基于能量比系數(shù)的大渦模擬網(wǎng)格尺度應(yīng)用研究.pdf

1、隨著計算流體力學(xué)技術(shù)的發(fā)展，湍流流動問題的研究不斷深入，湍流流動結(jié)構(gòu)的認識也逐漸細化，對于工程湍流流動問題的分析預(yù)測也就提出了更高的要求。大渦模擬方法是在當前計算機軟硬件基礎(chǔ)上，能對湍流流動進行較精確預(yù)測的有效手段之一，可以得到相對多的湍流渦結(jié)構(gòu)相互作用的信息。大渦模擬基于渦相干結(jié)構(gòu)，采用介于直接數(shù)值模擬和基于湍流模型數(shù)值模擬之間的網(wǎng)格尺度進行流場分析，并未達到直接數(shù)值模擬所需要的網(wǎng)格數(shù)，與基于湍流模型的數(shù)值模擬所需要的網(wǎng)格數(shù)相比，大渦

2、模擬中網(wǎng)格數(shù)可能會多1～2個數(shù)量級。這樣的網(wǎng)格數(shù)目在進行復(fù)雜流動空間如葉柵通道計算時，可能會因網(wǎng)格數(shù)過多而大幅提高計算成本。現(xiàn)在并未有根據(jù)湍流流動結(jié)構(gòu)來確定網(wǎng)格尺度的可靠算法。能量比系數(shù)，定義為慣性子區(qū)和耗散區(qū)湍動能之和在總湍動能中所占的比例，可基于湍流流動控制方程，結(jié)合Karman-Howarth方程得到其表達式。
　　本課題依據(jù)工程流動問題中湍流能量比系數(shù)取值范圍，研究了不同湍流流場大渦模擬的網(wǎng)格尺度；對比試驗測試結(jié)果與非定常

3、雷諾時均方程求解結(jié)果，進行了湍流渦結(jié)構(gòu)的分析，具體研究工作如下：
　　首先對能量比系數(shù)進行理論分析，結(jié)合Navier-Stokes方程得到其量值規(guī)律；進而分別對雷諾數(shù)Re=3000和Re=20000單列圓柱柵繞流的流動進行分析，由能量比系數(shù)確定適宜于大渦模擬的網(wǎng)格尺度，分別對比了非定常湍流模型數(shù)值計算結(jié)果、大渦模擬結(jié)果與實驗測試結(jié)果，在湍流流場區(qū)域能量比系數(shù)達到30%～40%的情況下，大渦模擬所得到的結(jié)果與實驗結(jié)果接近，優(yōu)于非定常

4、湍流模型數(shù)值計算結(jié)果，并在此基礎(chǔ)上，詳細分析了大渦模擬所得到的湍流流場中渦結(jié)構(gòu)發(fā)展規(guī)律，以及不同渦結(jié)構(gòu)間對流、擴散和耗散機制。
　　將繞圓柱柵流動的研究成果應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)葉柵通道小流量工況下流動的大渦模擬，由非定常湍流模型模擬得到網(wǎng)格比系數(shù)，進而進行適宜的網(wǎng)格加密，對該工況下流道不同位置上的渦結(jié)構(gòu)進行分析，為葉輪機械內(nèi)部非穩(wěn)定湍流流動研究和擴穩(wěn)技術(shù)的提出奠定了一定的基礎(chǔ)。
　　通過能量比系數(shù)的分析與相應(yīng)工程問題的研究應(yīng)用，可以確