基于OpenFOAM的平壁射流氣膜冷卻的大渦模擬研究.pdf

1、氣膜冷卻技術(shù)對燃氣輪機的發(fā)展至關(guān)重要，但直接研究渦輪葉片上的氣膜冷卻問題比較復(fù)雜。本文將問題簡化，直接對平板壁面射流氣膜冷卻進行了數(shù)值模擬研究。采用開源軟件OpenFOAM中pisoFoam求解器以及RANS和大渦模擬數(shù)值方法。主要內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　首先對所使用的數(shù)值模型進行了推導(dǎo)分析介紹。然后對pisoFoam求解器進行了驗證。通過對平面槽道流動和后臺階流動的數(shù)值模擬，證明了應(yīng)用pisoFoam求解器可以得到與實驗數(shù)據(jù)

2、非常接近的數(shù)值解。另外，對pisoFoam求解器進行了修改編譯、添加了溫度方程，重命名為new_pisoFoam。通過分析溫度場數(shù)據(jù)，證明了本文中自行添加的溫度方程是可依賴的。
　　最后應(yīng)用new_pisoFoam求解器對平板壁面射流氣膜冷卻算例分別進行了RANS和大渦數(shù)值模擬。其中RANS模擬應(yīng)用了Launder-Sharma低雷諾數(shù)兩方程模型;大渦模擬選用了Smagorinsky渦粘模型和自行編譯的動態(tài)Smagorinsky渦

3、粘模型。通過對計算結(jié)果和實驗數(shù)據(jù)的對比分析，本文得到以下結(jié)論:應(yīng)用RANS方法得到的數(shù)值解和實驗數(shù)據(jù)基本吻合。但RANS無法提供瞬時的湍動信息，因此不能給出更為詳細的流場信息。而應(yīng)用大渦模擬得到的三維數(shù)值解，在速度、脈動速度、剪切應(yīng)力方面與實驗值吻合地非常好。尤其是動態(tài)Smagorinsky渦粘模型給出了較為精確地壁面附近的流場信息。但是LES方法得到的壁面冷卻效率不如RANS結(jié)果好，這主要因為添加的溫度方程不適用于LES方法，與LES