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微尺度多孔介质流体力学模型及数值模拟近年来，微尺度多孔介质流体力学研究得到了广泛关注，其在石油开采、地下水资源管理、生物医药领域以及环境工程方面具有重要的应用价值。
为了深入理解多孔介质中流体的行为规律，研究人员逐渐发展出了多孔介质流体力学模型，通过数值模拟方法对其进行研究。
多孔介质是由许多孔隙和固体颗粒组成的介质，其内部孔隙结构复杂，以点状、线状和面状形式存在。
流体在多孔介质中的运动行为具有许多特殊性质，如渗流、传质、浸润等。
微尺度多孔介质流体力学模型的建立旨在揭示流体在微观尺度上的运动规律，为多孔介质中的流体行为提供合理的描述和解释。
在微尺度多孔介质流体力学模型的建立中，孔隙网络结构、流体的渗流特性以及固体颗粒的形态都是必须考虑的因素。
许多研究者使用连续介质力学的方法，将多孔介质看作是连续的均质介质，并采用达西定律和达西-布兰科方程来描述流体在孔隙中的渗流行为。
此外，还有一些研究者使用离散介质力学的方法，将多孔介质看作是由离散的颗粒组成的，通过分子动力学模拟等方法研究其流体力学行为。
数值模拟方法在微尺度多孔介质流体力学研究中具有重要的作用。
通过数值模拟可以模拟多孔介质中流体运动的各种细节，如流速分布、压力梯度、渗透率等，有助于进一步了解多孔介质中流体的行为规律。
目前常用的微尺度多孔介质流体力学数值模拟方法主要包括有限元法、格子Boltzmann方法、格子气体自动机方法等。
这些方法能够模拟多孔介质中的非线性流动、多相流动以及多组分传质等复杂现象。
微尺度多孔介质流体力学模型及数值模拟对于多领域的应用具有重要意义。
在石油开采中，通过建立合理的流体力学模型和数值模拟方法，可以预测油田中的渗流路径，优化生产方案，提高采收率。
在地下水资源管理中，能够通过模拟地下水流动规律，分析地下水的开发和利用方式，保护地下水资源。
在生物医药领域中，研究微尺度多孔介质中生物流体的行为规律，有助于设计和优化生物材料、药物传输系统以及人工组织工程。
多室内环流反应器中液体循环量的试验验证与模拟
鲁盼盼;孙美露;李新;崔虎;高春华;杨维立;翟瑞国
【期刊名称】《石油与天然气化工》
【年(卷),期】2024(53)2
【摘要】目的对液相氧化脱硫多室内环流反应器液体循环量的影响因素进行模拟和验证。
方法采用CFD数值模拟,基于欧拉-欧拉多相流模型,对液相氧化脱硫多室内环流反应器进行气液两相流模拟,考查了酸气流量和空气流量对液体循环量的影响。
结果利用数值模拟得到的液体循环量与利用靶式流量计测得的液体循环量误差小于10%。
当酸气中H 2S体积分数不超过3%时,液体循环量(z)与酸气流量(x)、空气流量(y)之间的关系式为:z=-474.996+0.358 x+0.4873 y。
结论欧拉-欧拉两相流模型能够准确地预测液相氧化脱硫反应器内液体循环量。
【总页数】5页(P34-38)
【作者】鲁盼盼;孙美露;李新;崔虎;高春华;杨维立;翟瑞国
【作者单位】宁波天研精开技术有限公司;中国石油长庆油田分公司;天津大学化工学院
【正文语种】中文
【中图分类】X70
【相关文献】
1.进气喷嘴位置对循环流化床反应器循环量的影响
2.内循环流化床循环流率预测模型及试验验证
3.生物颗粒循环量对循环流化床生物反应器性能影响的研究
4.强制液体外循环气升式环流反应器中内环气含率分布
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流动环境中高浓度射流的三维数值模拟方神光;黄胜伟;崔丽琴【期刊名称】《水利水电科技进展》【年(卷),期】2010(030)004【摘要】应用流动环境中高浓度圆孔射流的三维RNG湍流模型,模拟计算不同水深和环境来流下的流态和浓度场分布,结果表明在已有射流区、冲击区以及异重流区的基础上,还存在1个上游入侵区.该上游入侵区的长度随环境流速的增大而减小,水深对其的影响相对较小.射流触底点位置随环境流速以及水深的增大而下移,触底点浓度则随环境流速以及水深的增大而减小.流态分析显示,壁面反射流形成动量较强的附壁射流时,会在较短距离内收缩和膨胀,紊动掺混剧烈,水深较浅时容易形成全水深掺混.比较而言,附壁射流较弱时无上游入侵,在射流孔口下游附近横断面上会形成较为特别的水滴状浓度等值线分布,在水体底部形成更为稳定的异重流.最后探讨了水体底面横向最大浓度沿流向的分布特征.【总页数】6页(P17-21,59)【作者】方神光;黄胜伟;崔丽琴【作者单位】珠江水利委员会珠江水利科学研究院,广东,广州,510611;珠江水利委员会珠江水利科学研究院,广东,广州,510611;珠江水利委员会珠江水利科学研究院,广东,广州,510611【正文语种】中文【中图分类】O358【相关文献】1.射流曝气机内部流动三维数值模拟与关键结构参数分析 [J], 陈从平; 何枝蔚; 邓扬; 徐道猛; 李游2.液体射流泵内部流动分析:Ⅰ试验与三维数值模拟 [J], 王松林;王玉川;桂绍波;高传昌;曹树良3.流动环境中圆孔水平热射流三维数值模拟 [J], 张健;杨立;张士成;吕事桂4.三维引射流动数值模拟及紊流模型选择 [J], 马会民;陈汉平;苏明;白旭;徐杲;刘玉峰5.流动环境中高浓度射流扩散实验研究 [J], 张燕;王道增;樊靖郁因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
多孔紊动射流的数值模拟与实验研究进展芦绮玲1,2,陈 刚1(11西安理工大学水利水电学院,陕西西安 710048;21山西省水利水电科学研究院,山西太原 030002)摘要:多孔射流作为流体运动的一种重要类型,在工程中具有非常广泛的用途。
由于多孔射流各股水流之间的卷吸和掺混的存在,增加了流场的复杂性。
长期以来研究人员从理论分析、实验测量和数值模拟方面对多孔紊动射流进行了大量的研究工作,目前已经认识了流场中的许多流动特性和流动机理。
从数值模拟和实验研究两个方面,比较分析了国内外多孔紊动射流的研究现状和研究结果,评述了不同湍流模型以及不同实验测量方法对紊动射流的预测能力,讨论了存在的问题并对该领域的研究方向进行了展望。
关 键 词:多孔紊动射流;湍流模型;数值模拟;实验研究;进展中图分类号:T V135;G 353111 文献标识码:A 文章编号:100126791(2008)0120137210收稿日期:2006212226基金项目:山西省科学技术厅科技攻关项目(041086)作者简介:芦绮玲(1965-),女,山西万荣人,教授级高级工程师,博士研究生,主要从事水力学、河流动力学等研究。
E 2mail :lu -qiling @1631com一股流体从几何尺寸远小于收纳流体所占空间尺寸的喷口流入收纳流体,并同其混合的流动状态,叫做射流。
多股射流则是指多个按一定的方式摆放的排泄口喷出流入周围另一流体域内运动的多股流体,最终混为一股流向下游。
多孔射流与单孔射流的主要区别是孔间射流喷出后在其相邻两股之间存在相互吸附效应,这一效应直接影响着流动的发生和发展,因此流场比单孔射流复杂得多。
作为流体运动的一种重要类型,多孔紊动射流的研究涉及到许多领域,对这一问题的研究具有相当高的理论和应用价值,而解决这些问题的关键,是要从理论上清楚地知道多孔紊动射流的结构以及多股射流之间是如何相互作用的。
下面针对国内外研究人员在研究多孔紊动射流问题中采用的一些数值模拟和实验研究方法和结果进行评述和分析。
湍流燃烧数值模拟的研究与进展湍流燃烧是指在燃烧过程中，燃料与氧化剂在湍流的条件下相遇和反应。
湍流燃烧数值模拟是一种通过计算机模拟湍流燃烧过程的方法，可以提供燃烧器内部的流场和温度分布等信息，对于燃烧器的设计和优化具有重要的意义。
本文将对湍流燃烧数值模拟的研究与进展进行探讨。
首先，湍流模型的选择是湍流燃烧数值模拟的一个关键问题。
湍流现象十分复杂，需要选择适当的湍流模型来模拟湍流流动。
常用的湍流模型有雷诺平均应力模型(RANS)和大涡模拟(LES)。
RANS是一种将湍流场分为均匀部分和涡旋部分的统计方法，适用于模拟湍流较为稳定的情况；而LES则能模拟较为精细的湍流结构，但计算量较大。
根据具体问题的复杂程度和计算资源的限制，选择适当的湍流模型具有重要意义。
其次，化学反应模型的建立是湍流燃烧数值模拟的另一个关键问题。
燃烧过程中涉及到多种化学反应，需要建立合适的化学反应模型来描述燃烧反应。
常见的化学反应模型有简化化学反应模型和详细化学反应模型。
简化化学反应模型基于简化的反应机理，计算速度较快；而详细化学反应模型则基于包含大量反应步骤的反应机理，计算速度较慢但结果更精确。
根据具体问题的要求和计算资源的限制，选择适合的化学反应模型具有重要意义。
此外，边界条件的设定也是湍流燃烧数值模拟的一个关键问题。
边界条件的合理设定可以保证计算结果的准确性。
常用的边界条件有Inflow Boundary Condition、Outflow Boundary Condition、Wall Boundary Condition等。
对于湍流燃烧数值模拟，还需要考虑湍流场的边界条件，例如由湍流脉动引起的湍流输运方程中的涡粘性项的边界条件等。
最后，计算方法的选择也对湍流燃烧数值模拟的结果和计算速度有着重要的影响。
常用的计算方法有有限差分法(FDM)、有限元法(FEM)和有限体积法(FVM)等。
这些方法在计算精度和计算速度方面各有优势，需要根据具体问题的要求选择适当的方法。
2016年第35卷第3期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·733·化工进展大处理量紧凑型气浮装置的数值模拟孔祥功1，陈家庆1，姬宜朋1，王春升2，张明2，尚超2，蔡小垒1，刘美丽1（1北京石油化工学院机械工程学院，北京 102617；2中海油研究总院技术研发中心，北京 100027）摘要：目前鲜有关于大处理量气浮装置结构设计研究方面的报道，气浮装置国产化研究进程缓慢。
为了解决这一问题，本文以自主研发的处理量为120m3/h紧凑型气浮装置为计算模型，采用Eulerian模型和RNG k-ε湍流模型，运用Fluent对其三维流场进行了数值模拟研究。
分别研究了内筒高度、半径间隙及入口管径等结构参数和含油量、处理量等操作参数的影响，以便考察和优化气浮装置的分离性能。
结构参数影响的数值模拟结果表明：随着半径间隙的减小，除油率先增大后减小；随着入口管径的减小，除油率先减小后增大；改变内筒高度对除油率的影响较小。
操作参数影响的数值模拟结果表明，装置的操作弹性相对较大，对水质水量一定程度的波动具有良好的适应性。
关键词：紧凑型气浮装置；含油污水；分离效率；数值模拟；工程放大中图分类号：X 74 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）03–0733–08DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.03.013Numerical simulation of flow field and structural and operational parameters in a large capacity compact flotation unit(CFU) KONG Xianggong1，CHEN Jiaqing1，JI Yipeng1，WANG Chunsheng2，ZHANG Ming2，SHANG Chao2，CAI Xiaolei1，LIU Meili1（1School of Mechanical Engineering，Beijing Institute of Petrochemical Technology，Beijing 102617，China；2 CNOOCResearch Center，Beijing 100027，China）Abstract：There were few reports about the structure design of large capacity floating device at present.The pace for domestication of flotation units was slow. In this paper，the self-developed compact flotation unit(CFU) with 120m3/h capacity was chosen as a simulation model. 3D flow fields were analyzed using Eulerian model and RNG k-εturbulence model. The structural parameters such as inner cylinder height，radial clearance，inlet tube diameter were examined，as well as the influences of operational parameters including oil wastewater treatment capacity and inlet oil content，in order to investigate and optimize de-oiling performance of the unit. Results of structural parameters analysis showed that the inner cylinder height has less influence on separation efficiency. As radial clearance decreases，oil-water separation efficiency raises then declines. As the inlet tube diameter decreases，de-oil efficiency decreases first then increases. Results of operational parameters simulations indicated that CFU has a relatively large operational flexibility and good adaptability to a certain degree of fluctuations on water quality and quantity.Key words：compact flotation unit；oily water；separation efficiency；numerical simulation；engineering scale-up收稿日期：2015-09-11；修改稿日期：2015-10-18。
小间距多孔受限射流流场特性实验研究朱科钤;李美香;蔡婷婷;丁建宁【摘要】应用PIV测试技术,对雷诺数Re为2738～6024、射流喷口孔间距S为12,16,24 mm以及受限高度H为1～5 mm的多孔射流流场进行实验研究,以揭示小间距内(H≤D)流场特性的影响规律.研究结果表明,小间距流场复杂多变,明显区别于大间距下的流场,其流型对受限高度最敏感,其后依次是射流孔间距、雷诺数.当H 降至1 mm时,射流速度在背压的作用下,喷口附近的竖直分量和边界层附近的切向分量都超过喷口最大出流速度的值.【期刊名称】《常州大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(031)001【总页数】6页(P35-40)【关键词】小间距;受限射流;多孔射流;流场特性;PIV【作者】朱科钤;李美香;蔡婷婷;丁建宁【作者单位】常州大学机械工程学院,江苏常州 213164;常州大学机械工程学院,江苏常州 213164;常州大学机械工程学院,江苏常州 213164;常州大学机械工程学院,江苏常州 213164【正文语种】中文【中图分类】TP60随着传统机械向大型化、高速化、精密化发展，越来越多的工件运输、加工过程必须采用无摩擦非接触的方式以确保其表面无损伤。
多孔射流通过多个喷嘴向工作间隙提供一定压力的气体，形成具有一定承载力和刚度的气垫，实现非接触式运输或热处理，已广泛应用于液晶基板的输送、超薄物理钢化玻璃的热处理、高端板带材的淬火、纸张食品干燥等领域[1-2]。
然而，由于多孔射流系统内情况复杂，气垫压力无法稳定，因此工件容易产生漂移或热形变等缺陷。
国内外学者近年来对多孔射流的研究多致力于数倍于孔径(一般2～6倍)的间隙内的流场特性，普遍认为入射射流的雷诺数(Re)、射流到板的受限高度(H)及相邻射流孔间距(S)3个物理量是影响阵列式射流流场的主要因素[3-9]；而受实验条件限制，针对气垫的小间距射流(H≤D)的研究却非常有限，至今无人用实验方法观测到气垫内流场的真实情形。
数值仿真工具在“机械振动学”课程教学中的应用作者：俎群马驰骋李欣业刘硕来源：《科技风》2024年第16期摘要：随着科学技术发展，数值仿真模拟为抽象理论知识的学习及应用提供了可视化、低成本、高效率之新途径。
基于ABAQUS有限元软件，以复杂服役环境下DF17导弹振动抑制为工程背景，以梁的横向振动模态为研究对象，分别模拟计算五种常见梁的前三阶横向振动固有频率及振型。
与理论推导结果对比，进行误差分析，验证梁模型的适用条件。
数值仿真模拟与理论学习的有机结合将有效强化学生对振动基本理论的理解，提高先进工具应用能力和问题分析能力。
关键词：数值仿真；机械振动；课程教学；模态分析中图分类号：G642文獻标识码：A一、概述从中国制造世界最大推力70吨级振动台，到实现世界最大单体隔震建筑——北京大兴国际机场的运营，可以知道，振动是影响高端装备、土木建筑等安全性与可靠性的关键因素，也是工程设计及应用中最具挑战性的核心对象。
“机械振动学”理论学习及运用对航空航天、机械工程、土木工程等领域发展举足轻重［1］。
“机械振动学”作为部分工程类专业基础课程，系统地阐述了振动的基本理论与分析方法［23］。
由于该课程具有内容广泛、理论抽象、公式繁多等特点，且学生已习惯在静力学框架下分析问题，在动力学理论学习过程中普遍反映知识抽象、理解困难。
振动实验是辅助学生理解知识和实践应用最行之有效的方法，但通常学时有限且成本较高。
随着科学技术发展，数值仿真模拟为抽象理论知识的学习及应用提供了可视化、低成本、高效率之新途径［45］。
本文以弹性体梁的横向振动为例，应用数值仿真工具辅助理论教学。
DF17导弹作为高超声速、极高精度制导武器，复杂服役环境下振动抑制尤为重要。
在实际飞行过程中，其振动形式是非常复杂的，涉及横向、轴向、扭转等多种振动耦合。
在本科阶段振动基本理论教学中，可将该研究对象简化成欧拉伯努利梁模型进行解耦分析。
下面基于梁横向固有振动模态开展理论分析与数值模拟。
多孔介质中湍流流动的数值模拟大连理工大学硕士学位论文多孔介质中湍流流动的数值模拟姓名：马坤申请学位级别：硕士专业：工程热物理指导教师：解茂昭2020 0601大连理工大学硕士学位论文摘要本文以多孔介质燃烧技术为研究背景，通过数值模拟研究了各种条件下多孔介质内湍流流动特性，主要目的是更系统深入地理解多孔介质内湍流流动的特点及规律，并进一步推动该领域的理论研究及其实际应用。
迄今，多孔介质中湍流的研究，主要有微观模型和宏观模型两种途径。
多孔介质内微观湍流模型是直接将自由流体湍流模型应用于多孔介质内部小尺度孔隙和通道内的流动。
而宏观湍流模型是在宏观尺度上对微观湍流模型取体积平均的结果。
本文采用将微观模型与到宏观模型相结合的方法，首先使用标准ｋ一占湍流模型对简化了的多孔介质的二维模型内的微观流场进行数值模拟；在此基础上，借助两种宏观模型，Ｎ．Ｋ湍流模型和Ｐ．ｄＬ湍流模型同时利用体积平均方法将微观流场计算结果转换为宏观流场的信息，以确定宏观湍流模型中经验系数Ｑ的值以及宏观湍流模型ｋ和占的初始值。
本文的计算以通用ＣＦＤ软件Ｆｌｕｅｎｔ６．２为平台，添加Ｎ．Ｋ湍流模型和Ｐ．ｄＬ湍流模型的自定义函数，对宏观流场进行模拟计算，并对比分析了Ｎ．Ｋ湍流模型和Ｐ—ｄＬ湍流模型。
计算结果表明：微观流场内多孔介质固体骨架物块的形状对多孔介质内湍流流场影响十分显著，正方形的湍动能最大，其次为长方形，圆形，椭圆形；入口雷诺数不变时，随着孔隙率的增大，湍动能水平也随之降低；孔隙率不变时，随着入口雷诺数的增大，湍动能水平也随之增大。
宏观流场内在进口处Ｎ．Ｋ湍流模型和Ｐ．ｄＬ湍流模型的湍动能均迅速下降，并且Ｎ．Ｋ湍流模型对湍流流动的抑制作用小于Ｐ—ｄＬ模型，湍动能稳定后趋于一致。
关键词：多孔介质湍流数值模拟宏观模型微观模型多孔介质中湍流流动的一种数值模型ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＴｕｒｂｕｌｅｎｔＦｌｏｗｓｉｎＰｏｒｏｕｓＭｅｄｉａＡｂｓｔｒａｃｔＴｏｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｅｐｏｒｏｕｓｍｅｄｉａ（ＰＭ）ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｉｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓ，ｔｕｒｂｕｌｅｎｔｆｌｏｗｂｅｈａｖｉｏｒｉｎｐｏｒｏｕｓｍｅｄｉａｕｎｄｅｒｖａｒｉｏｕｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｌｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．１１１ｅｍａｉｎｏｂｊｅｃｔｉｖｅｉｓｔｏｇａｉｎｓｏｍｅｉｎｓｉｇｈｔｓｉｎｔｏｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｕｒｂｕｌｅｎｔｆｌｏｗｉｎｐｏｒｏｕｓｍｅｄｉａ，ａｎｄｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅｔｏｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｉｓｆｉｅｌｄ．Ｔｏｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｌｙｔｒｅａｔｔｕｒｂｕｌｅｎｔｆｌｏｗｓｔｈｒｏｕｇｈｐｏｒｏｕｓｍｅｄｉａ，ｍｏｓｔｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓｆｏｌｌｏｗａｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃａｌａｐｐｒｏａｃｈｆｏｒｌｏｗＲｅｎｕｍｂｅｒｆｌｏｗｓｉｎｔｈｅＰＭ，ｉｎｗｈｉｃｈｇｏｖｅｒｎｉｎｇｅｑｕａｔｉｏｎｓａｌｅｏｂｔａｉｎｅｄｂｙａｖｏｌｕｍｅ—ａｖｅｒａｇｉｎｇｏｖｅｒａｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅｅｌｅｍｅｎｔａｒｙｖｏｌｕｍｅ（Ｐ．ＺＶ）．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｍａｃｒｏｓｃｏｐｉｃａｌｍｏｄｅｌｓｌｏｓｅｄｅｔａｉｌｓｏｎｔｈｅｆｌｏｗｐａｔｔｅｒｎｉｎｓｉｄｅｔｈｅＲＥＶ．Ａｓａａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ，ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃａｐｐｒｏａｃｈｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ｉｎｗｈｉｃｈｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅｍｏｄｅｌｓｆｏｒｃｌｅａｒｆｌｕｉｄｓａｌｅａｐｐｌｉｅｄｄｉｒｅｃｔｌｙｔｏｔｈｅｆｌｏｗｗｉｔｈｉｎｐｏｒｅｓｏｆａＰＭ．Ａｍｉｃｒｏ－ｍａｃｒｏｃｏｕｐｌｅｄａｐｐｒｏａｃｈｉｓｅｍｐｌｏｙｅｄｉｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓ．．Ｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｐｏｒｏｕｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．ｗｅｔａｋｅｔｈｅＰＭａＳａｎａＳｓｅｍｂｌｙｏｆａｇｒｅａｔｎｕｍｂｅｒｏｆｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｓｏｌｉｄｕｎｉｔｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｉｚｅｓａｎｄｆｏｒｍｓ；ｗｈｉｃｈｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｏａｃｅｒｔａｉｎｅｘｔｅｎｔｔｈｅｐｏｒｏｕｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｈａｌａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｔｈｅＰＭ。
工程流体力学中的湍流模型与数值模拟方法研究1.引言工程流体力学是一门研究流体在实际工程中运动和相互作用的学科。
在实际工程中，流体的运动往往是复杂且非线性的，湍流现象更是普遍存在的。
湍流模型和数值模拟方法的研究对于准确预测流体力学现象和优化工程设计至关重要。
2.湍流模型湍流模型是描述湍流的方程组，在数值模拟中用于求解湍流流动。
常用的湍流模型包括雷诺平均速度-应力模型（Reynolds-Averaged Navier-Stokes，简称RANS）和大涡模拟（Large Eddy Simulation，简称LES）等。
2.1 RANS模型RANS模型中，通过对速度和应力进行平均来描述湍流，其中最为经典的模型是k-ε模型和k-ω模型。
k-ε模型通过考虑湍动动能k和湍扩散率ε来描述湍流，k-ω模型则引入湍动涡度ω并考虑其输运方程。
2.2 LES模型LES模型中，湍流被分解为大尺度和小尺度两部分，其中大尺度由模拟求解，小尺度则通过模型来近似。
LES模型的优势在于能够更加准确地描述大尺度湍流结构，但计算成本也更高。
3.数值模拟方法数值模拟方法是利用计算机进行流体力学问题求解的技术，其核心是离散化流体力学方程并进行数值求解。
常用的数值模拟方法包括有限体积法、有限元法和谱方法等。
3.1 有限体积法有限体积法是一种常用的数值模拟方法，通过将物理域分割为离散的控制体积，并将流场变量在控制体积上进行积分，从而得到离散化的方程组。
有限体积法适用于复杂几何边界的流动问题。
3.2 有限元法有限元法是一种广泛应用的数值模拟方法，通过将问题的解空间分解为多个小区域，通过插值函数来逼近流场变量。
有限元法适用于复杂几何形状和非结构化网格的流动问题。
3.3 谱方法谱方法是一种基于傅里叶级数展开的数值模拟方法，通过将流场变量分解为一系列基函数的展开系数，从而实现对流场的近似。
谱方法适用于光滑和周期性流动问题。
4.研究进展与挑战近年来，湍流模型与数值模拟方法的研究取得了很多进展，例如高阶湍流模型的发展和精确湍流模拟的实现等。
多孔介质燃烧室内湍流流动及燃油喷雾的数值模拟东明;解茂昭;李素芬【期刊名称】《燃烧科学与技术》【年(卷),期】2008(014)005【摘要】以多孔介质发动机为背景,用数值模拟方法考察气缸内加入多孔介质蓄热体后对燃烧室内湍流流场及混合气形成的影响.计算基于Antohe和Lage的适用于多孔介质的k-e模型,其中引入了Darcy项和Forchheimer项.对燃油喷雾在自由空间和多孔介质组成的燃烧室内的流场进行了数值计算.计算结果表明,多孔介质对燃油液滴与空气的混合过程具有重要的影响,多孔介质内的流场作为一个局部流场和整个燃烧室内流场发生相互作用.Darcy项和Forchheimer项均对湍能起阻尼作用,从而降低多孔介质内的湍能水平.这种阻尼作用随多孔介质渗透率的减小而增大.为检验数值模型的合理性,针对文献中的实验条件进行了相应的数值计算,计算结果与实验结果吻合良好.【总页数】5页(P453-457)【作者】东明;解茂昭;李素芬【作者单位】大连理工大学能源与动力学院,大连,116024;大连理工大学能源与动力学院,大连,116024;大连理工大学能源与动力学院,大连,116024【正文语种】中文【中图分类】TK16【相关文献】1.基于KIVA的内燃机燃烧室内湍流流动的数值模拟计算 [J], 邹振宇;解茂昭;刘晶2.圆筒炉内燃烧器出口湍流流动和燃油燃烧的三维数值模拟 [J], 周桂娟;毛羽;王娟3.旋流燃烧室内煤粉多相湍流流动与燃烧的数值模拟 [J], 尚庆;张健;周力行4.环形进出口旋流燃烧室内有回流的湍流旋流流动的数值模拟 [J], 陈春明;张健;周力行5.旋流燃烧室内气体-颗粒两相湍流流动的数值模拟 [J], 尚庆;张健;周力行因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
《基于正交试验法的对旋轴流风机CFD数值模拟分析》篇一一、引言随着计算流体动力学（CFD）技术的不断发展，其在工业领域的应用越来越广泛。
对旋轴流风机作为流体输送和能量转换的重要设备，其性能的优化和改进对于提高系统效率和节能减排具有重要意义。
本文基于正交试验法，利用CFD数值模拟技术对旋轴流风机进行性能分析和优化研究。
二、正交试验法简介正交试验法是一种常用的多因素优化方法，通过设计正交试验表，合理安排试验因素和水平，能够有效地找出各因素之间的最优组合。
在对旋轴流风机的性能研究中，我们将风机的转速、叶片角度、叶片间距等作为试验因素，通过正交试验法，找出各因素之间的最优组合，以实现风机性能的最优化。
三、CFD数值模拟技术CFD数值模拟技术是通过计算机模拟流体在空间中的运动过程，从而得到流体的速度、压力、温度等物理量的分布情况。
在对旋轴流风机的性能研究中，我们采用CFD数值模拟技术对风机的内部流场进行模拟分析，以了解风机的性能特点及优化方向。
四、基于正交试验法的对旋轴流风机CFD数值模拟分析1. 模型建立与网格划分根据对旋轴流风机的实际结构，建立三维模型，并进行网格划分。
网格的质量直接影响到CFD数值模拟的精度和计算效率，因此我们采用合适的网格划分方法，确保网格的质量和计算效率。
2. 边界条件与求解设置根据实际工作条件，设置边界条件和求解参数。
包括进口和出口的流速、温度、压力等参数，以及湍流模型、求解器等设置。
3. 正交试验设计与分析根据正交试验法，设计不同的试验方案，包括不同的转速、叶片角度和叶片间距组合。
然后利用CFD数值模拟技术对每个方案进行模拟分析，得到各方案的性能参数，如风量、风压、效率等。
4. 结果分析与优化对各方案的模拟结果进行分析和比较，找出各因素之间的最优组合。
同时，结合实际工作条件和需求，对风机进行进一步的优化设计。
五、结论通过基于正交试验法的对旋轴流风机CFD数值模拟分析，我们得到了各因素之间的最优组合，以及风机的性能特点和优化方向。
多孔紊动射流的数值模拟与实验研究进展芦绮玲1,2,陈 刚1(11西安理工大学水利水电学院,陕西西安 710048;21山西省水利水电科学研究院,山西太原 030002)摘要:多孔射流作为流体运动的一种重要类型,在工程中具有非常广泛的用途。
由于多孔射流各股水流之间的卷吸和掺混的存在,增加了流场的复杂性。
长期以来研究人员从理论分析、实验测量和数值模拟方面对多孔紊动射流进行了大量的研究工作,目前已经认识了流场中的许多流动特性和流动机理。
从数值模拟和实验研究两个方面,比较分析了国内外多孔紊动射流的研究现状和研究结果,评述了不同湍流模型以及不同实验测量方法对紊动射流的预测能力,讨论了存在的问题并对该领域的研究方向进行了展望。
关 键 词:多孔紊动射流;湍流模型;数值模拟;实验研究;进展中图分类号:T V135;G 353111 文献标识码:A 文章编号:100126791(2008)0120137210收稿日期:2006212226基金项目:山西省科学技术厅科技攻关项目(041086)作者简介:芦绮玲(1965-),女,山西万荣人,教授级高级工程师,博士研究生,主要从事水力学、河流动力学等研究。
E 2mail :lu -qiling @1631com一股流体从几何尺寸远小于收纳流体所占空间尺寸的喷口流入收纳流体,并同其混合的流动状态,叫做射流。
多股射流则是指多个按一定的方式摆放的排泄口喷出流入周围另一流体域内运动的多股流体,最终混为一股流向下游。
多孔射流与单孔射流的主要区别是孔间射流喷出后在其相邻两股之间存在相互吸附效应,这一效应直接影响着流动的发生和发展,因此流场比单孔射流复杂得多。
作为流体运动的一种重要类型,多孔紊动射流的研究涉及到许多领域,对这一问题的研究具有相当高的理论和应用价值,而解决这些问题的关键,是要从理论上清楚地知道多孔紊动射流的结构以及多股射流之间是如何相互作用的。
下面针对国内外研究人员在研究多孔紊动射流问题中采用的一些数值模拟和实验研究方法和结果进行评述和分析。
1 多孔紊动射流数值方法的研究目前,用于分析和认识多孔紊动射流问题的方法主要有3种:理论分析、实验研究和数值模拟。
实验研究能综合考虑影响流动的各种因素,结果客观可靠。
虽然实验测量有投资大、结果的精度和可靠性受测量仪器和环境的影响等问题,但对于复杂的多孔紊动射流问题,目前难以用理论计算解决时,它仍然是分析问题的一个重要途径。
在数值模拟方面,数值模拟分析即计算流体力学(CFD )方法具有投资小和精度易于提高等特点,是一种研究流体流动的有效方法。
因此,随着计算机水平和计算技术的不断发展,用数值方法研究流动与传热,已成为当前国际上最活跃的研究领域之一。
而且CFD 的兴起促进了实验研究和理论分析方法的发展,为简化流动模型提供了更多的依据,使得很多分析方法得到完善和发展,它可以在非常广泛的流动参数范围内,对所有的流场参数进行定量的分析,而这往往是采用实验手段和理论分析所无法做到的。
同时由于数值解是与具体问题有关的,这就需要有与特定的流动结构相对应的可靠实验数据才能对湍流模型的有效性进行直接的评价,这对实验测量和数值计算结果之间的相互验证以及对湍流模型有效性的评价是非常有益的。
第19卷第1期2008年1月 水科学进展ADVANCES I N W ATER SCIE NCE V ol 119,N o 11 Jan.,2008 831水科学进展第19卷111 国外多孔紊动射流数值模拟方法和结果分析紊动射流问题的早期数值模拟是基于整体化的方法和理想性假设的。
许多模型的提出是通过将三维问题简化为二维问题,然后再对流场进行求解。
但事实上,多孔紊动射流具有强三维流动特性,其各股之间都存在相互吸附的效应(C oanna效应),一些研究也通过求解全三维N2S方程数值解来获得更详细的流场信息。
后期的计算是通过标准的k2ε模型或其改进形式来求解的。
R1K nystautas[1]采用二维积分模式对一列均匀排列圆孔射流混合后区的时均特性进行了分析,但对混合区没作细致的探讨。
A1K rothapalli[2]对一列均匀排列矩形射流进行了研究,假定混合后按二维处理,给出了一些较为理想的结果,但对各孔射流之间的相互影响未作探讨。
Leschziner和R odi[3]用标准的模型,流线曲率修正模式和耗散率修正模式对双孔射流进行了吸附区的数值模拟,并用混合中心迎风差分格式(C UDS),混合中心非对称格式(CS UDS)和二次格式(QUDS)三种差分格式进行数值计算,但计算结果与实验资料吻合并不理想。
H ong和Chuang[4]应用湍流的动力学理论对双股平面射流进行了数值模拟。
所用的湍流数学模型,不是常规的涡粘性系数模型,而是建立速度空间的概率密度函数的系综平均模型。
Chuang等[5]采用标准k2ε紊流模型数值模拟了二维双股气体冲击射流的流场。
Barata等[6]用标准k2ε紊流模型、QUICK格式及混合格式模拟了双股水射流对横流的冲击问题。
文献[7]也利用k2ε模型并结合3种差分格式计算了三维定常横向紊动射流流场,数值计算结果显示出了二次流结构,得到了多股射流情况下的不可压流场,并给出了理想射流孔的位置,以及入射角度越小冷却效率越高的结论。
虽然目前广泛地应用于工程计算中的湍流模型通常是标准k2ε双方程模型,并取得了令人满意的结果,但由于ε方程精度不够,对时均应变率较大的流动,如回流、漩流及分离流等难以预测,所以,仍有很多学者尝试着采用新的改进模型来模拟这一问题,以期望得到更为精确的结果。
为了解决k2ε模型和壁面函数法求解紊动射流问题时所遇到的精度不高的问题,尤其是无法准确预报近壁区的流动和换热等问题,Lakeha[8,9]Theodoridis等[10]在标准模型的基础上,结合壁面函数法,通过各向异性的涡黏假设修正了二阶湍流应力,对AG T B叶片周围的流场进行了计算。
虽然计算结果与实验结果更为接近了,但是各向异性的修正并没有对吸力面上的流场结果作出准确的预测,因此他们对模型进行了进一步的修正, R odi等[11]首先采用了低Re数k2ε模型对壁面附近的流场进行计算,但近壁区结果的精度仍然不高,最后他们又将流场分成近壁区和主流区,采用两层模型分别进行计算,即对壁面附近勃性较大的区域采用一方程模型求解,对主流区采用标准k2ε模型进行求解,而控制方程中的扩散系数则是通过各向异性假设修正的,这样的计算结果与实验结果吻合较好。
Azzi和Lakehal在文献[12]中将文献[11]中所采用的模型和代数应力模型在求解横向紊动射流问题中的能力进行了比较:前者是基于各向异性涡黏假设的模型,后者模型是利用二阶矩封闭的、显式非线性代数应力模型。
从计算结果的比较可以看出,第一种模型在预测纵向温度场时更为准确,而代数应力模型的结果则扩大了流动中二次流的范围,与实验结果也有一定的偏差。
另外基于雷诺应力代数表达式的各向异性假设模型也逐渐应用到研究中[13,14],在与标准k2ε模型计算结果进行比较后,笔者发现,利用这种改进模型所得到的数值解,只是对于某些R(射流与主气流速度比)值的结果比标准k2ε模型相对理想。
Walter和Leylek[15]利用雷诺应力模型对三维横向紊动射流问题进行了模拟,但其结果显示,雷诺应力模型在预测横向紊动射流问题时,并不比基于涡黏假设的湍流模型好。
G arg和Ameri[16,17]利用Baldwin2Lomax模型和各种基于涡黏假设的双方程模型对叶片周围的流场进行了计算,并得出了一些参数对速度场和温度场的影响,同样,其结果也并没有显示出各种模型预测能力有明显的不同。
文献[18]采用标准k2ε模型和雷诺应力模型对半约束型多孔紊动射流的流动和传热特性进行了模拟计算,在雷诺数一定的情况下,对射流和横流的均衡和不均衡的温度分布下的各种流动参数和几何参数进行了评价。
计算得出了沿着碰撞表面的Nusselt数的分布,模拟结果表明碰撞传热率由于横流的作用而大大减小,射流和横流间的温度差异对所研究参数的变化范围只有相对微小的影响。
虽然到目前为止,并没有清楚的数值计算结果表明哪种模型更适用于这类问题的计算,研究人员仍在对此做着不懈的努力。
K im 和Bens on [19]尝试改进了湍流模型,引入了在流动中变化的湍流时间尺度,采用了多重时间尺度M 2S 模型计算了多股射流的流场,而且在这种数值计算方法中,考虑了射流喷管内部的流动情况,这样的处理方式使射流出口处的边界条件更合理,也更接近工程实际中的流动,从而提高了计算的准确度。
利用M 2S 模型所得的速度和浓度曲线与实验结果吻合得很好,而对湍动能预测的结果与实验值相差较大,说明此种方法对横向紊动射流的平均流动特性预测比较好。
计算结果也清楚地显示出了马蹄涡和反向涡旋对,并指出马蹄涡产生于射流出口的迎风侧。
大多数的计算并没有考虑射流喷管内的流动,都是直接在射流出口边界给出确定的速度边界条件,事实上,这部分的流动也是很重要的,所以G arg 和Rigby 在文献[20]中考虑了喷管内的流动,计算结果表明射流喷管出口处的流动对主气流区域影响较大,在这一区域内,射流与横流的相互掺混剧烈,在压力的作用下,导致了流动有向喷管内运动的趋势。
所以在数值模拟过程中,必须考虑到射流喷管内的流动。
文献[21]用基于控制体的有限差分方法对一排射流横向喷入管流的流场进行了数值分析,建立了流场温度分布和上游流动条件及几何参数的关系。
发现射流喷射深度与动压比除以喷嘴数的平方之间的关系可用一个对数函数很好地描述,给出了适于最佳混合的喷射深度和喷嘴间距,提出了可用于结构初步设计的程序。
当人们将注意力更多地集中在大尺度结构对流场的影响上时,多孔紊动射流中仍有许多问题是我们不清楚的。
虽然以往的数值计算结果提供了很多流场信息,但大部分模拟结果不能完全再现各个时刻的流动过程。
随着计算机内存的不断增加,研究人员可以对流动随时间而变化的过程进行精确的数值模拟。
Seonghyeon [22]应用直接数值模拟技术模拟了二维和二维横向紊动射流问题随时间的演化过程,给出了流动中反向涡旋对和尾迹涡这样大尺度涡结构的演变过程,但结果没有求解出流场中各种尺度涡的运动变化过程,从而影响了计算的精度。
Jones 和Wille [23]对横向紊动射流流场进行了大涡模拟,利用近似的壁面边界层代替求解湍流壁面边界层,这给计算带来了相对较大的不精确性,从而很难评价他们所用方法的优劣。
Y uan 等[24]也利用大涡模拟对流场进行了计算,重点研究了流动中大尺度涡结构的发展过程,以及这些结构特征对湍流统计规律的影响,并给出了平均速度场、湍动能以及雷诺应力等量的发展变化过程。
