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Numerical simulation of flow around square cylinder using different low-Reynolds number turbulence models 被引量:3
1
作者 张泠 周军莉 +2 位作者 陈晓春 兰丽 张楠 《Journal of Central South University of Technology》 EI 2008年第4期564-568,共5页
ABE-KONDOH-NAGANO,ABID,YANG-SHIH and LAUNDER-SHARMA low-Reynolds number turbulence models were applied to simulating unsteady turbulence flow around a square cylinder in different phases flow field and time-averaged u... ABE-KONDOH-NAGANO,ABID,YANG-SHIH and LAUNDER-SHARMA low-Reynolds number turbulence models were applied to simulating unsteady turbulence flow around a square cylinder in different phases flow field and time-averaged unsteady flow field.Meanwhile,drag and lift coefficients of the four different low-Reynolds number turbulence models were analyzed.The simulated results of YANG-SHIH model are close to the large eddy simulation results and experimental results,and they are significantly better than those of ABE-KONDOH-NAGANO,ABID and LAUNDER-SHARMR models.The modification of the generation of turbulence kinetic energy is the key factor to a successful simulation for YANG-SHIH model,while the correction of the turbulence near the wall has minor influence on the simulation results.For ABE-KONDOH-NAGANO,ABID and LAUNDER-SHARMA models satisfactory simulation results cannot be obtained due to lack of the modification of the generation of turbulence kinetic energy.With the joint force of wall function and the turbulence models with the adoption of corrected swirl stream,flow around a square cylinder can be fully simulated with less grids by the near-wall. 展开更多
关键词 low-Reynolds number turbulence model flow around square cylinder numerical simulation
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Study on concentration and turbulence of solid-liquid FAE in dispersal process 被引量:9
2
作者 Jia-chen Chen Xin Ma Qiu-ju Ma 《Defence Technology(防务技术)》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第6期657-660,共4页
This paper describes numerical simulation on dispersion of the solid-liquid mixed fuel driven by explosion load. A model used in numerical calculation for dispersion of solid-liquid mixed fuel was established in this ... This paper describes numerical simulation on dispersion of the solid-liquid mixed fuel driven by explosion load. A model used in numerical calculation for dispersion of solid-liquid mixed fuel was established in this study. The concentration and turbulent intensity in the multiphase cloud of the solidliquid mixed fuel were obtained by numerical simulation. It was found that the fuel concentration tended to be 0.15 kg/m^3, the turbulence intensity tended to be 7 in 90 ms. The numerical results agree with those measured in the experiment. 展开更多
关键词 SOLID-LIQUID mixed FUEL CONCENTRATION turbulence INTENSITY numerical simulation
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湍流脉动风对高速铁路路堑区域积雪分布的影响
3
作者 刘操 高广军 +3 位作者 陈光 李小白 张洁 王家斌 《中国铁道科学》 北大核心 2025年第1期38-49,共12页
针对铁路路堑区域风吹雪灾害问题,采用改进延迟分离涡湍流模型、合成涡方法及欧拉两相流模型,结合网格动态变形技术,实现路堑区域雪粒堆积外形的时程变化提取,并通过试验验证数值模拟的正确性。在此基础上,模拟分析均匀来流和湍流来流2... 针对铁路路堑区域风吹雪灾害问题,采用改进延迟分离涡湍流模型、合成涡方法及欧拉两相流模型,结合网格动态变形技术,实现路堑区域雪粒堆积外形的时程变化提取,并通过试验验证数值模拟的正确性。在此基础上,模拟分析均匀来流和湍流来流2种工况下路堑内流场结构、摩擦速度分布及积雪轮廓变化规律,研究湍流脉动风对高速铁路路堑区域积雪分布的影响。结果表明:2种来流条件下路堑区域迎风侧边坡积雪质量基本一致,但积雪质量增长速率与积雪分布特性存在较大差异;湍流来流延缓了路堑背风侧边坡区域大尺度涡系到涡对的转换,且在道床与背风侧边坡之间产生较强的侵蚀现象,进而降低了背风侧边坡和道床区域的积雪质量;相比于均匀来流工况,120 min时湍流来流工况下的路堑整体积雪质量降低24.8%,其中背风侧边坡区域积雪质量降低40.2%,道床区域积雪质量降低20.6%,迎风侧边坡区域积雪质量基本一致。 展开更多
关键词 高速铁路 路堑 湍流脉动风 积雪分布 数值模拟
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障碍物位置对离心泵空化抑制效果的数值研究
4
作者 赵伟国 张佳瑜 +1 位作者 刘金晶 闻天明 《兰州理工大学学报》 北大核心 2025年第4期51-59,共9页
为了研究在叶片背面进口不同位置布置障碍物对离心泵空化抑制效果的影响,将比转速32的低比转速离心泵作为研究对象,提出了在叶片工作面中部布置障碍物的同时在叶片背面布置障碍物的方法,并运用修正的SST k-ω湍流模型和Zwart-Gerber-Bel... 为了研究在叶片背面进口不同位置布置障碍物对离心泵空化抑制效果的影响,将比转速32的低比转速离心泵作为研究对象,提出了在叶片工作面中部布置障碍物的同时在叶片背面布置障碍物的方法,并运用修正的SST k-ω湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型,分析叶片工作面和背面同时布置障碍物对空化抑制的效果和机理.结果表明:将障碍物布置在叶片背面叶轮半径35%处,抑制空化效果最好;与原型泵相比,在设计工况点最优方案的扬程降低了1.32%,效率降低了1.45%,断裂点扬程提高了21.57%.布置障碍物后叶轮内空泡体积明显减少,空化严重阶段减少量高达42.20%;在空化初生和发展阶段,进口位置和叶轮流道内的压力主频幅值降低,并在出口引起了小部分扰动;布置障碍物不仅改善了离心泵空化性能,还有助于减少湍动能损耗,使得离心泵内部流场更加稳定. 展开更多
关键词 离心泵 空化抑制 障碍物 数值模拟 空化性能 湍动能
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风光互补系统空间支撑框架的风环境模拟及优化
5
作者 苏波 马如钊 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第18期7640-7649,共10页
面向建筑屋顶分布式风能及风光互补能源利用的技术需求,提出并研究了一种新型风光互补系统的空间支撑框架。该框架通过配置导流板同时具有集风、稳流的作用,可显著增强小型垂直轴风力机的发电效率。首先采用理论分析方法,对空间支撑框... 面向建筑屋顶分布式风能及风光互补能源利用的技术需求,提出并研究了一种新型风光互补系统的空间支撑框架。该框架通过配置导流板同时具有集风、稳流的作用,可显著增强小型垂直轴风力机的发电效率。首先采用理论分析方法,对空间支撑框架的集风效果及发电效率进行了分析。在此基础上,采用数值模拟的方法,分析了在不同风攻角下导流板间距、宽度对支撑框架内部气流速度、湍流动能的影响,并给出了优化参数。最后,采用风洞试验,对空间支撑框架作用下的小型风机发电性能进行了试验研究。研究表明,该空间支撑框架能够显著提高进入集风装置的气流速度,并降低内部空间湍流动能。当支撑框架配置间距D=0.53 m,宽度W=0.12 m的导流板时,可使风速增加约1.21倍,发电机功率提高约1.77倍。 展开更多
关键词 风光互补 集风结构 导流板 数值模拟 湍流动能
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U型弯道内调流桨片的调流特性
6
作者 李琳 张静凯 +2 位作者 张鲁国 池苗苗 肖玉磊 《长江科学院院报》 北大核心 2025年第7期112-118,141,共8页
弯道水流引起的凹岸侵蚀、凸岸淤积是河道治理的主要问题之一。为探明新型河道整治构筑物——调流桨片系统在弯道河流治理中的适用性,通过三维数学模型模拟180°U型弯道设置调流桨片前后的水流流场。结果表明,调流桨片顶部位于自由... 弯道水流引起的凹岸侵蚀、凸岸淤积是河道治理的主要问题之一。为探明新型河道整治构筑物——调流桨片系统在弯道河流治理中的适用性,通过三维数学模型模拟180°U型弯道设置调流桨片前后的水流流场。结果表明,调流桨片顶部位于自由面以下0.3倍水深时,凸岸区纵向流速增大13.64%,弯道中心区最大横向流速减小37.63%,当调流桨片顶部上升至自由面附近时,凸岸区纵向流速增大21.67%,弯道中心区最大横向流速减小70.33%。调流桨片截断了横向环流,使顺时针旋转的单涡环流结构分解为与原单涡方向相同的2个涡体,加剧水流能量耗散,减小水流横向输移强度。横向流速减小、凸岸纵向流速增大有利于凸岸疏浚,为弯曲型河道治理提供了新的方法。 展开更多
关键词 主动调流桨片 U型弯道 RNG k-ε湍流模型 流体体积法(VOF) 水力特性 数值模拟
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基于LES的连续分布植物斑块水动力特性研究 被引量:1
7
作者 高欢 龚轶青 +5 位作者 毛劲乔 陈彦宏 戴杰 王康 孟定华 杨吉 《工程科学与技术》 北大核心 2025年第3期184-191,共8页
河湖中存在大量连续分布的植物斑块,水位发生变化时斑块与河岸之间距离随之改变,进而影响流场结构。为明确水位变化过程中连续分布植物斑块周围的水动力特性,利用Hydro 3D开源代码,采用基于浸没边界法的LES技术,构建了连续分布的圆形刚... 河湖中存在大量连续分布的植物斑块,水位发生变化时斑块与河岸之间距离随之改变,进而影响流场结构。为明确水位变化过程中连续分布植物斑块周围的水动力特性,利用Hydro 3D开源代码,采用基于浸没边界法的LES技术,构建了连续分布的圆形刚性挺水植物斑块的数学模型,并通过试验数据验证了数学模型的准确性,并以此为基础开展3维水动力特性研究。结果表明:连续分布的植物斑块之间存在遮蔽效应,斑块后方出现低速区,水流向两侧偏转产生横向出流,斑块内单个植株没有表现出明显的群体效应;剪切作用使高湍动能区域位于斑块两侧,下游斑块的存在破坏了上游斑块后方的尾涡结构;当植物斑块内固体体积分数Φ为0.17时,斑块下游水流呈现出漩涡状结构,有利于在斑块下游富集营养物质;植物斑块与边壁之间的距离(S)显著影响了斑块周围的流场结构,随着S的减少,岸边流速降低,减弱了水流对河岸的冲刷作用,同时,连续分布的植物斑块周围和内部涡结构的强度和完整性逐渐减小;Φ由0.17降低为0.05时,上游斑块遮蔽效应减弱,在斑块后方产生了长度与植被斑块直径(D)相近的涡旋空白区,在斑块尺度上无法形成稳定的涡结构,仅在植株尺度上存在少量涡。研究成果为明确河湖水位变化过程中植物斑块周围水动力特性提供了参考。 展开更多
关键词 植物斑块 大涡模拟 水力特性 湍动能 涡旋结构
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轴向双级氨/甲烷湍流预混火焰燃烧特性及NO生成 被引量:1
8
作者 张泽雨 王平 +4 位作者 戴凯论 钱伟佳 Subhajit Roy 帅瑞洋 Antonio Ferrante 《化工学报》 北大核心 2025年第2期835-845,共11页
氨气燃烧面临着氮氧化物排放高、燃烧稳定性差等问题,而分级燃烧概念是解决上述问题的途径之一,但其中复杂的燃烧特性尚不明确。为此,对一个自主设计的轴向空气分级氨气-甲烷湍流燃烧装置开展了详细的实验测量和大涡模拟研究。以氨/甲... 氨气燃烧面临着氮氧化物排放高、燃烧稳定性差等问题,而分级燃烧概念是解决上述问题的途径之一,但其中复杂的燃烧特性尚不明确。为此,对一个自主设计的轴向空气分级氨气-甲烷湍流燃烧装置开展了详细的实验测量和大涡模拟研究。以氨/甲烷的混合物为燃料,首级当量比保持为1.2,总当量比在0.4~0.9变化,通过实验测量获得一氧化氮(NO)随总当量比的变化特性,采用大涡模拟结合动态火焰增厚模型对3个燃烧状态进行计算分析,计算结果与实验数据吻合良好。研究表明:随着总当量比的减小,NO排放呈增加的趋势;燃烧室内存在两种燃烧模式,上游是金黄色的含氨燃气富燃预混火焰,下游则是淡蓝色的氢气-空气扩散火焰为主;一级燃烧室中,NO排放主要受OH影响,而二级燃烧室中NO生成受OH影响变小。 展开更多
关键词 双级氨气燃烧 湍流预混燃烧 一氧化氮排放 数值模拟 燃烧实验测量
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基于LBM的多分散颗粒-气泡湍流碰撞频率的直接数值模拟研究
9
作者 杨学松 陈冬琴 +3 位作者 王云琳 李哲 邢耀文 桂夏辉 《煤炭学报》 北大核心 2025年第5期2692-2703,共12页
浮选是细粒矿物提质除杂的重要手段,但面临微细粒回收率低的难题。湍流是强化微细粒浮选的必要条件,但其多尺度碰撞及调控机制尚未明晰。尤其对于多分散颗粒/气泡体系,传统的浮选理论与现代工业应用之间存在一定的差距。以湍流中多分散... 浮选是细粒矿物提质除杂的重要手段,但面临微细粒回收率低的难题。湍流是强化微细粒浮选的必要条件,但其多尺度碰撞及调控机制尚未明晰。尤其对于多分散颗粒/气泡体系,传统的浮选理论与现代工业应用之间存在一定的差距。以湍流中多分散颗粒-气泡碰撞行为为研究对象,采用各向同性湍流直接数值模拟(DNS),并结合碰撞动力学理论,以径向相对速度和分布函数为分析突破口,研究了大尺度涡输运-微尺度涡局部富集效应下的湍流碰撞特性,及其尺寸效应对碰撞过程的影响。研究发现:多分散效应和惯性作用导致点粒子直接数值模拟结果与经典Saffman&Turner模型预测值存在明显差异,明确了经典理论在预测多分散体系中的局限性,强调了高保真预测多分散颗粒气泡体系中湍流特征与理想碰撞频率的必要性。在大涡输运和微涡富集的竞争协调作用下,提高湍流耗散率和增大微细颗粒-气泡直径是提高多分散颗粒和气泡理想碰撞频率的有效途径。另外,随着颗粒-气泡尺寸离散度的增加,大涡输运作用被增强,但微涡局部富集效应被削弱。因此存在最佳离散度可实现较高的多分散粒度的颗粒-气泡群碰撞频率。这表明调控浮选过程中的颗粒-气泡尺寸分布对提高分选效率具有重要意义。阐明了大尺度涡湍流输运效应与小尺度涡局部富集效应的竞争协同作用下颗粒-气泡碰撞机理,为现代浮选颗粒-气泡矿化理论提供了丰富的理论支持。 展开更多
关键词 浮选 湍流 多尺度涡 直接数值模拟 碰撞频率
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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
10
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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基于浸入边界法的河岸水轮机尾流恢复规律
11
作者 高瑾瑾 廖轶鹏 +3 位作者 郑源 李云 刘国庆 范子武 《哈尔滨工程大学学报》 北大核心 2025年第5期876-883,共8页
为充分利用河流动能并最大程度减小水电开发对生态环境产生的影响,本文研发了一种环境友好型河岸水轮机装置。为进一步推广其应用并对多机组阵列优化布置提供依据,需深入研究其尾流分布及恢复规律。鉴于此,本文对其与明渠流的相互作用... 为充分利用河流动能并最大程度减小水电开发对生态环境产生的影响,本文研发了一种环境友好型河岸水轮机装置。为进一步推广其应用并对多机组阵列优化布置提供依据,需深入研究其尾流分布及恢复规律。鉴于此,本文对其与明渠流的相互作用过程进行了大涡模拟。采用浸入边界法求解河岸水轮机固体动边界,并基于耦合水平集流体体积法捕捉自由液面。结果表明:河岸水轮机尾流区存在一个速度亏损区域;速度亏损量、湍流强度和雷诺剪切应力在水轮机下游近尾流区恢复速度快,到远尾流区时恢复速度逐渐减弱,直至尾流完全恢复;对流向速度的雷诺平均方程的各输运项进行求解,发现平流项在水轮机尾流区对动量恢复的影响最大。研究成果可为河岸水轮机的推广应用及多机组阵列布置提供理论参考。 展开更多
关键词 河岸水轮机 大涡模拟 浸入边界法 自由液面 尾流恢复 速度亏损 湍流强度 动量输运项
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氢与碳氢燃料超声速气膜冷却和减阻规律及其影响机制
12
作者 韦健飞 米振昊 +4 位作者 章思龙 左婧滢 李欣 秦江 鲍文 《实验流体力学》 北大核心 2025年第1期8-20,共13页
在超燃冲压发动机燃烧室中应用燃料气膜冷却可以有效降低发动机壁面严峻的力热载荷,本文对有望应用于超燃冲压发动机的氢和碳氢燃料气膜进行大涡模拟研究。结果表明,氢气膜与碳氢燃料气膜的防热和减阻性能有显著差异,该差异来源于燃料... 在超燃冲压发动机燃烧室中应用燃料气膜冷却可以有效降低发动机壁面严峻的力热载荷,本文对有望应用于超燃冲压发动机的氢和碳氢燃料气膜进行大涡模拟研究。结果表明,氢气膜与碳氢燃料气膜的防热和减阻性能有显著差异,该差异来源于燃料气膜与主流之间混合层中的湍流状态不同。氢气膜与主流之间的湍流输运过程远弱于碳氢燃料气膜,因此氢气膜在惰性情况下具有极其优异的冷却和减阻性能;但当发生边界层燃烧时,由于近壁释热剧烈,氢气膜的冷却性能急剧恶化。相反,当碳氢燃料发生边界层燃烧时,碳氢燃料气膜的冷却和减阻性能可以从惰性时较差的水平提升至与氢气膜相当的水平。 展开更多
关键词 超声速气膜冷却 氢气 碳氢燃料 近壁湍流输运 大涡模拟
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液氧/甲烷同轴双离心喷嘴非定常燃烧特性研究
13
作者 孔维鹏 郑孟伟 +1 位作者 宫绍天 王晓丽 《推进技术》 北大核心 2025年第6期159-165,共7页
为研究液氧/甲烷同轴双离心喷嘴在超临界富燃条件下的动态燃烧特性,对单喷嘴燃烧室的燃烧流场进行了非定常数值模拟。采用真实流体状态方程模拟超临界条件下推进剂的物性参数,湍流模型采用了应力混合涡模拟(Stress-Blended Eddy Simulat... 为研究液氧/甲烷同轴双离心喷嘴在超临界富燃条件下的动态燃烧特性,对单喷嘴燃烧室的燃烧流场进行了非定常数值模拟。采用真实流体状态方程模拟超临界条件下推进剂的物性参数,湍流模型采用了应力混合涡模拟(Stress-Blended Eddy Simulation,SBES),化学反应采用了考虑5种组分的两步总包反应模型。仿真结果表明:SBES模型可以较好地捕捉液氧/甲烷同轴双离心喷嘴的动态火焰特性。氧喷嘴出口锐边处的回流效应对火焰稳定起到重要作用。通过对监测点压力进行功率谱密度(Power Spectral Density,PSD)分析,识别出喷嘴振荡燃烧主要频率为8 125 Hz,次要频率为3 196 Hz。喷嘴振荡燃烧主要频率与氧喷嘴声学频率有关,而次要频率与氧喷嘴和甲烷喷嘴剪切层的涡脱落过程有关。 展开更多
关键词 液体火箭发动机 液氧/甲烷 同轴双离心喷嘴 燃烧稳定性 应力混合涡模拟 数值模拟
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上游湍流强度对音速喷嘴流出系数的影响研究
14
作者 钱振宇 崔骊水 +2 位作者 谢代梁 夏馨卉 徐雅 《计量学报》 北大核心 2025年第3期376-382,共7页
流出系数是表征音速喷嘴计量特性的关键参数,一般通过实流检定得到,但音速喷嘴检定条件和使用条件下的上游湍流强度存在差异,上游湍流强度对流出系数的影响机制及水平长期以来并不明确。采用Fluent软件对喉径为46.62、43.09、30.46、21... 流出系数是表征音速喷嘴计量特性的关键参数,一般通过实流检定得到,但音速喷嘴检定条件和使用条件下的上游湍流强度存在差异,上游湍流强度对流出系数的影响机制及水平长期以来并不明确。采用Fluent软件对喉径为46.62、43.09、30.46、21.54、15.26 mm等5个音速喷嘴进行数值模拟。根据不同上游湍流强度下音速喷嘴喉部的流动参数分布,定量研究了上游湍流强度对音速喷嘴流动状态及流出系数的影响。结果表明:上游湍流强度对音速喷嘴喉部速度和密度分布产生影响。当上游湍流强度从1%上升至30%,音速喷嘴喉部的平均速度和密度均减小,流出系数最大下降0.013%。此外,不同喉径的音速喷嘴受上游湍流强度影响存在差异。音速喷嘴喉径越大,随上游湍流强度上升,其喉部靠近边界层区域的速度和密度下降越快,导致流出系数受上游湍流强度影响更为显著。 展开更多
关键词 气体流量测量 音速喷嘴 流出系数 湍流强度 数值模拟
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破碎波激发湍流的数值模拟研究进展
15
作者 卢敏 郭晓宇 +5 位作者 梁姗 李荣 孙俊 童俊淇 李千千 杨子轩 《空气动力学学报》 北大核心 2025年第6期62-81,I0002,共21页
波浪破碎过程伴随着大量空气卷入,会形成水、气充分混合的混相湍流,对其发展数值模拟方法与湍流封闭模型是当前研究的难点。本文综述了混相湍流的数值模拟研究进展,重点介绍了高密度比两相流模拟的数值稳定性问题和解决方案。针对传统... 波浪破碎过程伴随着大量空气卷入,会形成水、气充分混合的混相湍流,对其发展数值模拟方法与湍流封闭模型是当前研究的难点。本文综述了混相湍流的数值模拟研究进展,重点介绍了高密度比两相流模拟的数值稳定性问题和解决方案。针对传统方法在界面捕捉与动量方程求解格式不一致导致的数值不稳定性问题,近期提出的密度预估-同步法通过显式求解质量输运方程,实现了高密度比条件下的稳定计算。本文详细阐述了该方法的控制方程、时空离散格式及界面捕捉技术,并通过经典算例验证了其有效性。此外,以射流、尾流和船首波破碎为例,分析了混相湍流的流动特征,揭示了弗劳德数对湍动能和湍流质量通量的影响。在封闭模型方面,对比了代数型与动力学模型的优劣,指出动力学模型虽更具理论潜力,但需进一步解决组合项封闭问题。最后,展望了混相湍流数值模拟研究的未来研究方向,如建立标准的算例数据库和通过GPU并行优化提高计算效率等。本文研究可为混相湍流的模拟与建模提供参考。 展开更多
关键词 混相湍流 破碎波 翻卷射流 封闭模型 数值模拟
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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
16
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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基于熵产理论的立式混流泵内部能量损失特性
17
作者 夏臣智 温朝晖 +3 位作者 陈扬 李超顺 李英玉 莫兆祥 《中国农村水利水电》 北大核心 2025年第6期192-197,共6页
为研究立式混流泵在运行过程中过流部件能量损失机理,以某泵站机组为研究对象,采用SST k-ω湍流模型结合熵产理论方法,对设计叶片角度下混流泵5种流量工况进行定常数值模拟,深入探讨泵内部能量损失机理。研究结果表明:混流泵水力性能数... 为研究立式混流泵在运行过程中过流部件能量损失机理,以某泵站机组为研究对象,采用SST k-ω湍流模型结合熵产理论方法,对设计叶片角度下混流泵5种流量工况进行定常数值模拟,深入探讨泵内部能量损失机理。研究结果表明:混流泵水力性能数值模拟结果与模型试验结论基本一致,误差在10%以内。进口域、转轮域熵产与水泵流量存在正相关,随流量的增大熵产增加。然而在设计流量附近整体、导叶域及出口域熵产值最小。其中,转轮域能量损失分为湍流熵产和壁面熵产,主要能量损失来源于叶片表面流动分离及动静干涉现象。导叶区域湍流熵产占比较大,产生原因为水流入流角与导叶安放角不匹配导致产生涡结构进而引发熵产增加。 展开更多
关键词 熵产理论 立式混流泵 数值模拟 湍流熵产 壁面熵产
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带水平剪切的温盐稳定分层流动数值模拟
18
作者 荀伟康 杨延涛 《空气动力学学报》 北大核心 2025年第6期120-130,I0002,45,共13页
海洋中普遍存在由温度、盐度差异形成的垂向密度分层现象,其典型流动结构包括对流混合层和强密度梯度层。为研究这种分层结构对温度、盐度和密度垂向混合输运的影响规律,针对由致稳温度梯度和盐度梯度组成的双分层流体,提出了一种在背... 海洋中普遍存在由温度、盐度差异形成的垂向密度分层现象,其典型流动结构包括对流混合层和强密度梯度层。为研究这种分层结构对温度、盐度和密度垂向混合输运的影响规律,针对由致稳温度梯度和盐度梯度组成的双分层流体,提出了一种在背景剪切作用下由有限大小初始扰动诱发的非线性分层形成机制,并利用二维直接数值模拟验证了该机制能够诱发分层流态。结果表明:温度剪切强度直接影响密度分层界面的光滑程度;平均密度剖面的分层形态主要由平均盐度剖面形态主导;流场瞬时热流和盐流具有强相关性,表明二者对流输运均由流场中高密度梯度界面的空间振荡运动主导。本研究揭示了海洋温盐湍流混合的一种新形态,对发展海洋温盐分层湍流的参数化模型具有重要参考价值。 展开更多
关键词 分层湍流 水平剪切 温盐分层 湍流混合 直接数值模拟
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不同压力下甲烷-空气双旋流喷射燃烧的大涡模拟研究
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作者 许建国 马天举 +2 位作者 黄东欣 王丹阳 孟华 《推进技术》 北大核心 2025年第4期167-181,共15页
尽管高压燃烧室已经在各类动力装置中得到了广泛应用,但关于提高燃烧室压力和压致增温对旋流喷射燃烧的影响机制仍缺乏系统性认识。本文结合大涡模拟方法、火焰面/反应进度变量燃烧模型以及P1辐射传热模型,建立了甲烷-空气湍流燃烧数值... 尽管高压燃烧室已经在各类动力装置中得到了广泛应用,但关于提高燃烧室压力和压致增温对旋流喷射燃烧的影响机制仍缺乏系统性认识。本文结合大涡模拟方法、火焰面/反应进度变量燃烧模型以及P1辐射传热模型,建立了甲烷-空气湍流燃烧数值计算模型,并在不同工况下进行了充分验证。随后开展了双旋流燃烧室中甲烷-空气湍流燃烧的大涡模拟研究,深入探究了燃烧室压力和压致增温耦合变化及其各自独立变化对流场分布、反应进程、火焰结构以及进动涡核的影响规律。结果表明,主要受压致增温的影响,回流区速度会随着压力的增大而增加;火焰结构在高压下变得更加紧凑,推举高度逐渐降低,在1.5 MPa工况下会出现明显的回火现象;进动涡核(PVC)频率和出口燃气温度随压力增加明显升高。 展开更多
关键词 燃气涡轮发动机 大涡模拟 湍流燃烧 高压燃烧 旋流火焰
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基于空间光调制器的大气湍流模拟理论与技术进展
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作者 郝依琳 柯熙政 《光通信技术》 北大核心 2025年第4期53-59,共7页
为克服大气湍流对光波传输的影响并提升室内模拟精度,系统总结了基于空间光调制器(SLM)的大气湍流模拟理论与技术进展。首先,解析了液晶空间光调制器(LC-SLM)的相位调制原理;然后,结合Zernike多项式法、傅里叶变换谱反演法及次谐波补偿... 为克服大气湍流对光波传输的影响并提升室内模拟精度,系统总结了基于空间光调制器(SLM)的大气湍流模拟理论与技术进展。首先,解析了液晶空间光调制器(LC-SLM)的相位调制原理;然后,结合Zernike多项式法、傅里叶变换谱反演法及次谐波补偿技术生成湍流相位屏,实现对湍流的高精度模拟。分析表明:SLM技术具有实时可调、调制精度高、适用于多波长环境等显著优势,能有效应用于光通信性能评估、自适应光学校正及成像质量优化与提升等领域。未来通过优化液晶器件性能、提升刷新频率及多物理场耦合技术,可进一步提升湍流模拟的真实度与实用性。 展开更多
关键词 无线光通信 空间光调制器 大气湍流 数值模拟 相位屏
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