煤粉燃烧模拟——湍流破碎模型
煤粉燃烧——湍流破碎模型（EBU）
简介
该帮助文件主要介绍煤粉燃烧模型的设置和求解，采用湍流破碎模型（EBU）。
EBU燃烧模型，也称涡团破碎模型，假设化学反应的平均速度与化学动力学无关，而只取决于低温的反应物和高温的燃烧产物之间的湍流混合作用。
主要包括：
1）煤粉燃烧模型的建立和求解
2）湍流破碎模型（EBU）的应用
3）选择合适的求解参数
4）计算结果的后处理
问题描述
3D模型的剖面图如图1所示。左侧为两个环形入口，右侧为一个圆形出口。由于模型的对称性，取系统的1/4进行建模。煤粉和携带空气（一次风）从内环进入燃烧室，二次风从外环进入燃烧室，发生燃烧反应，产物从压力出口流出。模型建立和求解
Step1：网格
1、读取mesh文件
2、检查网格：grid check
3、显示网格：display grid
a）从列表框中选取所有surfaces
b）点击display，并关闭grid display 面板
Step2：模型
1、选择k-ε湍流模型
Define models viscous
2、启动能量方程
Define models energy
3、启动物质输运方程
Define models species transport & reaction
a）选择model列表中的species transport
b）选择reaction列表中的volumetric
c）选择mixture material 列表中的coal-hv-volatiles-air
d）选择turbulence-chemistry interaction（湍流与化学反应的作用）列表中的eddy dissipation（涡流耗散）
e）点击ok，关闭species model面板
4、启动Discrete ordinates模型（DO离散坐标系）
a）从model列表中选择discrete ordinates
b）设置flow iterations per radiation iteration（流动和辐射迭代次数）为1 c）设置angular discretization （角离散化）中的Theta Divisions and Phi Divisions为4
d）设置angular discretization （角离散化）中的Theta Pixels and Phi Pixels 为3
e）点击ok，关闭radiation model
5、启动discrete phase（离散相）模型
a）M ax number of steps（最大步数）40000
b）启动specify length scale（步长），设为0.0025
c）点击ok，关闭discrete phase面板
Step3：injections（喷口）
1、v-1入口截面设9个喷口：define injections
a）点击creat，新建喷口
c）9个喷口通用性质，见表
c）点击turbulent dispersion，并启动discrete random walk model
d）设置喷口的流速和颗粒半径
e）其它参数保留默认值
f）关闭injections面板
Step4：materials （物质特性）
1、修改coal-hv-volatiles-air混合物的特性：define materials
a）从数据库中添加CO
b）点击mixture species 的edit，打开species面板，将CO添加至右侧mixture species列表中，并保证N2位于列表的最后
c）点击reaction的edit，打开reactions面板，编辑eddy-dissipation的反应式，如下：
其余参数保留默认值，关闭reactions面板
2、设置燃烧颗粒coal-hv的特性
3、设置O2、CO2、H2O、CO、N2的特性
在Cp列表中选择piecewise-polynomial，保留默认参数
4、设置coal-hv-volatiles特性
5、点击change/create按钮，关闭materials面板
Step5：操作条件
Define operating conditions
保留默认参数。
Step6：设置UDF
udf导入后用于设置后续的边界条件。
Define user defined functions interpreted
1、设置源文件的名称，C 函数（coal-ebu.c）
2、设置C预处理中CPP的命令名
迭代次数取默认值10000，除非udf函数中的局部变量超出该值造成溢出。该case中，保证迭代次数高于局部变量。
3、如果用fluent的预处理代替，则选择use contributed CPP选项；
4、点击interpret，关闭interpretd UDFs面板
如果编译过程出现错误，则调试至无错误为止。
Step7：边界条件
Define boundary condition
1、入口V-1的设置如下
2、入口V-2的设置如下：
3、出口P-1的设置如下：
4、设置壁面边界条件，温度和内部辐射系数如下：
5、设置周期性旋转；
6、关闭面板
Step8：无反应流动计算
1、关闭体反应
Define models species transport&reaction
2、关闭离散坐标辐射模型
Solve controls solution
a）从equations列表框中关闭discrete oridinates
b）点击OK，关闭面板
3、关闭与连续相的交互反应（interaction）
define models discrete phase
4、初始化计算区域
Solve initialize initialize
5、打开残差监视图
Solve monitors residual
6、迭代计算100步
Solve iterate
7、改变计算控制参数
Solve controls solution
a）压降选择PRESTO!
b）压力、动量、湍流的松弛因子分别设为0.5、0.2和0.7
c）点击OK，关闭面板
8、迭代计算≥100步。
Step9：加入反应流的计算
1、启动与连续相的交互作用（interection with continuous phase），设置
交互间隔为1步；
2、启动体反应（volumetric reactions）；
3、反应区域中补充考虑高温和生成物分子量：
Adapt region
a）在shapes列表中选择cylinder；
b）在面板中输入坐标值；
c）点击mark，关闭面板
4、在反应区域考虑如下参数：
Solve initialize patch
a）选择cylinder-r0，设置参数如下
温度=2000K
H2O质量分数=0.01
CO2质量分数=0.01
b）关闭面板
5、设置松弛因子如下：
6、迭代计算1步；
7、保存case和data（coal-ebu-react-start）；
8、设置每50步进行DPM交互计算
Define models discrete phase
9、设置discrete phase sources的松弛因子为0.1；
10、迭代计算300步。
Step10：进行收敛计算
1、改变计算控制参数
Solve controls solution
a）从equations列表框中选择discrete ordinates（离散坐标系）；
b）Density松弛因子设为0.7
2、迭代计算≥500步；
3、保存case和data（名称coal-ebu-1）；
4、设置离散化列表中动量、湍动能、湍流耗散率、hv-vol、O2、CO2、H2O、
CO和能量为二阶迎风；
5、迭代计算≥300步；
6、保存case和data（名称coal-ebu-2）
7、启动粒子辐射计算；
Define models discrete phase
8、改变燃烧颗粒的特性
Define materials
a）蒸发温度设为773K；
b）颗粒离散因子设为0.15
9、所有物质的松弛因子设为1，energy和turbulence的松弛因子分别设为
0.98和0.6。
10、迭代计算2000步；
11、保存case和data（名称coal-ebu-final）
Step11：后处理
1、检查质量平衡以判断收敛性
Report fluxes
a）从option列表中选择mass flow rate
b）从boundaries列表中选择所有区域，并点击compute按钮
该数据为净气相的质量流量，负数表明有净气相离开计算区域。
c）关闭flux reports面板
Report volume integrals
d）从report type列表中选择sum
e）从field variable列表中选择discrete phase model和DPM mass source f）从cell zones列表框中选择fluid，并点击compute按钮
这是从离散相煤粉颗粒到气相的净质量传递。
g）关闭volume integrals面板
Note：上述两项质量平衡和入口总流量相比需添加一个较小的流量损失。
2、检查净热量传递
Report fluxes
a）从options列表中选择total heat transfer rate；
b）从boundaries列表框中选择所有区域，并点击compute；
上述为净气相的热传递。
c）关闭flux reports面板
Report volume integrals
d）从report type列表中选择sum；
e）从field variable列表框中选择
LES,DNS,RANS三种模拟模型计算量比较及其原因
LES,DNS,RANS模型计算量比较 摘要：湍流流动是一种非常复杂的流动，数值模拟是研究湍流的主要手段，现有的湍流数值模拟的方法有三种：直接数值模拟（Direct Numerical Simulation: DNS），Reynolds平均方法（Reynolds Average Navier-Stokes: RANS）和大涡模拟(Large Eddy Simulation: LES)。直接数值模拟目前只限于较小Re数的湍流，其结果可以用来探索湍流的一些基本物理机理。RANS方程通过对Navier-Stokes方程进行系综平均得到描述湍流平均量的方程；LES方法通过对Navier-Stokes方程进行低通滤波得到描述湍流大尺度运动的方程，RANS和LES方法的计算量远小于DNS，目前的计算能力均可实现。 关键词：湍流；直接数值模拟；大涡模拟；雷诺平均模型 1 引言 湍流是空间上不规则和时间上无秩序的一种非线性的流体运动，这种运动表现出非常复杂的流动状态，是流体力学中有名的难题，其 性。传统计算复杂性主要表现在湍流流动的随机性、有旋性、统计[]1 流体力学中描述湍流的基础是Navier-Stokes（N-S）方程，根据N-S 方程中对湍流处理尺度的不同，湍流数值模拟方法主要分为三种：直接数值模拟（DNS）、雷诺平均方法（RANS）和大涡模拟（LES）。直接数值模拟可以获得湍流场的精确信息，是研究湍流机理的有效手段，但现有的计算资源往往难以满足对高雷诺数流动模拟的需要，从而限制了它的应用范围。雷诺平均方法可以计算高雷诺数的复杂流动，但给出的是平均运动结果，不能反映流场紊动的细节信息。大涡模拟基于湍动能传输机制，直接计算大尺度涡的运动，小尺度涡运动对大尺度涡的影响则通过建立模型体现出来，既可以得到较雷诺平均方法更多的诸如大尺度涡结构和性质等的动态信息，又比直接数值模拟节省计算量，从而得到了越来越广泛的发展和应用。
煤粉燃烧模拟——湍流破碎模型.
煤粉燃烧——湍流破碎模型（EBU） 简介 该帮助文件主要介绍煤粉燃烧模型的设置和求解，采用湍流破碎模型（EBU）。 EBU燃烧模型，也称涡团破碎模型，假设化学反应的平均速度与化学动力学无关，而只取决于低温的反应物和高温的燃烧产物之间的湍流混合作用。 主要包括： 1）煤粉燃烧模型的建立和求解 2）湍流破碎模型（EBU）的应用 3）选择合适的求解参数 4）计算结果的后处理 问题描述 3D模型的剖面图如图1所示。左侧为两个环形入口，右侧为一个圆形出口。由于模型的对称性，取系统的1/4进行建模。煤粉和携带空气（一次风）从内环进入燃烧室，二次风从外环进入燃烧室，发生燃烧反应，产物从压力出口流出。模型建立和求解 Step1：网格 1、读取mesh文件 2、检查网格：grid check 3、显示网格：display grid a）从列表框中选取所有surfaces b）点击display，并关闭grid display 面板 Step2：模型 1、选择k-ε湍流模型 Define models viscous 2、启动能量方程 Define models energy 3、启动物质输运方程 Define models species transport & reaction
a）选择model列表中的species transport b）选择reaction列表中的volumetric c）选择mixture material 列表中的coal-hv-volatiles-air d）选择turbulence-chemistry interaction（湍流与化学反应的作用）列表中的eddy dissipation（涡流耗散） e）点击ok，关闭species model面板 4、启动Discrete ordinates模型（DO离散坐标系） a）从model列表中选择discrete ordinates b）设置flow iterations per radiation iteration（流动和辐射迭代次数）为1 c）设置angular discretization （角离散化）中的Theta Divisions and Phi Divisions为4 d）设置angular discretization （角离散化）中的Theta Pixels and Phi Pixels 为3 e）点击ok，关闭radiation model 5、启动discrete phase（离散相）模型 a）M ax number of steps（最大步数）40000 b）启动specify length scale（步长），设为0.0025 c）点击ok，关闭discrete phase面板 Step3：injections（喷口） 1、v-1入口截面设9个喷口：define injections a）点击creat，新建喷口 c）9个喷口通用性质，见表 c）点击turbulent dispersion，并启动discrete random walk model
湍流的数值模拟方法进展
3 大涡模拟（LES ） 湍流大涡数值模拟（LES ）是有别于直接数值模拟和雷诺平均模式的一种数值模拟手段。利用次网格尺度模型模拟小尺度湍流运动对大尺度湍流运动的影响即直接数值模拟大尺度湍流运动， 将N-S 方程在一个小空间域内进行平均（或称之为滤波），以使从流场中去掉小尺度涡，导出大涡所满足的方程。 3.1 基本思想 很多尺度不同的旋涡一起组成了湍流运动平均流动主要取决于大漩涡的流动，大尺度运动则受到小旋涡的影响。流动中的大涡实现了动量、能量质量、热量的交换，耗散主要是由于小涡作用的。大旋涡中受到流场形状、阻碍物的影响，，使大漩涡的各向异性更加明显。然而小漩涡之间各项同性，相互没有太大的区别，所以建立统一的模型比较容易一些。综上所述，大涡模拟将湍流瞬时运动量通过滤波将运动分成小尺度和大尺度。大尺度的运动受到小尺度的运动的影响可以通过应力项（类似于雷诺应力项）来表示，即为亚格子雷诺应力，以建立这种模型的方法来模拟。而大尺度则是求解运动微分方程而计算出来的，也就是说大涡模拟，要先过滤掉小尺度的脉动，然后再推出小尺度的运动封闭方程以及大尺度的运动控制方程。 3.2 滤波函数 正如上面提到，大涡模拟要先将流动变量分解成小尺度量和大尺度量，我们把这个作用叫做滤波。滤波运算就是在一区域内按照一定的条件对函数进行加权平均，作用是将高波数滤掉，使低波数保留，滤波函数的特征尺度决定了截断波数的最大波长，下面三种滤波函数是最为常用的主要有以下三种：盒式、富氏截断以及高斯滤波函数。 不可压常粘性系数的湍流运动控制方程为N-S 方程: j ij i j j i i x S x P x u u t u ???+??-=??+??)2(1γρ 式中：S 拉伸率张量，表达式为：2/)//(i j j i ij x u x u S ??+??=；γ分子粘性系数；ρ流体密度。设将变量i u 分解为方程(11)中i u 和次网格变量(模化变量)'i u ，
湍流大涡数值模拟进展
第22卷第2期空气动力学学报Vol.22,No.2 2004年06月ACTA AERODYNAMICA SINICA Jun.,2004 文章编号:0258-1825(2004)02-0121-09 湍流大涡数值模拟进展 崔桂香,许春晓,张兆顺 (清华大学工程力学系,北京100084) 摘要:本文简要陈述湍流大涡数值模拟的原理、优点,着重讨论湍流大涡数值模拟方法的关键问题及其可能解决的途径,包括脉动的过滤、亚格子模型、近壁模型和标量湍流的大涡数值模拟中的特殊问题。文章强调大涡数值模拟中亚格子应力的本质是可解尺度湍流和不可解尺度湍流动量间的输运,并以作者最近提出的新型亚格子模型说明发展亚格子模型的正确途径。文章最后提出湍流大涡数值模拟近期需要迫切解决的问题和其他具有挑战性的方向。 关键词:湍流;大涡数值模拟;亚格子模型;近壁模型;标量湍流 中图分类号:V211.3文献标识码:A * 0引言 复杂流动的准确数值预测是当前航空、航天器研究和设计中迫切需要解决的空气动力学前沿问题之一。随着计算空气动力学方法的不断完善,计算机品质的不断提高,湍流的数值模拟方法成为提高数值预测航天器空气动力特性的瓶颈。 目前,数值预测湍流的方法有:直接数值模拟(DNS),大涡数值模拟(LE S)和雷诺平均模拟(RANS)。 直接数值模拟(DNS)是精确数值模拟湍流的方法,它的主要困难在于湍流是一种不规则多尺度运动,无论在空间上或者时间上湍流都有十分宽广谱。准确数值模拟湍流既要精确计算大尺度流动;又要足够准确地计算小尺度运动。在最简单的各向同性湍流中湍流的空间尺度有以下估计:L ma x/l mi n~Re3/4K,同样最大和最小时间尺度之比T max/t min~Re3/4K,它们都和流动的泰勒雷诺数Re K有关。按照上述估计,空间网格数至少应有:N=N x@N y@N z~Re9/4K,运算量超过Re3K,航空航天器复杂绕流计算的网格数和运算时间远远超过上述估计。因此,目前不具备直接数值模拟复杂工程湍流需要的计算机,湍流直接数值模拟只能作为低雷诺数简单湍流的研究工具。 工程中常用的复杂湍流数值模拟方法是求解雷诺平均的控制方程,这种方法只计算大尺度平均流动,而所有湍流脉动对平均流动的作用,即雷诺应力,用模型假设封闭。由于雷诺应力主要由大尺度脉动贡献,而大尺度脉动和流动的几何特性密切相关,因此雷诺平均模式不是普适的,而是和流动有关,就是说,不存在对一切流动都适用的统一模式;对于不同类型的流动,模式的形式或系数需要修正,而这种修正常常带有经验性。所以,雷诺平均模式不是理想的封闭方法。 湍流大涡数值模拟是有别于直接数值模拟和雷诺平均模式的一种数值预测湍流的方法。这种方法是基于对各种尺度湍流脉动在输运和耗散中作用的认识:大尺度湍流脉动具有主要的能量和动量并支配湍流脉动的动量和能量输运;而湍动能的耗散主要发生在小尺度脉动中[1];根据这一认识产生了湍流大涡数值模拟。它的具体实施方法如下:首先,用滤波方法将小尺度脉动从湍流脉动中去掉,假设空间任意一点的滤波函数为G(x-x0),最简单的滤波器是盒式滤波: G(G)=1,|G i|[$/2, G(G)=0,|G i|>$/2(1)利用滤波器对湍流速度场过滤,过滤后的速度脉动中不存在过滤尺度$以下的脉动成分,称为可解湍流: u i(x,t)= 1 $3 m D u(y,t)G(x-y)d y(2) *收稿日期:2003-03-26;修订日期:2003-06-02. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(批准号:10272065,10232020). 作者简介:崔桂香(1950-),女,清华大学工程力学系教授,从事湍流大涡数值模拟和标量湍流的研究.
湍流模型
我们知道，描述流体运动（层流）的流体力学基本方程组是封闭的，而描述湍流运动的方程组由于采用了某种平均（时间平均或网格平均等）而不封闭，须对方程组中出现的新未知量采用模型而使其封闭，这就是CF D中的湍流模型。湍流模型的主要作用是将新未知量和平均速度梯度联系起来。目前，工程应用中湍流的数值模拟主要分三大类：直接数值模拟（D NS）；基于雷诺平均N-S方程组（RANS）的模型和大涡模拟（LES）。DNS是直接数值求解N-S方程组，不需要任何湍流模型，是目前最精确的方法。其优点在于可以得出流场内任何物理量（如速度和压力）的时间和空间演变过程，旋涡的运动学和动力学问题等。由于直接求解N-S方程，其应用也受到诸多方面的限制。第一：计算域形状比较简单，边界条件比较单一；第二：计算量大。影响计算量的因素有三个：网格数量、流场的时间积分长度（与计算时间长度有关）和最小旋涡的时间积分长度（与时间步长有关），其中网格数量是重要因素。为了得到湍流问题足够精确的解，要求能够数值求解所有旋涡的运动，因此要求网格的尺度和最小旋涡的尺度相当，即使采用子域技术，其网格规模也是巨大的。为了求解各个尺度旋涡的运动，要求每个方向上网格节点的数量与Re3/4成比例，考虑一个三维问题，网格节点的数量与Re9/4成比例。目前，DNS能够求解Re(104)的范围。 基于RANS的湍流模型采用雷诺平均的概念，将物理量区分为平均量和脉动量，将脉动量对平均量的影响用模型表示出来。目前，基于RANS方程已经发展了许多模型，几乎能对所有雷诺数范围的工程问题求解，并得出一些有用的结果。其缺点在于：第一：不同的模型解决不同类型的问题，
湍流燃烧模型-PDF
PDF 模型 概率密度函数PDF方法以随机的观点来对待湍流问题，对解决湍流化学反应流的问题具有很强的优势。在湍流燃烧中存在一些非输运量( 如反应速率, 密度, 温度及气相体积分数等) 的湍流封闭问题。尽管这些量没有输运方程, 但它们常常是输运变量的已知函数。平均或者过滤高度非线性的化学反应源项会引起方程的封闭问题。因此，用PDF的方法来解决这些非输运量的湍流封闭问题显然是一个既简单又直接的途径。 PDF方法是一种较为流行的湍流燃烧模型，能够较为精确的模拟任何详细的化学动力学过程, 适用于预混、非预混和部分预混的任何燃烧问题。目前, 确定输运变量脉动概率密度函数的方法有输运方程和简化假定两种, 分别称之为输运方程的PDF和简化的PDF。前者建立输运变量脉动的概率密度输运方程，通过求解该方程来获得输运变量脉动的概率分布。后者假定输运变量脉动的概率密度函数的具体形式, 通过确定其中的一些待定参数来获得输运变量脉动的概率分布。湍流燃烧中, 后者应用最为普遍和广泛。在简化的PDF 中, 输运变量脉动的概率密度函数常常采用双 D 分布、截尾高斯分布和B 函数分布等形式。 PDF在理论上可以精确考虑任意详细的化学反应机理，但是其具体求解时需借助其它的模型和算法，而且计算量相对较大。PDF的方程是由N-S方程推导而来，其中的化学反应源项是封闭的，但压力脉动梯度项以及分子粘性和分子扩散引起的PDF的分子输运项是不封闭的，需要引入模型加以封闭。例如，在速度- 标量-湍流频率PDF中，必须采用小尺度混合模型、随机速度模型和湍流频率模型加以封闭。 模化后的输运方程难以用有限容积、有限差分和有限元等方法来求解，比较可行的一种方法是蒙特卡洛(MonteCarlo)方法,在该方法中输运方程被转化为拉格朗日(Lagrangian)方程,流体由大量遵循Lagrang ian方程的随机粒子的系统来描述, 最后对粒子作统计平均得到流场物理量和各阶统计矩。另有与有限容积法相结合的蒙特卡洛法。 PDF 模型的发展 1969年Lungdren首先推导、计算了速度的联合PDF运输方程，避免了对梯度扩散模型进行模拟，对很简单的流动过程得到了简析解[1]。
化工装置中两相流模型的建立
化工装置中的两相流模型的建立 摘要：通过文献调研，本文重点分析了大涡模型在离心泵两相流中的应用。较为详细的概述了模型的建立以及边界条件的确定和求解方法。 关键词：文献调研、大涡模型、边界条件 前言 两相流动是流体力学中一门重要的分支学科，它在很多现代工程技术甚至医学中得到广泛的应用。可以认为，绝大多数的流动都是多相流动，纯粹的单相流动只是个别情况。降雾，下雨、下冰雹、云层流动、流沙、尘暴等是自然界中两相流动的一些例子。各种发动机和窖炉中的喷雾燃烧、核反应堆的冷却、宇航飞行器的两相绕流、含铝推进剂固体火箭发动机中的燃气流动、石油和天然气的开采和输运、热力设备与制冷系统的工作过程、化学工艺中的流态化、吸收、蒸发、凝结和化学反应过程、采矿和冶金过程中的旋流分离和输运、气力和液力输送、煤的气化和液化、煤粉和煤浆燃烧、空气和水的污染、环保、粉尘爆炸、血液的循环与凝固、水利工程中的泥沙运动和高速渗气流等工程实际问题无不与两相流动有关。离心泵是化工生产中最常见的装置之一，泵内流体的运动以及流体对泵的的磨蚀尤为突出，而两相流动的研究就是为设计泵以及如何防止这些机械磨蚀产生的基础和关键性的内容。近几年，两相流动己发展到与可压缩流体力学及边界层理论有同等重要的地位。因此固液两相流动及多相流动的研究不仅对流体力学的发展，而且对解决工程中的实际问题具有重大的理论价值和实际意义。 下面就离心泵叶轮内高浓度液-固两相湍流的大涡模拟为例阐述化工装置中两相流数学模型的建立、边界条件的确定以及求解方法的选择。 湍流大涡数值模拟（LES）是有别于直接数值模拟和雷诺平均模拟的一种数值模拟手段。利用次网格尺度模型模拟小尺度湍流运动对大尺度湍流运动的影响即直接数值模拟大尺度湍流运动，将N-S方程在一个小空间域内进行平均（或称之为滤波），以使从流场中去掉小尺度涡，导出大涡所满足的方程。 1 大涡模拟 1.1 大涡模拟的基本思想 湍流运动是由许多尺度不同的旋涡组成的。那些大旋涡对于平均流动有比较明显的影响，而那些小旋涡通过非线性作用对大尺度运动产生影响。大量的质量、热量、动量、能量交换是通过大涡实现的，而小涡的作用表现为耗散。流场的形状，阻碍物的存在，对大旋涡有比较大的影响，使它具有更明显的各向异性。小旋涡则不然，它们有更多的共性，更接近各向同性，因而较易于建立有普遍意义的模型。基于上述物理基础，LES把包括脉动运动在内的湍流瞬时运动量通过滤
湍流的数值模拟综述
湍流的数值模拟 一、引语 流体的流动形态分为湍流与层流。而层流是流体的最简单的一种流动状态。流体在管内流动时，其质点沿着与管轴平行的方向作平滑直线运动。此种流动称为层流或滞流，亦有称为直线流动的。流体的流速在管中心处最大，其近壁处最小。管内流体的平均流速与最大流速之比等于0.5，根据雷诺实验，当雷诺准数引Re<2320时，流体的流动状态为层流。当雷诺数Re>2320时，流体流动状态开始向湍流态转变，湍流是一种很复杂的流动状态，是流体力学中公认的难题。 自从19世纪末O.Reynolds提出湍流的统计理论以来，已经有一个多世纪了，经过几代科学家的努力，湍流研究取得很大进展，但是仍然不能满足工程应用的需要，以至于经常有悲观的论调侵袭湍流研究。为什么湍流问题没有圆满地解决会受到如此关注呢?因为湍流是自然界和工程中十分普遍的流动现豫，对于湍流问题的正确认识和模化直接影响到对自然环境的预测和工程的质量。例如，当前影响航天器气动力和气动热预测准确度的主要障碍是缺乏可靠的湍流模型。和其他一些自然科学的准题不同，解决湍流问题具有迫切性。 湍流运动的最主要特征是不规则性，这是大家公认的。对于湍流不规则性的深入认识，是一百多年来湍流研究的上要成就之一。早期的科学家认为，像分子运动一样，湍流是完全不规则运动。类似于分子运动产生黏性，湍流的耗散可以用涡黏系数来表述。20世纪初，一些杰出的流体力学家，相继对涡黏系数提出各种流体力学的模型，如Taylor(1921年)的涡模型，Praudtl(1925年)的混合长模型和von Karman(1930年)相似模型等。当科学家用流体力学观念(不是分子观念)来建立湍流耗散的涡黏模型时，就开始考虑连续介质不规则运动的特点，其中有别于气体分子不规则运动的最主要特点是运动的多尺度性。第一个提出流体湍流运动中多尺度输运特性的科学家mchardson(1922年)曾描述湍动能的多尺度传输过程如下：“大涡包含小涡，并喂予速度；小涡包含更小的涡，如此继续直到黏性耗散”。多尺度的思想导致产生描述多尺度的谱概念和谱分析方法，并最终产生了Kolmogorov(1941年)的局部各向同性的通用谱(即5/3谱)。 湍流不仅是多尺度的而且是有结构的运动。20世纪中叶，大量的湍流实验(包括测量和显示)发现多尺度的湍流运动存在某种特殊的运动状态。Townsend(1951年)，Corrsin(1955年)和Lumley(1965年)等从脉动序列的间歇性和空间相关相继推测湍流结构的可能形态。理论上也提出过各种湍涡的模型：球涡模型，柱涡模型等。早期的湍流结构主要是从运动学上考虑，把旋涡结构作为湍流统计的样本。我国的周培源教授是近代湍流模式的奠基人之一，他首先提出先解方程后平均的统计方法，就是说湍涡必须满足Navier—Stokes方程(Chou and Chou，1995年)。 真实的、可以观察到的湍流结构通过流动显示，以及稍后湍流直接数值模拟所证实。典型的例子是混合层的Brown—Roshko涡(1976年)，图1明显地展示了混合层中存在规则的大涡和分布在大涡周围的细小湍涡。在边界层、槽道和圆管湍流中也存在各式各样的大涡结构。例如，用激光诱导荧光的显示方法，我们可以在圆管湍流中观察到周向（图2a）和流向大涡（图2b）。值得提出的是，不仅在剪切湍流中有大涡结构，简单的均匀各向同性湍流中也存在涡结构。图3展示的是各向同性湍流的直接数值模拟中强涡量等值面，它们是管状结构。仔细分析还可以确定管状涡的平均长度约等于各向同性湍流的积分尺度，它们的平均直径约等于湍流TayLor微尺度，更进一步分析可以算出管状涡内部的平均速度
fluent湍流模型
第十章湍流模型 本章主要介绍Fluent所使用的各种湍流模型及使用方法。 各小节的具体内容是： 10．1 简介 10．2 选择湍流模型 10．3 Spalart-Allmaras 模型 10．4 标准、RNG和k-e相关模型 10．5 标准和SST k-ω模型 10．6 雷诺兹压力模型 10．7 大型艾迪仿真模型 10．8 边界层湍流的近壁处理 10．9 湍流仿真模型的网格划分 10．10 湍流模型的问题提出 10．11 湍流模型问题的解决方法 10．12 湍流模型的后处理 10．1 简介 湍流出现在速度变动的地方。这种波动使得流体介质之间相互交换动量、能量和浓度变化，而且引起了数量的波动。由于这种波动是小尺度且是高频率的，所以在实际工程计算中直接模拟的话对计算机的要求会很高。实际上瞬时控制方程可能在时间上、空间上是均匀的，或者可以人为的改变尺度，这样修改后的方程耗费较少的计算机。但是，修改后的方程可能包含有我们所不知的变量，湍流模型需要用已知变量来确定这些变量。 FLUENT 提供了以下湍流模型： ·Spalart-Allmaras 模型 ·k-e 模型 －标准k-e 模型 －Renormalization-group (RNG) k-e模型 －带旋流修正k-e模型 ·k-ω模型 －标准k-ω模型 －压力修正k-ω模型 －雷诺兹压力模型 －大漩涡模拟模型 10．2 选择一个湍流模型 不幸的是没有一个湍流模型对于所有的问题是通用的。选择模型时主要依靠以下几点：流体是否可压、建立特殊的可行的问题、精度的要求、计算机的能力、时间的限制。为了选择最好的模型，你需要了解不同条件的适用范围和限制 这一章的目的是给出在FLUENT中湍流模型的总的情况。我们将讨论单个模型对cpu 和内存的要求。同时陈述一下一种模型对那些特定问题最适用，给出一般的指导方针以便对于你需要的给出湍流模型。 10．2．1 雷诺平均逼近vs LES 在复杂形体的高雷诺数湍流中要求得精确的N-S方程的有关时间的解在近期内不太可能实现。两种可选择的方法用于把N-S方程不直接用于小尺度的模拟：雷诺平均和过滤。
湍流模型发展综述
湍流模型发展综述 摘要：在概述了湍流问题的基础上，本文简要介绍了湍流的四种模型，对湍流模型在不同情况下的模拟能力进行了对比，最后简述了湍流模型的发展方向。 关键词：湍流模型；Navier-Stokes方程组；J-K模型 Abstract：On the basis of introducing the problems of turbulence, this paper briefly analyzed four kinds of turbulence models and compared their ability of simulation in different situations. At last, the paper expounded the development direction of the turbulence model. Key words：Turbulence model; Navier-Stokes equations; J-K model 一、引言 湍流又称紊流,是自然界中常见的一种很不规则的流动现象。当粘性阻尼无法消除惯性的影响时,自然界中的绝大部分流动都是湍流。 湍流运动的实验研究表明，虽然湍流结构十分复杂，但它仍然遵循连续介质的一般动力学规律，湍流流动的各物理量的瞬时值也应该服从一般的N-S方程。对粘性流体服从的N-S方程进行时均化，就可以得到雷诺平均方程。与定常的N-S方程相比，不同之处是在该式右边多了九项与脉动量有关的项，这脉动量的乘积的平均值与密度的乘积是湍流流动中的一种应力，称为湍流应力或雷诺应力。其中，法向雷诺应力和切向雷诺应力各有三个。 湍流问题就是在给定的边界条件下解雷诺方程。由于雷诺平均方程中未知数个数远多于方程个数而出现了方程不封闭的问题，这就需要依据各种半经验理论提出相应的补充方程式，即各种湍流模型。一般按照所用湍流量偏微分方程的物理含义或者数量进行区分，分别称为梅罗尔—赫林方法和雷诺方法。而后者又将湍流模型分成四类。（1）零方程模型；（2）一方程模型；（3）二方程模型；（4）应力方程模型。下面就对这些模型进行简单的描述。 二、湍流模型简介 1、零方程模型 最初的湍流模型只考虑了一阶湍流计算统计量的动力学微分方程，即平均方程，没有引进高阶统计量的微分方程，因而称之为一阶封闭模式或零方程模型。零方程模型又称为代数模型，代数模型又可以分成以下几种模型：（1）Cebeci —Smith 模型，（2）Baldwin—Lomax 模型，（3）Johnson—King 模型。 其中，B-L与C-S模型的不同之处在于外层湍流粘性系数取法不同。后者适用于湍流边界层，而前者则可用于 N-S方程的计算。此两模型已在工程计算中
湍流燃烧数值模拟研究
湍流燃烧及其数值模拟研究 1. 湍流燃烧 1.1 湍流燃烧基本概念 当流动雷诺数数较小时，由于流体粘性的作用，流体呈层流流态。当流动的特征雷诺数超过相应的临界值，流动从层流转捩到湍流。湍流燃烧是指湍流流动 中可燃气的燃烧，在能源、动力、航空和航天等工程领域,经常遇到的实际燃烧过程几乎全部都是湍流燃烧过程。湍流燃烧实质是湍流，化学反应和传热传质等过程相耦合的结果。湍流对燃烧的影响与湍流强度和湍流涡旋尺度有关。小尺度湍流通过湍流扩散使火焰区内的输运效应增加，从而使化学反应速率增加。但气流脉动不会火焰面产生皱褶，只能把火焰变成波纹状。大尺度湍流对火焰内部结构没有影响，但使火焰阵面出现皱褶，增加其燃烧面积，造成火焰表现传播速度增加。当湍流强度及湍流尺度均较大时，火焰前沿不再连续而分裂成四分五裂。 燃烧对湍流的影响主要表现在燃烧释放的热流流团膨胀，影响气体的密度和运动速度，从而影响当地的涡旋，湍流强度和湍流结构。 1.2 湍流燃烧分类湍流燃烧按其燃料和氧化剂的初始混合状态可以分类为：湍流非预混燃烧、预混燃烧和部分预混燃烧。在湍流非预混燃烧燃料和氧化剂事先是分离的，燃料和氧化剂一边混合一边燃烧，燃烧速率主要受湍流混合过程控制，而在湍流预混燃烧中，燃料和氧化剂在进入核心燃烧区以前已经充分混合，化学反应的速率由火焰前缘从炽热的燃烧区向冷态无反应区的传播所控制。上面两种燃烧方式是湍流燃烧的两个极限情形，很多情况下两种燃烧模式是并存的，称为部分预混燃烧。部分预混燃烧可出现在下列情形中叫：(1) 在一个完全以非预混燃烧为配置的燃烧装置发牛了局部熄火；(2) 当预混火焰前缘穿过非均匀的混气时；(3) 射流非预混火焰发生抬举，其根部是一。个典型的部分预混火焰。这三种部分预混燃烧情形涉及了经常受到关注的燃烧研究话题如局部熄火、火焰稳定等，它们对研究湍流燃烧过程的机理有很大意义。 在湍流燃烧中,湍流流动过程和化学反应过程有强烈的相互关联和相互影响. 湍流通过强化混合而影响着时平均化学反应速率,同时化学反应放热过程又影响着湍流,如何定量地来描述和确定这种相互作用是湍流燃烧研究的一个重要内容. 湍流是非常复杂的，它包括湍流问题，湍流与燃烧的相互作用，流动参数与
四种湍流模型介绍
由于航发燃烧室中的流动特性极其复杂，要想提高数值计算的预测能力,必须要慎重选择湍流模型。用四种不同的湍流模型对带双径向旋流杯的下游流场进行数值模拟,将计算结果与实验结果作对比，比较各湍流模型的原理和物理基础，优劣，并分析流场速度分布和回流区特性。 涉及的湍流模型： 标准k-ε湍流模型（SＫE) １标准k-ε湍流模型有较高的稳定性,经济性和计算精度，应用广泛,适合高雷诺数湍流，但不适合旋流等各向异性较强的流动。 2简单的湍流模型是两个方程的模型，需要解两个变量，即速度和长度。在fｌｕｅｎt中，标准 k-ε湍流模型自从被Lauｎdeｒand Spalｄing 提出之后，就变成流场计算中的主要工具。其在工业上被普遍应用,其计算收敛性和准确性都非常符合工程计算的要求。 3但其也有某些限制,如ε方程包含不能在壁面计算的项，因此必须使用壁面函数。另外，其预测强分离流,包含大曲率的流动和强压力梯度流动的结果较弱。 它是个半经验的公式,是从实验现象中总结出来的。 动能输运方程是通过精确的方程推导得到,耗散率方程是通过物理推理，数学上模拟相似原型方程得到的。 应用范围：该模型假设流动为完全湍流，分子粘性的影响可以忽略,此标准κ－ε模型只适合完全湍流的流动过程模拟。 可实现的ｋ-ε模型是才出现的,比起标准k-ε模型来有两个主要的不同点：·可实现的k－ε模型为湍流粘性增加了一个公式。 ·为耗散率增加了新的传输方程,这个方程来源于一个为层流速度波动而作的精确方程。 术语“rｅalizablｅ”,意味着模型要确保在雷诺压力中要有数学约束，湍流的连续性。 应用范围： 可实现的k-ε模型直接的好处是对于平板和圆柱射流的发散比率的更精确的预测。而且它对于旋转流动、强逆压梯度的边界层流动、流动分离和二次流有很好的表现。 可实现的k－ε模型和RＮG k－ε模型都显现出比标准k－ε模型在强流线弯曲、漩涡和旋转有更好的表现。由于带旋流修正的k-ε模型是新出现的模型，所以还没有确凿的证据表明它比ＲＮＧｋ－ε模型有更好的表现。但是最初的研究表明可实现的k-ε模型在所有k-ε模型中流动分离和复杂二次流有很好的作用。 该模型适合的流动类型比较广泛,包括有旋均匀剪切流,自由流(射流和混合层）,腔道流动和边界层流动。对以上流动过程模拟结果都比标准k-ε模型的结果好，特别是可再现k－ε模型对圆口射流和平板射流模拟中,能给出较好的射流扩张。
fluent中燃烧模型分类
FLUENT燃烧模型 化学反应 模拟方法 方法描述计算反应的选择 有限速率模型需要求解组分质量分数的 输运方程，化学反应机理 由用户自己定义。反应速 率在组分输运方程中作为 源项，并由阿累尼乌斯公 式计算。应用范围最广泛。 应用：模拟化学组分混合、 输运和反应的问题；壁面 或粒子表面反应问题 层流有限 速率模型 使用Arrhenius公式计算化学源项，忽略湍流脉动的影响。对于化学动力学控制的燃烧（如层流燃 烧），或化学反应相对缓慢的湍流燃烧是准确的。但对一般湍流火焰中Arrhenius化学动力学的高度 非线性一般不精确；对于化学反应相对缓慢、湍流脉动较小的燃烧（如超音速火焰）可能可以接受。 漩涡破碎模型 Eddy Dissipation 大部分燃料快速燃烧，整体反应速率由湍流混合控制。复杂且常是未知的化学反应动力学速率可以 完全的被忽略掉。化学反应速率由大尺度涡混合时间尺度k/ε控制。只要k/ε（湍流）出现，燃烧 即可进行，不需要点火源来启动燃烧。（缺点：未能考虑分子输运和化学动力学因素的影响） 适用条件：高雷诺数湍流预混燃烧过程。 EBU-Arrehenius 模型 EDC模型 假定化学反应都发生在小涡中（精细涡），反应时间由小涡生存时间和化学反应本身需要的时间共 同控制。EDC模型能够在湍流反应中考虑详细的化学反应机理。但是他们的数值积分计算开销很大。 使用条件：只有在快速化学反应假定无效的情况下才能使用这一模型（如快速熄灭火焰中缓慢的 CO烧尽、选择性非催化还原中的NO转化问题）。 非预混燃烧模型不求解每个组分的质量分数输运方程，求解混合分数输运方程和一个或两个守恒标量的方程，然后从预测的混合分数公布推导出每一个组分的浓度。通过概率密度函数或PDF来考虑湍流的影响。 应用：主要用于模拟湍流扩散火焰的反应系统。这个系统要求接近化学平衡，氧化物和燃料以两个或者三个进口进入计算域。 预混燃烧模型主要用于单一、完全预先混合好的燃烧系统。反应物和燃烧产物被火焰前沿分开。求解出反应发展变量来预测前沿的位置。湍流的影响通过湍流火焰速度计算。 部分预混燃烧模型描述非预混燃烧完全预混燃烧相结合的系统。结合混合分数方程和反应物发展变量来分别确定组分浓度和火焰前沿位置。适用于计算域内具有变化等值比率的预混火焰情况。通过求解混合分数方程和反应过程参数来确定火焰峰面的位置。 PDF输运方程模型结合CHEMKIN可以考虑详细的化学反应机理，高度的非线性化学反应项是精确模拟，无须封闭模型，可以合理的模拟湍流和详细化学反应动力学之间的相互作用，是模拟湍流燃烧的精确模拟方法。但计算量特别大。 优点：可以计算中间组分；考虑分裂影响；考虑湍流-化学反应之间的作用；无需求解组分输运方程 缺点：系统须满足（靠近）局部平衡；不能用于可压缩或非湍流流动；不能用于预混燃烧。
流体力学的研究进展
流体力学的研究进展 环境工程01班张东元 20106370 摘要： 利用流体力学研究解决不同方面和不同角度的问题，主要是构建数学模型，利用数学模型预测的结果进行分析研究实际情况，从而解决实际问题。 关键词：流体、数学模型、数值模拟、预测 简介： 流体力学是力学的一个分支，它研究流体静止和运动的力学规律，及其在工程技术中的应用。流体力学的研究进展，就是其相关方面的研究的前沿动态。 正文： 流体力学中研究得最多的流体是水和空气。它的主要基础是牛顿运动定律和质量守恒定律，常常还要用到热力学知识，有时还用到宏观电动力学的基本定律、本构方程和物理学、化学的基础知识。 目前来说，流体力学在供热通风和燃气工程中应用的非常广泛。热的供应，空气的调节，燃气的输配，排毒排湿，除尘降温等等，都是一流体作为工作介质，通过流体的各种物理作用，对流体的流动有效地加以组织来实现的。除了上述的两个方面，在地质考察，环境监测，气象观测及海洋评估等多个领域中流体力学都有或多或少的涉猎。下面本文就针对其中几个方面来做个概述。
在环境流体力学方面而言，其本身建立之初，主要是为了研究污染问题，所涉及的尺度小、范围窄，不能在宏观上、整体上把握环境要素的变化规律。近年来，随着流体力学的发展与突破，环境流体力学逐渐趋向于研究多尺度、多科学的综合问题。 在河流水体方面，主要研究水利学中的环境问题，比如像05年的松花江苯类物质污染事件，其中的污染主体是100吨左右的苯类污染物，而根据流体力学的知识，黑龙江省水文局的工程师判断出了污染水团留出哈尔滨市区范围及中国范围的时间，并以此为后续处理工作的计划做了时间上的预算。这里面就涉及了一个叫水质数学模型的概念，是水体中污染物随时间和空间迁移转化规律的描述，表示一个定量关系。从文献中可知，GIS（地理信息系统）对构造这一模型起了十分重要的作用，这也是流体力学中科技的运用。 在大气环境中，流体力学一般研究居住环境的空气质量问题。随着计算机资源的迅速改善，用现代计算流体力学方法数值模拟大气环境效果显著。对于不同的尺度范围，研究对象的物理条件不同，数值模拟方法也随之不同。在城市尺度和居民小区尺度大气环境中，采用大涡数值模拟方法等方法。数值计算的边界条件是实现数值预测城市大气环境的关键，其中包括高空边界条件、计算域侧面的边界条件和下垫面边界条件。在预测中，选择合理的模型就能获得较为接近真实值的预测结果。这种数值模拟能得到所测地的风速风向、颗粒物大小及污染物浓度等方面的预测值，而不需要实地地观测考察，只需要单纯的模拟计算就行了。这样一来，不仅仅是单纯的居住环境的大气研
湍流模型介绍
湍流模型介绍 因为湍流现象是高度复杂的，所以至今还没有一种方法能够全面、准确地对所有流动问题中的湍流现象进行模拟。在涉及湍流的计算中，都要对湍流模型的模拟能力以及计算所需系统资源进行综合考虑后，再选择合适的湍流模型进行模拟。FLUENT 中采用的湍流模拟方法 包括Spalart-Allmaras模型、standard（标准）k ?ε模型、RNG（重整化群）k ?ε模型、Realizable（现实）k ?ε模型、v2 ?f 模型、RSM（Reynolds Stress Model，雷诺应力模型）模型和LES（Large Eddy Simulation，大涡模拟）方法。 7.2.1 雷诺平均与大涡模拟的对比 因为直接求解NS 方程非常困难，所以通常用两种办法对湍流进行模拟，即对NS 方程进行雷诺平均和滤波处理。这两种方法都会增加新的未知量，因此需要相应增加控制方程的数量，以便保证未知数的数量与方程数量相同，达到封闭方程组的目的。雷诺平均NS 方程是流场平均变量的控制方程，其相关的模拟理论被称为湍流模式理论。湍流模式理论假定湍流中的流场变量由一个时均量和一个脉动量组成，以此观点处理NS 方程可以得出雷诺平均NS 方程（简称RNS 方程）。在引入Boussinesq 假设，即认为湍流雷诺应力与应变成正比之后，湍流计算就归结为对雷诺应力与应变之间的比例系数（即湍流粘性系数）的计算。根据计算中使用的变量数目和方程数目的不同，湍流模式理论中所包含的湍流模型又被分为二方程模型、一方程模型和零方程模型（代数模型）等大类。 FLUENT 中使用的三种k ?ε模型、Spalart-Allmaras 模型、k ?ω模型及雷诺应力模型RSM）等都属于湍流模式理论。 大涡模拟（LES）方法是通过滤波处理计算湍流的，其主要思想是大涡结构（又称拟 序结构）受流场影响较大，小涡则可以认为是各向同性的，因而可以将大涡计算与小涡计算分开处理，并用统一的模型计算小涡。在这个思想下，大涡模拟通过滤波处理，首先将小于某个尺度的旋涡从流场中过滤掉，只计算大涡，然后通过求解附加方程得到小涡的解。过滤尺度一般就取为网格尺度。显然这种方法比直接求解NS 方程的DNS 方程效率更高，消耗系统资源更少，但却比湍流模式方法更精确。尤其应该注意的是，湍流模式理论无法准确模拟大涡结构，因此在需要模拟大涡结构时，只能采用LES 方法1。 尽管大涡模拟理论比湍流模式理论更精确，但是因为大涡模拟需要使用高精度的网格，对计算机资源的要求比较高，所以还不能在工程计算中被广泛使用。在绝大多数情况下，湍流计算还要采用湍流模式理论，大涡模拟则可以在计算资源足够丰富的时候尝试使用。 7.2.2 Spalart-Allmaras 模型 Spalart-Allmaras 模型是一方程模型里面最成功的一个模型，最早被用于有壁面限制情 况的流动计算中，特别在存在逆压梯度的流动区域内，对边界层的计算效果较好，因此经常被用于流动分离区附近的计算，后来在涡轮机械的计算中也得到广泛应用。 最早的Spalart-Allmaras 模型是用于低雷诺数流计算的，特别是在需要准确计算边界层 粘性影响的问题中效果较好。FLUENT 对Spalart-Allmaras 进行了改进，主要改进是可以在网格精度不高时使用壁面函数。在湍流对流场影响不大，同时网格较粗糙时，可以选用这个模型。 Spalart-Allmaras 模型是一种新出现的湍流模型，在工程应用问题中还没有出现多少成
Fluent软件的燃烧模型介绍(精)
Fluent软件的燃烧模型介绍 Fluent软件中包含多种燃烧模型、辐射模型及与燃烧相关的湍流模型,适用于各种复杂情况下的燃烧问题,包括固体火箭发动机和液体火箭发动机中的燃烧过程、燃气轮机中的燃烧室、民用锅炉、工业熔炉及加热器等。燃烧模型是FLUENT软件优于其它CFD软件的最主要的特征之一。下面对Fluent软件的燃烧模型作一简单介绍: 一、气相燃烧模型 ·有限速率模型 这种模型求解反应物和生成物输运组分方程,并由用户来定义化学反应机理。反应率作为源项在组分输运方程中通过阿累纽斯方程或涡耗散模型。有限速率模型适用于预混燃烧、局部预混燃烧和非预混燃烧。 应用领域:该模型可以模拟大多数气相燃烧问题,在航空航天领域的燃烧计算中有广泛的应用。 PDF模型 该模型不求解单个组分输运方程,但求解混合组分分布的输运方程。各组分浓度由混合组分分布求得。PDF模型尤其适合于湍流扩散火焰的模拟和类似的反应过程。在该模型中,用概率密度函数PDF来考虑湍流效应。该模型不要求用户显式地定义反应机理,而是通过火焰面方法(即混即燃模型或化学平衡计算来处理,因此比有限速率模型有更多的优势。 应用领域:该模型应用于非预混燃烧(湍流扩散火焰,可以用来计算航空发动机的环形燃烧室中的燃烧问题及液体/固体火箭发动机中的复杂燃烧问题。 非平衡反应模型
层流火焰模型是混合组分/PDF模型的进一步发展,从而用来模拟非平衡火焰燃烧。在模拟富油一侧的火焰时,典型的平衡火焰假设失效。该模型可以模拟形成Nox的中间产物。 应用领域:该模型可以模拟火箭发动机的燃烧问题和RAMJET及SCRAMJET 的燃烧问题。 预混燃烧模型 该模型专用于燃烧系统或纯预混的反应系统。在此类问题中,充分 混合的反应物和反应产物被火焰面隔开。通过求解反应过程变量来预测火焰面的位置。湍流效应可以通过层流和湍流火焰速度的关系来考虑。 应用领域:该模型可以用来模拟飞机加力燃烧室中的复杂流场模拟、气轮机、天然气燃炉等。 二、分散相燃烧模型 除了可以模拟各种气相燃烧问题以外,FLUENT5还提供了模拟分散相燃烧问题(液体燃料燃烧、喷射燃烧、固体颗粒燃烧等的燃烧模型:在拉格朗日坐标下,模拟分散相(包括固体颗粒/油滴/气泡等在瞬态和稳态下的运动轨迹 多种球形和非球形粒子的曳力规律 线性分布或Rosin-Rammler方程的粒子大小分布 连续相的湍流效应对粒子传播的影响 分散相的加热/冷却 液滴的汽化和蒸发 燃烧粒子,包括油滴的挥发过程和焦碳的燃烧
风力机翼型的气动模型及数值计算
万方数据
兰州理工大学学报第３６卷合风力机专用翼型的边界层网格与湍流模型． １计算模型 １．１控制方程与拓扑结构 选取不可压缩的雷诺时均方程为主控方程，不 考虑体积力和外部热源．考虑到ＤＵ９３一、弘２１０翼型 是为了克服气流流过相对厚度较大ＮＡＣＡ翼型过 早的发生分离，导致翼型气动性能严重下降而设计的［１０］，而且该翼型几何形状简单，生成网格质量较好；模型计算量小，适于进行大量的数值计算，可以对网格分布、湍流模型的不同组合进行分析比较；国外已公布较全的实验数据，这些数据都是在弦长为ｏ．６ｍ时得到的．为了便于比较，本文取弦长为ｏ．６ｍ的翼型为研究对象．建立长度为４５倍翼型弦长、宽度为４０倍的翼型弦长的二维计算区域，如图１所示，把该计算域沿翼展方向拉伸１倍翼型弦长就可得到三维计算域． ｄｅ 图ｌ二维拓扑结构 ｌ毽ｌ１’ｗ州ｉｒ唧塔ｉ帅ａＩｔｏｐ０Ｉｏｇｉｃａｌｓｈ卫ｃｔｕ他 １．２网格划分 因为在同一算法下均匀分布的正交计算网格可以获得最高的计算精度，所以本文利用ＣＡＤ的表面构造技术以及多块网格技术生成了高质量、完全结构化的网格．该方法通过非均匀有理Ｂ样条插值（ＮＵＲＢＳ）将物理域映射到贴体坐标系下的求解域，进行流程计算域多块网格的构造与重构，最后生成的网格为贴体的、正交性很好的网格．由于翼型附近的流场参数变化梯度比远场的参数变化梯度大得多，且翼型前后缘的流动情况对翼型扰流数值模拟的影响很大，因此对翼型附近的网格进行了局部加密，图２为翼型附近的网格． 为比较翼型附近网格分布对边界层计算的影响，保持翼型表面周向网格节点不变，改变边界层内节点的法向分布以及第一层网格的高度，从而改变网格的纵横比，以确定适合于该翼型的边界层网格，网格划分方式见表１．流场方向半圆弧６ｆｄ上布置３３０个节点，直线拍、店、甜上各布置８０个节点．在三维计算域中，翼展方向上布置６０个节点． 图２翼型计算网格 Ｆｉ舀２１ｌｌ册Ｄ刚ｄｆｏｒａｉｒｆｏｎ 表ｌ边界层网格划分策略 Ｔａｂ．１Ｍｅｔｈｏｄｏｆｂ伽ｎｄａｒｙｌａｙ盯眦ｓｈｄｉｖｉｓｉ加 １．３边界条件与离散格式 进口口６ｃ如给定为速度进口，来流的湍流度为１％，湍流扩散长度为ｏ．０１札出口咖为压力出口，表压力给定为ｏ，湍流度和湍流扩散长度与进口一样．翼型表面ｇｍ＾九ｇ满足壁面无滑移条件．除在ＤＥＳ和Ｉ正Ｓ模型中对动量方程的离散采用默认离散格式（ｂｏｕｎｄｅｄｃｅｎｔｒａｌｄｉｆｆｅｒｅｎｃｉｎｇ）外，其他模型中对连续方程、动量方程、雷诺时均方程等方程都用二阶迎风格式来离散，压力速度的耦合采用ＳＩＭ—ＰＩ。ＥＣ算法． ２结果分析 速度由雷诺数或马赫数来确定，雷诺数为３．ｏ×１０６、马赫数为ｏ．２２，弦长为ｏ．６０ｒＩＬ为了跟实验数据做对比，用Ｒ已一肚ｃ肛或胞一％／ｎ。求得进口速度为７６．５６ｍ／ｓ．假设流动非定常，设定时间步长为ｏ．００１ｓ，在每个时间步长内迭代２０次，利用升力系数、阻力系数来监测解的收敛性，当升阻力系数稳定时认为计算收敛． ２．１边界层的比较计算 以三维直叶片为研究对象，研究不同边界层网格对翼型气动性能的影响．由图３ａ可以看出，当攻角ａ＜７。时，不同边界层网格计算的升力系数无大差异，且与实验值相当吻合，这说明附体流动对边界层网格的要求较低．而当攻角口＞７。时，第１种网格划分策略计算所得的升力系数的最大值相对最小，且远小于实验值，失速提前发生，而第２种划分策略计 算所得的最大升力系数相对最大，且大于实验的最 万方数据