地球物理勘探》 北大核心 2025年第2期392-401,共10页
地震勘探中的波动方程正演模拟受计算和存储能力的限制,只能在有限空间进行,需要对其设置边界条件。常用的完全匹配层(Perfect Match Layer,PML)是一种应用广泛的边界条件,需要对边界条件设定一定的层数,层数太大时会降低正演速度和增... 地震勘探中的波动方程正演模拟受计算和存储能力的限制,只能在有限空间进行,需要对其设置边界条件。常用的完全匹配层(Perfect Match Layer,PML)是一种应用广泛的边界条件,需要对边界条件设定一定的层数,层数太大时会降低正演速度和增大内存存储。因此,文中通过将PML边界条件和改进后的梯度黏弹边界(Improved Gradient Viscoelastic Layer,IGVL)结合提出一种PML-IGVL边界条件,同时,为了减少截断误差和数值频散,将PML-IGVL边界条件应用于紧致交错网格的黏滞声波方程中进行数值模拟。均匀介质和Marmousi模型中的波场数值模拟结果表明,相对于PML边界条件,PML-IGVL边界条件使用的边界厚度更小,在相同较低边界层数下,能更好地吸收反射波,同时能节省更多的存储空间,并提高正演效率,证明了PML-IGVL边界条件的有效性和优越性,是正演模拟中一种有效的边界吸收方法。 展开更多
关键词 紧致交错有限差分 黏滞声波方程 数值模拟 PML边界条件 改进梯度黏弹边界 PML-IGVL边界条件
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考虑大气稳定度的液氢泄漏扩散数值模拟
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作者 程崇律 单聪慧 +1 位作者 张孟凡 徐宝鹏 《太阳能学报》 北大核心 2025年第1期383-390,共8页
液氢泄漏后产生的易燃易爆氢气云团存在严重安全隐患。通过基于OpenFOAM开发的求解器,对液氢泄漏及云团扩散行为进行分析。该求解器采用简化蒸发模型确定液氢蒸发速率,通过气相和固相求解器分别模拟云团的扩散以及地基的传热,使用共轭... 液氢泄漏后产生的易燃易爆氢气云团存在严重安全隐患。通过基于OpenFOAM开发的求解器,对液氢泄漏及云团扩散行为进行分析。该求解器采用简化蒸发模型确定液氢蒸发速率,通过气相和固相求解器分别模拟云团的扩散以及地基的传热,使用共轭传热方法保证气-固区域间温度和热通量的连续性,并采用考虑大气稳定度的对数风廓线作为大气边界条件。通过风廓线观测数据和液氢泄漏实验数据验证提出的求解器。研究结果表明,稳定大气条件、高温以及大泄漏量均导致可燃氢气云团横向扩散范围增大,采用滞留坑方案可将蒸发速率降低99%,并使可燃云团的扩散距离及高度分别降低46%和76%,有效缩小了危险范围。 展开更多
关键词 液体泄漏 大气边界层 扩散 数值模拟
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基于STAR-CCM+的边界层对航行器阻力预报影响分析
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作者 王海旭 张敏革 +1 位作者 张璇 王新锐 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第1期59-64,共6页
利用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,以SUBOFF模型为例,基于STARCCM+软件,采用Standard k-ε湍流模型对不同边界层进行阻力预报,并将计算结果与SUBOFF模型的实验结果进行对比分析,在网格数量无关性的前提下,探究... 利用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法,以SUBOFF模型为例,基于STARCCM+软件,采用Standard k-ε湍流模型对不同边界层进行阻力预报,并将计算结果与SUBOFF模型的实验结果进行对比分析,在网格数量无关性的前提下,探究边界层第一层高度、最少网格层数、边界层总厚度分别对计算精度的影响。结果表明,增加边界层第一层高度相对减少高度对误差的影响更低,增加17倍时误差仍在5%以内;最少网格层数整体上对计算影响不大,层数波动20%,计算误差同样低于5%;边界层总厚度不起决定性作用,但相对更充足的总厚度利于计算精度。 展开更多
关键词 阻力预报 边界层 数值仿真
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加密探空与地面自动气象站资料同化对北京地区边界层数值模拟改善研究
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作者 吴义凯 王成刚 苗世光 《气象》 北大核心 2025年第1期30-42,共13页
利用2016年8月28日至9月2日在北京市宝联、朝阳、大兴站获得的逐3 h加密探空资料与逐1 h的地面自动气象站资料,基于WRF模式与WRFDA三维变分同化系统,分别进行仅同化加密探空资料(S-DA)、仅同化地面自动气象站资料(A-DA)以及同时同化以... 利用2016年8月28日至9月2日在北京市宝联、朝阳、大兴站获得的逐3 h加密探空资料与逐1 h的地面自动气象站资料,基于WRF模式与WRFDA三维变分同化系统,分别进行仅同化加密探空资料(S-DA)、仅同化地面自动气象站资料(A-DA)以及同时同化以上两种资料(M-DA)的同化试验,研究三组资料同化方案对北京地区边界层数值模拟的改善影响。结果表明:垂直方向上,加密探空资料对于改善模拟结果起核心作用,可使边界层范围内温度、相对湿度、风速的均方根误差分别减少65%、61%、22%。地面自动气象站资料对垂直方向的模拟结果亦有贡献,但改善力度小、影响范围低。M-DA试验与S-DA试验结果相仿。水平方向上,地面自动气象站资料的改善作用主要体现在影响范围广,加密探空资料改善力度较强,然而影响范围小。M-DA试验综合两种资料的优势,可使模拟结果更接近观测结果。同化时效性方面,同化试验对边界层内热力状态的改善影响时间较长,对湿度状态与动力结构的改善影响时间较短,其中M-DA试验对热力状态的改善影响最多可延长至预报6 h,对湿度与动力结构的改善影响最多可延长至预报3 h。综上,同时同化加密探空与地面自动气象站资料要比单独同化任一资料的效果更好,两种资料在同化后可以相互补充各自的不足,能较强地改善模式的初始场,从而在一定程度上提高边界层模拟结果的准确度。 展开更多
关键词 资料同化 大气边界层数值模拟 加密探空资料 地面自动气象站资料
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东南极地区WRF模式3种边界层参数化方案的评估
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作者 胡杰 杨堤益 +1 位作者 邹小伟 丁明虎 《极地研究》 北大核心 2025年第1期11-25,共15页
由于极地自然环境恶劣,大气观测受到较大的限制,因此,极地数值天气预报模式(Polar WRF)是在该地区开展大气科学研究的重要手段之一。本文利用Polar WRF 4.1.1模式对2020年3月—2021年3月东南极近地面气象要素进行模拟,对模式中3种边界... 由于极地自然环境恶劣,大气观测受到较大的限制,因此,极地数值天气预报模式(Polar WRF)是在该地区开展大气科学研究的重要手段之一。本文利用Polar WRF 4.1.1模式对2020年3月—2021年3月东南极近地面气象要素进行模拟,对模式中3种边界层参数化方案进行适用性评估,并利用4个从东南极海岸至冰盖穹顶分布的自动气象站逐小时地面常规气象观测资料进行分析验证。结果表明,在沿海站点,ACM2方案考虑了热量和湍流通量的多层结构,对相对湿度、风速和气压的模拟效果最好(偏差分别为–12.53%,–1.38 m·s^(–1)和0.37 hPa),整体表现出最好的模拟效果;在内陆站点,ACM2和YSU方案较强的非局地作用使得热力强迫引导的湍流混合增加,模拟效果更好;在穹顶站点,下垫面类型较为单一,局地方案(MYJ)对气温和风速的模拟效果最好(偏差分别为3.32℃和3.76 m·s^(–1))。本研究结果对未来极区边界层参数化方案改进与更系统地开展极区边界层数值模拟有重要参考价值。 展开更多
关键词 PolarWRF 东南极 数值模拟 边界层方案
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超声速湍流边界层中微单孔渗流流动机理与传热特性研究
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作者 赵普君 吴晓帅 赵玉新 《推进技术》 北大核心 2025年第7期191-204,共14页
微孔渗流具有在超声速湍流边界层中实现高效减阻降热的潜力。从多孔介质中提取单个微孔作为研究对象,应用直接数值模拟方法(DNS),开展微单孔渗流与超声速湍流边界层的相互作用机理研究。针对渗流压比进行参数化分析,主要关注渗流对主流... 微孔渗流具有在超声速湍流边界层中实现高效减阻降热的潜力。从多孔介质中提取单个微孔作为研究对象,应用直接数值模拟方法(DNS),开展微单孔渗流与超声速湍流边界层的相互作用机理研究。针对渗流压比进行参数化分析,主要关注渗流对主流域流场结构与传热特性的影响。结果表明,渗流显著提升了其下游流向雷诺正应力峰值,并进一步强化了边界层近壁区与湍流脉动相关的能量输运过程。渗流的法向输运作用使得微孔后缘位置出现低速条带、产生局部低温区,具有明显的减速降温效果。平均流场在低速条带与局部低温区的形成中起主导作用,而脉动流场的影响相对较小。微孔渗流上下游均存在低摩阻区,而低热流区仅存在于渗流下游。当选定积分区域与小孔域重合时,三组渗流压比下的区域减阻率大于50%,区域冷却效率超过70%。以5%作为临界值,相应临界减阻半径和临界冷却半径为单孔直径的3~4倍。 展开更多
关键词 超声速湍流边界层 微孔渗流 减阻 降热 直接数值模拟
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考虑风-温耦合的钢箱梁外形对温度效应影响研究
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作者 黄旭 何佳骏 +2 位作者 丁文龙 朱金 李永乐 《重庆交通大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期33-42,共10页
为了准确分析钢箱梁外形对截面温度特性的影响规律,提出了一种考虑钢箱梁周围局部风场与温度场相互作用的有限元分析方法,采用折减系数k来建立钢箱梁周围热边界层高度处风速U_(a)与远处气象站实测风速U的对应关系,对比分析了是否考虑风... 为了准确分析钢箱梁外形对截面温度特性的影响规律,提出了一种考虑钢箱梁周围局部风场与温度场相互作用的有限元分析方法,采用折减系数k来建立钢箱梁周围热边界层高度处风速U_(a)与远处气象站实测风速U的对应关系,对比分析了是否考虑风-温耦合对钢箱梁截面温度分布的影响,探讨了不同风嘴形式、截面宽高比、不同栏杆形式以及铺装厚度对钢箱梁截面温度分布的影响规律。研究表明:钢箱梁周围热边界层厚度处的风速U_(a)呈不均匀分布,且与远处风速U呈线性正相关;不考虑风-温耦合会明显低估钢箱梁顶板表面温度;钢箱梁截面的风嘴、截面宽高比、栏杆参数以及铺装厚度均会影响钢箱梁横截面的温度分布,改变截面的温差,因此,在桥梁的设计中,钢箱梁外形对截面温度分布的影响不可忽视。 展开更多
关键词 桥梁工程 钢箱梁 风-温耦合 数值模拟 热边界层
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表面微沟槽对压气机叶栅气动性能的影响 被引量:1
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作者 耿少娟 周一帆 +1 位作者 李鑫龙 李智慧 《机械设计与制造》 北大核心 2024年第7期279-287,294,共10页
为减小叶型损失,在压气机叶栅叶片表面布置沿流向的对称V形微沟槽,采用数值模拟方法研究了沟槽宽度和顶角、沟槽间隔、沟槽覆盖范围、进口湍流度以及来流马赫数对叶栅气动性能的影响。结果表明,总压损失降低主要由吸力面沟槽产生,合理... 为减小叶型损失,在压气机叶栅叶片表面布置沿流向的对称V形微沟槽,采用数值模拟方法研究了沟槽宽度和顶角、沟槽间隔、沟槽覆盖范围、进口湍流度以及来流马赫数对叶栅气动性能的影响。结果表明,总压损失降低主要由吸力面沟槽产生,合理匹配沟槽几何参数、覆盖范围以及来流条件,可实现较优的减损效果。对吸力面局部带沟槽结构,相同冲角下无间隔沟槽的减损效果优于有间隔沟槽的减损效果,当无间隔沟槽顶角度为60°时减损效果最优;相同沟槽结构的减损效果与冲角相关。来流湍流度增加使得相同冲角下光滑叶片和带沟槽叶片的总压损失增大,相同沟槽结构在同一冲角下的减损效果及最优减损效果对应的冲角受来流湍流度影响。冲角不变时相同沟槽结构的减损效果随来流马赫数增大整体呈下降趋势,最佳减损效果对应的无量纲沟槽宽度和具有减损效果的无量纲沟槽宽度范围不同。当保持沟槽无量纲宽度不变和沟槽其它参数不变时,不同来流马赫数条件下的最佳减损效果及其对应的冲角不同,较低来流马赫数条件下最佳减损效果更突出。微沟槽能够减小壁面平均剪切应力和湍动能,降低湍流边界层损失,同时能够推迟边界层流动分离,使得叶型损失降低。 展开更多
关键词 表面微沟槽 边界层损失 湍流度 来流马赫数 压气机叶栅 数值模拟
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不同叶顶弯曲对离心叶轮性能影响机理 被引量:1
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作者 王忠义 曲锋 +2 位作者 钟新权 王艳华 连柽煜 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1314-1321,共8页
面对现代发动机对离心叶轮性能需求不断提高的背景,叶顶弯曲具备有效改善离心叶轮气动特性的能力,本文通过数值模拟的方式对不同叶顶弯曲方向、弯曲形式、弯曲程度的压气机性能进行预测,基于仿真结果对不同流动状态下压气机内部流场进... 面对现代发动机对离心叶轮性能需求不断提高的背景,叶顶弯曲具备有效改善离心叶轮气动特性的能力,本文通过数值模拟的方式对不同叶顶弯曲方向、弯曲形式、弯曲程度的压气机性能进行预测,基于仿真结果对不同流动状态下压气机内部流场进行分析,给出了叶顶弯曲压气机性能变化机理。结果显示:负弯叶轮有助于提升压气机峰值效率,提高压气机堵塞流量。正弯叶轮则在损失部分效率的情况下,使压气机失速裕度得到提升。弯曲叶轮主要通过改善叶顶前缘载荷,重构叶轮通道内静压分布,从而削弱激波强度、减少二次流损失、抑制低能涡发展,达到提升压气机性能的目的。本文研究结果可为离心压气机叶片改型设计提供参考。 展开更多
关键词 弯叶片 离心叶轮 数值模拟 性能预测 优化设计 二次流 失速裕度 附面层
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湍流普朗特数在高超声速绕流中的修正
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作者 刘景源 《弹箭与制导学报》 北大核心 2024年第1期1-5,共5页
为精确模拟高超声速激波/湍流边界层干扰导致的复杂非平衡湍流流动,提出一种湍流普朗特数修正模型。应用数值模拟及理论分析方法,对高超声速来流马赫数为9.22的平板、压缩拐角等绕流进行数值分析,评估了所提出的湍流普朗特数修正模型。... 为精确模拟高超声速激波/湍流边界层干扰导致的复杂非平衡湍流流动,提出一种湍流普朗特数修正模型。应用数值模拟及理论分析方法,对高超声速来流马赫数为9.22的平板、压缩拐角等绕流进行数值分析,评估了所提出的湍流普朗特数修正模型。数值模拟结果与实验数据及Kays湍流普朗特数模型的对比表明:对高超声速复杂流动,湍流普朗特数应进行修正,提出的经湍流非平衡参数修正的湍流普朗特数修正模型与原模型及Kays模型相比,给出的壁面压强、壁面热流更精确,壁面最大热流相对误差小于6%。 展开更多
关键词 高超声速 激波/湍流边界层干扰 气动热 湍流普朗特数 数值模拟
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上游山脉对风力机尾流和功率影响的模拟研究 被引量:1
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作者 张子瑜 黄鹏 曹曙阳 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2024年第5期97-109,共13页
更好地了解山地上风力机尾流和功率特性有助于山地风电场的布局设计。本研究采用高精度的大涡模拟(large-eddy simulation, LES)研究了上游山脉对下游山脉顶部风力机的尾流和功率性能的影响。在基于伪谱法的LES框架中,本文分别使用了滤... 更好地了解山地上风力机尾流和功率特性有助于山地风电场的布局设计。本研究采用高精度的大涡模拟(large-eddy simulation, LES)研究了上游山脉对下游山脉顶部风力机的尾流和功率性能的影响。在基于伪谱法的LES框架中,本文分别使用了滤波致动盘模型和浸入边界法模拟风力机和山脉对气流的作用。研究表明,LES结果与实验测量的速度和湍动能吻合很好,对湍动能的预测优于雷诺平均Navier-Stokes(Reynolds average Navier-Stokes, RANS)方法。在山脉风力机尾流的模拟中,研究发现风力机尾迹中心轨迹在山顶下风处向下偏转。与孤立山地相比,双峰型山地的尾流恢复速度更快,其恢复速率随着山脉间距的增加先增加后减少。对于有山脉情况,尽管由于气流的加速效应,高斯分布与尾流速度亏损分布在尾流下边缘存在差异,但高斯曲线仍然适用于近似风力机尾流的速度亏损。此外,因为上游山脉尾迹会扩散且到达下游山脉迎风面时会被抬升,所以当山脉间距达到一定距离时,风轮会完全浸没在上游山脉尾迹中,导致风力机功率性能受到上游山脉的不利影响,随着山脉间距的增加先下降后上升。本研究加深了对山地风力机尾流特性和功率性能的认识,对山区风电场的布局设计具有指导意义。 展开更多
关键词 风能 大涡模拟 大气边界层 山脉 风力机尾流 功率性能
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四桨船舶尾流场特性数值预报研究 被引量:1
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作者 李想 贾伟 梁宁 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第8期1187-1199,共13页
四桨船尾部附体的复杂性及内外桨空间布置位置的差异性会导致内外桨载荷分配不均衡。针对上述问题,本文采用CFD方法对四桨船舶的粘性尾流场进行数值模拟研究,从船体周围流场分布、湍流特性等方面详细分析内外桨盘面伴流场差异产生的原因... 四桨船尾部附体的复杂性及内外桨空间布置位置的差异性会导致内外桨载荷分配不均衡。针对上述问题,本文采用CFD方法对四桨船舶的粘性尾流场进行数值模拟研究,从船体周围流场分布、湍流特性等方面详细分析内外桨盘面伴流场差异产生的原因,并与试验结果进行对比分析。研究结果表明,内桨处于船尾湍流区中,受船体边界层影响更甚,这使得内桨桨盘面轴向速度小于外桨盘面,进而导致内外桨负荷分配不均匀;外桨盘面流动为船体边界层流动及湍流尾流区的混合流动,这使得外桨伴流场更不均匀。上述研究可为四桨船舶设计及尾部布局优化提供基础和支撑。 展开更多
关键词 四桨船舶 尾流场 边界层流动 流场均匀度 数值模拟
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不同设计参数对液氧甲烷发动机喷管效率的影响 被引量:1
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作者 刘阳旻 田原 《导弹与航天运载技术(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第1期57-63,共7页
为了更好更快地计算喷管性能,采用特征线法加附面层修正的方式开发了一种二维喷管化学动力流场计算程序,针对某液氧甲烷发动机计算了不同设计参数对应的喷管流场,研究了不同设计参数对喷管效率的影响,设计参数包括推力、室压、喷管面积... 为了更好更快地计算喷管性能,采用特征线法加附面层修正的方式开发了一种二维喷管化学动力流场计算程序,针对某液氧甲烷发动机计算了不同设计参数对应的喷管流场,研究了不同设计参数对喷管效率的影响,设计参数包括推力、室压、喷管面积比和喷管出口角等。计算喷管效率时考虑了几何损失、附面层损失、化学动力损失。结果表明使用程序计算能够准确快速获得工程上重视的设计指标,大大提高了仿真效率,可用于喷管型面优化。 展开更多
关键词 液氧甲烷发动机 数值仿真 喷管效率 特征线法 附面层修正
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海上低渗透油藏低速非线性渗流修正模型及井距优化 被引量:1
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作者 张利军 赵林 +1 位作者 徐世乾 卢聪 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第34期14641-14648,共8页
基于毛管束模型,结合边界层厚度与压力梯度之间的关系,建立了海上低渗透油藏低速非线性渗流修正模型,利用基于嵌入式网格的流固耦合模型与三维压裂井黑油模型,对比了本文研究与传统低速非线性渗流模型对数模求解稳定性影响,优化了海上... 基于毛管束模型,结合边界层厚度与压力梯度之间的关系,建立了海上低渗透油藏低速非线性渗流修正模型,利用基于嵌入式网格的流固耦合模型与三维压裂井黑油模型,对比了本文研究与传统低速非线性渗流模型对数模求解稳定性影响,优化了海上低渗透油藏五点井网井距。结果表明:与前人研究相比,本文提出的非线性渗流修正模型更加合理,且与实验数据拟合精度更高。与传统低速非线性渗流模型相比,本文提出的修正模型使衰竭开采数模模型降低非线性迭代次数85.7%。同时,使两口压裂井注采数模模型从不能收敛变得稳定收敛。随着井距增加,井组累积产油量呈现先增加后减少的趋势,存在最佳井距。此外,最佳井距随基质渗透率增加而增大。该方法为准确优化海上低渗透油藏井网参数提供了高效工具。 展开更多
关键词 海上低渗透油藏 非线性渗流 边界层 数模稳定性 井距优化
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化学非平衡模型对高焓钝楔边界层稳定性分析的影响 被引量:1
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作者 李晨辉 万兵兵 +3 位作者 涂国华 胡伟波 陈坚强 蒋崇文 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期12-24,I0001,共14页
对于高马赫数飞行器,其绕流场温度会急剧升高引发高温化学非平衡效应,进而影响边界层转捩过程。针对这一问题,一般需在基本流计算和稳定性分析中引入反映复杂物理化学过程的计算模型,但这制约了计算效率,且不同模型可能会得到不同的稳... 对于高马赫数飞行器,其绕流场温度会急剧升高引发高温化学非平衡效应,进而影响边界层转捩过程。针对这一问题,一般需在基本流计算和稳定性分析中引入反映复杂物理化学过程的计算模型,但这制约了计算效率,且不同模型可能会得到不同的稳定性分析结果。为了进一步研究一些工程常用模型对计算的影响,本文发展了化学非平衡流动的线性稳定性分析方法,考察了化学非平衡效应对高焓钝楔边界层稳定性的影响途径,分析了不同热力学、输运系数和化学反应等物理化学模型造成的稳定性分析结果差异。研究表明:化学非平衡效应主要通过改变基本流影响模态N值,转捩预测时可以仅在基本流求解中考虑化学非平衡效应以提高计算效率;物理化学模型对第二模态的影响较小,对于由第二模态主导的转捩过程,预测结果对化学非平衡流动中物理化学模型的选取不敏感,但在第三模态对N值贡献较大时,模型选取对转捩预测结果的影响则无法忽略。 展开更多
关键词 高焓边界层 流动稳定性 转捩预测 物理化学模型 化学非平衡效应 数值模拟
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平衡大气边界层理论在复杂地形风场模拟中的应用
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作者 马国林 田琳琳 +1 位作者 宋翌蕾 赵宁 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期315-325,共11页
针对大气边界层数值模拟时入口湍动能及耗散率在下游持续衰减的问题,基于标准k-ε模型及其改进模型研究不同湍流黏性更新方法对平衡大气边界层自保持性的影响,然后采用平衡大气边界层自保持性方法结合建筑绕流影响区(BIA)问题解决方法对... 针对大气边界层数值模拟时入口湍动能及耗散率在下游持续衰减的问题,基于标准k-ε模型及其改进模型研究不同湍流黏性更新方法对平衡大气边界层自保持性的影响,然后采用平衡大气边界层自保持性方法结合建筑绕流影响区(BIA)问题解决方法对Askervein山绕流问题进行模拟研究,最后基于数值模拟结果,分析复杂地形绕流对风力机选址的影响。结果表明,选择合适的湍流黏性更新方法、粗糙度处理方法、湍动能和耗散率方程源项可使出口处的流动参数与入口处给定初值保持较高的一致性;BIA问题解决方法的引入可进一步提高复杂地形绕流模拟精度;风力机宜安装在山顶,避开湍流度较大的山体背风区,山后风力机的排布应结合山顶风力机尾流和山体影响区域综合考量。 展开更多
关键词 大气边界层 k-ε湍流模型 复杂地形 数值模拟 微观选址
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偏航风力机尾流特性和功率性能的大涡模拟研究
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作者 张子瑜 黄鹏 曹曙阳 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期111-121,共11页
对偏航风力机尾流特性更好地了解有助于风电场偏航策略的使用,本文开展了偏航风力机尾流大涡模拟研究.首先,建立基于伪谱法的大涡模拟耦合新发展的滤波致动盘模型的模拟方法,使用EPFL偏航风力机尾流风洞实验数据验证了该方法的可行性和... 对偏航风力机尾流特性更好地了解有助于风电场偏航策略的使用,本文开展了偏航风力机尾流大涡模拟研究.首先,建立基于伪谱法的大涡模拟耦合新发展的滤波致动盘模型的模拟方法,使用EPFL偏航风力机尾流风洞实验数据验证了该方法的可行性和准确性.然后,模拟了不同偏航角下的风力机尾流,发现滤波致动盘模型对远尾流区的速度亏损、湍流度和尾流中心偏移有较高的预测精度.与非偏航情形不同,偏航情形大涡模拟重现了实验中观察到的“卷曲尾流”现象,这种现象造成了速度亏损和湍流度在垂直面出现不对称的分布.最后,模拟了两台风力机的尾流状况,并分析上游风力机偏航角对功率性能的影响.模拟结果显示风力机间距不宜过短,一方面,上游风力机尾流干扰造成下游风力机的功率下降,另一方面,在较短间距情况下上游风力机尾流中心偏移值在下游风力机处较小,总功率增加量减少.研究内容对在风电场使用偏航技术具有指导意义. 展开更多
关键词 风力机 大涡模拟 大气边界层 偏航尾流 功率性能
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考虑大气稳定度的风电场等效粗糙度模型研究
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作者 李宝良 张子良 +2 位作者 葛铭纬 王罗 刘永前 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期258-264,共7页
目前模型未充分考虑大气稳定度的影响,针对该问题,在不同大气稳定度下,通过建立风电场边界层的动量平衡关系和揭示风电场的流动不均匀性,提出一种适用于不同大气稳定度的风电场等效粗糙度模型。采用大涡模拟方法对所提模型进行验证,结... 目前模型未充分考虑大气稳定度的影响,针对该问题,在不同大气稳定度下,通过建立风电场边界层的动量平衡关系和揭示风电场的流动不均匀性,提出一种适用于不同大气稳定度的风电场等效粗糙度模型。采用大涡模拟方法对所提模型进行验证,结果显示该方法能有效评估大气稳定度对风电场流动不均匀性以及等效粗糙度的影响,所得等效粗糙度平均误差约10%。 展开更多
关键词 风电场 大气边界层 尾流 大涡数值模拟 等效粗糙度模型
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激波与湍流边界层干扰流动的马赫数效应
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作者 吴正园 高振勋 +3 位作者 陈新民 蒋崇文 李椿萱 葛航 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3484-3494,共11页
激波与湍流边界层相互干扰(SWTBLI)现象可诱导形成复杂的流场结构和气动力热分布特性,其干扰机制和影响机理至今仍未被充分掌握。为分析超/高超声速SWTBLI流动的机理,开展了来流马赫数为3、5、11条件下压缩拐角流动的直接数值模拟(DNS)... 激波与湍流边界层相互干扰(SWTBLI)现象可诱导形成复杂的流场结构和气动力热分布特性,其干扰机制和影响机理至今仍未被充分掌握。为分析超/高超声速SWTBLI流动的机理,开展了来流马赫数为3、5、11条件下压缩拐角流动的直接数值模拟(DNS)研究。结果显示,SWTBLI使干扰区内的速度、压强等物理量的脉动显著增强,且增强幅值随来流马赫数升高而增大;同时,上游边界层中的温度、压强等物理量的脉动也随来流马赫数的增大而增强。在SWTBLI作用下,流动的可压缩效应明显增强,干扰区内压力膨胀项和膨胀耗散项不再可忽略。在高超声速条件下,上游边界层中的压力膨胀项和膨胀耗散项也比较重要。此外,SWTBLI诱导的壁面压强平均值和脉动均方根值的分布存在共性。在所有来流马赫数下,干扰区内的壁面压强脉动相比上游边界层均显著增强,并形成明显的峰值。流动发生显著分离时,将分别形成位于平均分离点和再附点附近的壁面压强脉动峰值。 展开更多
关键词 激波与湍流边界层相互干扰 高超声速流动 可压缩湍流 直接数值模拟 分离流
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