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大气工程中的各向同性与非各向同性湍流模拟大气工程中的湍流模拟是一个重要的研究领域。
湍流是大气中常见的现象之一，它对于气象、空气污染和气候变化等方面都有着重要的影响。
而要研究湍流现象，就必须使用湍流模拟来进行分析。
湍流的模拟可以分为两种情况：各向同性湍流和非各向同性湍流。
各向同性湍流是指在三个空间方向上的湍流特性是相同的。
这种湍流模拟较为简单，因为不需要考虑方向的变化。
在大气工程中，各向同性湍流模拟通常用于研究大规模气流的运动和传输过程。
例如，通过模拟各向同性湍流，可以了解空气中颗粒物的扩散和输送规律，从而对空气污染的传播和控制有所帮助。
非各向同性湍流则是指在三个空间方向上的湍流特性不同。
这种湍流模拟相对复杂，需要考虑各个方向上的变化。
在大气工程中，非各向同性湍流模拟常常用于研究细小尺度的湍流结构和特性。
例如，在飞行器设计中，需要对飞机表面的气动特性进行模拟分析，而这种特性受到非各向同性湍流的影响。
另外，非各向同性湍流模拟还可用于研究气候变化方面的问题，如海洋混合层的形成和演变等。
湍流模拟的方法有很多种，其中最常用的是基于数值模拟的方法。
数值模拟方法通过在计算机上建立代表湍流特性的方程组，并使用数值算法进行求解，从而得到湍流的解析结果。
数值模拟方法的优点是可以对湍流进行全面的分析，但缺点是计算量大，对计算机性能要求较高。
除了数值模拟方法外，湍流模拟还可以通过实验方法进行。
实验方法通过设计合适的试验设备和测量方法，来获取湍流现象的数据。
其中最常用的实验方法是风洞实验和水槽实验。
风洞实验是通过模拟大气流动环境来研究湍流现象，而水槽实验则是通过模拟水流来研究湍流现象。
这些实验方法的优点是可以获得真实的湍流数据，但缺点是受到实验条件和测量误差的限制。
综上所述，大气工程中的湍流模拟是一个复杂而关键的研究领域。
通过各向同性湍流和非各向同性湍流模拟，可以对大气中的湍流现象进行分析和研究。
数值模拟和实验方法是湍流模拟中常用的方法。
湍流模型理论§3.1 引言自然界中的实际流动绝大部分是三维的湍流流动，如河流,血液流动等。
湍流是流体粘性运动最复杂的形式，湍流流动的核心特征是其在物理上近乎于无穷多的尺度和数学上强烈的非线性，这使得人们无论是通过理论分析、实验研究还是计算机模拟来彻底认识湍流都非常困难。
回顾计算流体力学的发展,特别是活跃的80年代，不仅提出和发展了一大批高精度、高分辨率的计算格式,从主控方程看相当成功地解决了Euler方程的数值模拟,可以说Euler方程数值模拟方法的精度已接近于它有效使用范围的极限；同时还发展了一大批有效的网格生成技术及相应的软件，具体实现了工程计算所需要的复杂外形的计算网格；且随着计算机的发展，无论从计算时间还是从计算费用考虑，Euler方程都已能适用于各种实践所需。
在此基础上，80年代还进行了求解可压缩雷诺平均方程及其三维定态粘流流动的模拟。
90年代又开始一个非定常粘流流场模拟的新局面，这里所说的粘流流场具有高雷诺数、非定常、不稳定、剧烈分离流动的特点，显然需要继续探求更高精度的计算方法和更实用可靠的网格生成技术.但更为重要的关键性的决策将是，研究湍流机理,建立相应的模式，并进行适当的模拟仍是解决湍流问题的重要途径。
要反映湍流流场的真实情况,目前数值模拟主要有三种方法：1。
平均N-S方程的求解，2。
大涡模拟（LES），3。
直接数值模拟（DNS)。
但是由于叶轮机械内部结构的复杂性以及目前计算机运算速度较慢，大涡模拟和直接数值模拟还很少用于叶轮机械内部湍流场的计算,更多的是通过求解平均N-S方程来进行数值模拟。
因为平均N-S方程的不封闭性，人们引入了湍流模型来封闭方程组,所以模拟结果的好坏很大程度上取决于湍流模型的准确度。
自70年代以来，湍流模型的研究发展迅速，建立了一系列的零方程、一方程、两方程模型和二阶矩模型，已经能够十分成功的模拟边界层和剪切层流动。
但是,对于复杂的工业流动，比如航空发动机中的压气机动静叶相互干扰问题，大曲率绕流，激波与边界层相互干扰，流动分离，高速旋转以及其他一些原因，常常会改变湍流的结构，使那些能够预测简单流动的湍流模型失效，所以完善现有湍流模型和寻找新的湍流模型在实际工作中显得尤为重要。
中间包的物理模拟11研2 马艳杰中间包是一个上承钢包下接结晶器的中间存储和分流容器，其内的许多冶金过程受控于钢水在中间包内的流动状态，而钢水在中间包内的停留和流动状态要受钢包和结晶器工作状态的影响。
其中重要的因素之一是体系内温度状态和反应器之间的温差。
在连铸浇注系统中，减少钢水的二次氧化和脱氧产物，一提高产品质量的工艺开发中，物理模型起到了重要作用。
一、中间包的作用综述中间包的作用，主要有：1．合理储存钢水，按工艺要求进行有效分流，保证顺利开浇、停浇和换包，实现对连铸机均衡、连续和稳定的供给钢水；2．防止钢水再次污染，即抑制二次氧化、减轻耐火材料侵蚀、减少渣的卷入以及渣中不稳定氧化物的危害；3．改善钢水流动条件，防止短路流动，减小死区，改进流动方向，增加钢水的停留时间，改善夹杂物上浮和去除的条件；4．选择合适的包衬耐火材料和熔池覆盖剂，减轻热损失，利于上浮夹杂物的排出；5．控制好钢水温度，必要时再加热，使钢水过热度保持稳定。
二、中间包内钢水流动特征钢水的流动会影响中间包内钢水的分流、影响钢水散热和温度变化、影响夹杂物上浮和排除，以及影响钢水成分的均匀程度等。
流体在容器内的流动模式分为几种：1．如同一时刻进入容器的流团均在同一时刻离开容器，它们不会与进入容器的其他流团混合，这种流动模式称为活塞流；2．当流团一进入容器，立即与其他流团完全混合，分不出进入容器的先后，这种流动模式称为全混流；3．短路流指进入容器的部分流体立即通过容器，停留时间很短或几乎为零；4．死区指容器内停留时间大大超过理论平均时间停留时间的那一部分流团。
中间包工作时，钢水在重力作用下，流入和流出是流速很大。
而在体积和流通面积大得多的中间包熔池主要部分，流速很小。
中间包熔池内各部分的钢水温度在时间和空间上并不均匀，而且一直变化。
较高温度的钢水注入中间包后，在注入区形成温度较高的区域，这样，在注入区与中间包主体熔池之间，可能产生明显的温度梯度。
非对称翅片管换热器的实验及流场分析王云雷;杨心慰;刘博涛;时颖【摘要】提出设计一种新型非对称翅片管式换热器,通过对非对称式翅片管不同工况进行实验,研究其传热过程和传热效果.通过对传热系数的计算,比较其与环状翅片管管束和光管管束的传热性能.并且利用ANSYS对三种换热器进行数值模拟,分析其流场.结果表明:非对称翅片管对流体的扰动要强于环状翅片管和光管,在相同参数条件下,非对称翅片管换热器的换热效果优于环状翅片管和光管式换热器.【期刊名称】《河北建筑工程学院学报》【年(卷),期】2016(034)004【总页数】6页(P65-70)【关键词】非对称翅片管;换热效果;流场分析【作者】王云雷;杨心慰;刘博涛;时颖【作者单位】河北建筑工程学院能源与环境工程学院,河北张家口075000;河北建筑工程学院能源与环境工程学院,河北张家口075000;河北建筑工程学院能源与环境工程学院,河北张家口075000;河北建筑工程学院经济与管理学院,河北张家口075000【正文语种】中文【中图分类】TU83翅片管式换热器在动力、化工、制冷等工业中有广泛的应用[1]，用翅片扩大换热管表面积和促进介质的紊流，从而提高传热效率，直至目前这一方法仍是所有各种管式表面强化传热方法中运用最为广泛的一种.几十年来，人们在改进翅片形状、管束排列方式等方面进行了大量研究[2-10].按翅片表面形式的分布，换热器可分为对称翅片和非对称翅片.非对称翅片主要包括管中心距翅片两边距离不相等的非对称翅片和开缝形式非对称的翅片[11].目前，关于开缝式非对称翅片管换热性能的数值模拟的研究有一些[12-14]，但是对管中心距翅片两边距离不相等的非对称翅片的研究却不是很多，这种非对称翅片符合上述强化传热的方法.因此，本文设计了一种设计非对称翅片管换热器，对其进行实验并且通过数值模拟分析其流场，研究其强化传热.1.1 换热器设计本文设计的非对称翅片的形状和管束排布如图1、2和3，箭头方向为气体来流方向.11根铸铁材料的翅片管错列分布，第一层和第三层各有4根管子，中间一层3根管子，中间层的管束与上下两层错列布置，并且其翅片与上下两层的翅片叉排布置，组成换热器.每层管束之间用连箱连接，并联在一起.热水由一侧进入，由三根管子分别进入三层管束，从另一侧流出汇集到一起返回水箱.在翅片顶端及根部布置测点，并且用K型热电偶对测点、换热器水侧和空气侧进出口进行温度测量，并且为确保准确性，多次测量求得平均值.对流换热系数采用计算式：h=φ/AΔt式中：φ——换热量； A——换热面积；Δt——传热温差.实验流程：水在水箱中经过加热，通过水泵进入换热器的管束中，风机直吹换热器表面，翅片延伸方向迎着来流空气，空气与翅片和水形成强制对流换热，水从换热器出口流出，流回水箱.1.2 实验结果本实验做了一下4种工况：以非对称翅片管换热器翅片管总表面积A(A=0.881 m2)为基准求得对流换热系数ht，以光管外表面积As(As=0.414 7 m2)为基准求得对流换热系数hs，如表2. 为了对比，根据参考文献[16]和[17]中推荐的公式分别对相同参数条件下的光管管束和环形翅片管管束的换热系数进行理论计算.由于文献中所给公式是在最佳条件下所得，因此理论计算光管和环形翅片管束的对流换热系数要优于对其进行实验所得的结果.对比结果如下：1)相同参数条件下，非对称翅片管换热效果优于光管管束.2)相同参数条件下，非对称翅片管换热效果优于环状翅片管束.2.1 流体模型为了更好地进行理论分析，选取了所有管子的一段，利用ANSYS进行数值模拟，对其进行流场分析，其中上下两排带两个翅片，中间一排载有一个翅片.如图7. 流体模型为长方体：x:-0.17～0.07 m;y:-0.21～0.07 m;z:-0.001～0.029m布尔运算Substract减去中间的翅片管模型，得到流体模型，如图8.由于非对称肋片的不规则形状，因此采用自由网格free的划分形式.网格结果如图9.2.2 结果分析为了更好的进行分析，相同条件下，对环状翅片管以及光管换热器也进行了数值模拟.1)与环状翅片管进行对比.对风速3.68 m/s情况流场进行模拟，z=0.006 m(非翅片所在截面)截面的速度云图如下：由图10可以看出，环状翅片管束的蓝色部分速度很小、接近为零的尾流区比非对称翅片管束的多，说明环状翅片管束中，低速旋涡区中的尾迹流与分流束之间的混合没有非对称翅片管强，从而更加影响换热效果，进而证明了非对称翅片管的换热优于环状翅片管.z=0.001 m(翅片所在截面)截面的速度云图如下：由以上两图可知，在翅片所在平面，环形翅片管束中速度变化较小，而非对称翅片管束中速度变化相对剧烈，扰动更强，可以加强换热效果.2)与光管管束对比.在风速为3.68 m/s条件下，对光管管束进行流场模拟，其结构尺寸与非对称翅片管束相同.z=0.006 m(非翅片所在截面)截面的速度矢量图如下：z=0.001 m(翅片所在截面)截面时的速度矢量图如下：由以上四图可以看出，在z=0.006 m截面时，二者的尾流区大致相同，而在z=0.001 m时，非对称翅片管束的尾流区减小，而且非对称翅片管束中的速度变化较大，最高速度达到12.16 m/s，光管管束速度变化则相对较小，最大速度为7.1 m/s.因此，在非对称翅片管束中，流体的扰动要强于光管管束，换热较好.1)实验证明了在一定条件下，非对称翅片管式换热器的换热效果优于环状翅片管以及普通光管式换热器.2)通过进行数值模拟，对所设计的换热器进行流场分析，从理论上证明了在非对称翅片管换热器中，流体的扰动效果较好，证明了该种换热器的优越性.【相关文献】[1]田丽亭，何雅玲，楚攀，等.不同排列方式下三角翼波纹翅片管换热器的换热性能比较[J].动力工程，2009，29(1)：78～83[2]康海军，李娬，李惠珍，等.平直翅片管换热器传热与阻力特性的实验研究[J].西安交通大学学报，1994，28(1)：91～98[3]Ricardo R M，Mihir Sen，Yang K.T.，et al.Effect of fin spacing on convection in a plate fin and tube heat exchanger[J].Heat Mass Transfer，2000，43：39～51[4]傅明星.双排平直翅片管换热器换热和流动性能的三维稳态模拟[J].西安交通大学学报，2008，28(3)：536～541[5]M.Abu.Madi，R.A.Johns，M.R.Heikal.Performance characteristics correlation for round tube and plate finned heat exchangers[J].International Journal of Refrigeration，1998，21(7)：507～517[6]辛荣昌，李慧珍，康海军，等.三角形波纹翅片管传热与阻力特性的实验研究[J].西安交通大学学报，1994，28(2)：77～84[7]Wang Chichuan.Heat transfer and friction characteristics of typical wavy fin-and-tube heat exchangers[J].Experimental Thermal and Fluid Science，1997，14(2)：174～186 [8]张慕瑾，史美中，杨贤骏.翅片管换热器的翅片效率与传热性能[J].东南大学学报，1994，24：44～49[9]Wang Chichuan，Chi Kuanyu，Chang Yujuei.An experimental study of heat transfer and friction characteristics of typical louver fin-and-tube heat exchangers[J].Heat and Mass Transfer，1998，41(4)：817～822[10]Wang Chichuan，Lin Yur Tsai，Lee Chi Juan.Heat and momentum transfer for compact louvered fin-and-tube heat exchangers in wet conditions[J].Heat and Mass Transfer.2000，43(15)：2681～2691[11]赵建会，李磊.非对称翅片管换热器最佳中心位置的数值分析[J].西安科技大学学报，2011，31(4)：403～407[12]金巍巍，屈治国，张超超，等.空调蒸发器用管翅式换热器开缝翅片的数值设计[J].工程热物理学报，2006，27(4)：688～690[13]Kang Hie Chan，Kim Moo Hwan.Effect of strip location on the air-side pressure drop and heat transfer in strip fin-and-tube heat exchanger[J].International Journal of Refrigeration.1999，22：302～312[14]Wang Chichuan，Lee Weisong，Sheu Wen Jenn.A comparative study of compact enhanced fin-and-tube heat exchangers[J].International Journal of Heat and Mass Transfer.2001，44(18)：3565～3573[15]王云雷，何光艳，张保生.非对称翅片管式换热器管外对流传热强化实验研究[J].热力发电，2015，44(1)：34～38[16]杨世铭，陶文铨.传热学[M].北京：高等教育出版社，2006：256～263[17]周强泰，黄素逸.锅炉与热交换器传热强化[M].北京：水利电力出版社，1991。
k-kL两方程湍流模型的改进及验证研究李广佳;李喜乐;张强;郝海兵;李典【摘要】提高湍流数值模拟的准确性,从而明确湍流模型对数值模拟结果的影响具有重要的意义,应用K.S.Abdol-Hamid给出的尺度自适应k-kL两方程模型封闭RANS方程,并修改von Karman长度尺度的限制方法,通过平板、翼型、后台阶等流动的模拟,考察k-kL模型在湍流模拟中的准确性,及其反映主要流动特征的能力和网格收敛性,并对影响流动模拟准确性的因素进行讨论.结果表明:改进长度尺度限制之后的k-kL两方程模型无论是对附着流动还是分离流动都可以给出比较准确的结果.【期刊名称】《航空工程进展》【年(卷),期】2016(007)002【总页数】7页(P209-215)【关键词】k-kL两方程湍流模型;RANS;von Karman长度尺度【作者】李广佳;李喜乐;张强;郝海兵;李典【作者单位】中国航天空气动力技术研究院第十一总体设计部,北京 100074;中国航天空气动力技术研究院第十一总体设计部,北京 100074;西北工业大学航空学院,西安 710072;中国航空计算技术研究所第七研究室,西安710068;中国航空计算技术研究所第七研究室,西安710068【正文语种】中文【中图分类】V211A.N.Kolmogorov于1942年提出的两方程湍流模型是研究所有基于统计平均的湍流模型的基础。
两方程湍流模型的概念反映了湍流研究的基本思想，即在平均流动中模拟湍流效应需要两个相互独立的湍流尺度变量，这两个湍流尺度可以通过各自的输运方程求解给出。
此外，两方程湍流模型也是其他更高阶湍流模型的基础和核心，例如雷诺应力模型、显式代数应力模型或者其他基于非线性应力-应变关系的湍流模型。
即使只采用涡粘系数作为唯一变量的一方程湍流模型(例如SA湍流模型[1])，也可以在平衡假设(Equilibrium Assumptions)的基础上，从两方程模型推导而来。
