基于能量比系數(shù)的大渦模擬網(wǎng)格尺度應用研究.pdf

1、隨著計算流體力學技術的發(fā)展，湍流流動問題的研究不斷深入，湍流流動結構的認識也逐漸細化，對于工程湍流流動問題的分析預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上，能對湍流流動進行較精確預測的有效手段之一，可以得到相對多的湍流渦結構相互作用的信息。大渦模擬基于渦相干結構，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)湍流流動結構來確定網(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；對比試驗測試結果與非定常

3、雷諾時均方程求解結果，進行了湍流渦結構的分析，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)值計算結果、大渦模擬結果與實驗測試結果，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果與實驗結果接近，優(yōu)于非定常

4、湍流模型數(shù)值計算結果，并在此基礎上，詳細分析了大渦模擬所得到的湍流流場中渦結構發(fā)展規(guī)律，以及不同渦結構間對流、擴散和耗散機制。
　　將繞圓柱柵流動的研究成果應用于旋轉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構進行分析，為葉輪機械內(nèi)部非穩(wěn)定湍流流動研究和擴穩(wěn)技術的提出奠定了一定的基礎。
　　通過能量比系數(shù)的分析與相應工程問題的研究應用，可以確