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北京力学会第二十五届学术年会

作者：于长平周浩李新亮中国科学院力学研究所高温气体动力学重点实验室中国科学院大学工程科学学院

超/高超声速飞行器实际飞行控制中,边界层转捩对飞行器表面的气动力、气动热具有重要的影响,而现有的RANS模型只能给出转捩区域范围,不能准确预测转捩位臵,同时现有的大涡模拟模型面对预测转捩时也具有一定的局限性。本文针对超声速边... 详细信息

超/高超声速飞行器实际飞行控制中,边界层转捩对飞行器表面的气动力、气动热具有重要的影响,而现有的RANS模型只能给出转捩区域范围,不能准确预测转捩位臵,同时现有的大涡模拟模型面对预测转捩时也具有一定的局限性。本文针对超声速边界层中的转捩预测问题,提出了一种基于螺旋度的新型大涡模拟模型-螺旋度模型(HM),新模型包含了速度梯度张量和涡量梯度张量的对称部分,同时该模型在计算转捩问题上具有天然的优势,可以判别出层流和湍流,在不使用动态求解系数方法的情况下,也能准确预测转捩位臵。本文在超声速平板边界层下测试了4种工况,通过一些湍流平均量的对比,表明新模型在预测转捩上具有不错的潜力和优势。

关键词：大涡模拟模型螺旋度转捩预测超声速平板边界层

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数值堆热工流体程序CVR-PACA验证及典型应用

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原子能科学技术 2021年第9期55卷 1569-1580页

作者：王明军鞠浩然赵民富李伟卿刘天才胡长军杨文田文喜秋穗正苏光辉西安交通大学核科学与技术学院陕西西安710049 中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究所北京102413 北京科技大学计算机与通信工程学院北京100083

谱元方法是一种高精度的数值计算方法,采用该方法开发了数值堆高精度热工水力并行CFD计算程序CVR-PACA。应用CVR-PACA对单棒光棒通道湍流流场、3×3光棒棒束湍流流场、Matis-H压水堆棒束通道基准题、19棒带绕丝组件通道湍流流场进... 详细信息

谱元方法是一种高精度的数值计算方法,采用该方法开发了数值堆高精度热工水力并行CFD计算程序CVR-PACA。应用CVR-PACA对单棒光棒通道湍流流场、3×3光棒棒束湍流流场、Matis-H压水堆棒束通道基准题、19棒带绕丝组件通道湍流流场进行了仿真计算。通过与实验测量值对比,研究定量验证了大涡模拟(LES)模型及非稳态雷诺时均(URANS)模型对各类棒束通道流场预测的准确性。算例在建模过程中采用网格分裂技术实现了复杂几何的纯六面体网格划分,用于支撑谱元方法计算。研究较为全面地积累了高精度谱元方法模拟流场流动及换热的建模经验,获取了各类棒束通道内丰富的流动和换热细节,获得的建模经验能更加精准有力地指导相关设计的优化改进。

关键词：湍流搅混稠密栅元搅混翼绕丝棒束大涡模拟模型非稳态雷诺时均模型谱元方法

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汽车后视镜气流噪声的数值模拟和实验研究

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机械强度 2008年第4期30卷 692-695页

作者：王志亮刘波桑建兵河北工业大学机械工程学院天津300130

针对汽车后视镜的气流噪声问题,分析其产生机理和影响因素。以某汽车为例建立CFD(computational fluiddynamics)分析模型。根据大涡模拟模型和莱特希尔-卡尔方程,利用FLUENT软件进行数值模拟。针对模拟结果提出后视镜合理性设计的判断方... 详细信息

针对汽车后视镜的气流噪声问题,分析其产生机理和影响因素。以某汽车为例建立CFD(computational fluiddynamics)分析模型。根据大涡模拟模型和莱特希尔-卡尔方程,利用FLUENT软件进行数值模拟。针对模拟结果提出后视镜合理性设计的判断方法,找出后视镜构形存在的噪声问题,并提出修改的措施。最后,对修改前后分别进行数值模拟对比分析和实验对比分析。实验对比分析发现,修改后车内噪声最高可降低1.2 dB。

关键词：后视镜风噪声大涡模拟模型莱特希尔-卡尔方程

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阀门共振腔声源特性的数值研究

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核技术 2013年第4期36卷 108-112页

作者：祖洪彪张锴国家核电技术公司上海核工程研究设计院上海200233

近年来,随着新建核电厂功率的不断提升和在役核电厂的升功率,部分核电厂的蒸汽干燥器出现了疲劳开裂问题。研究认为,该问题是由主蒸汽管道上的阀门腔体中产生了流致声共振而引起的。为了深入了解阀门声共振机理,为解决该问题提供技术依... 详细信息

近年来,随着新建核电厂功率的不断提升和在役核电厂的升功率,部分核电厂的蒸汽干燥器出现了疲劳开裂问题。研究认为,该问题是由主蒸汽管道上的阀门腔体中产生了流致声共振而引起的。为了深入了解阀门声共振机理,为解决该问题提供技术依据,本文针对阀门共振腔的声源特性展开研究。采用声固耦合有限元方法进行声学模态分析,采用大涡模拟方法进行流场数值计算。计算结果表明:(1)阀门共振腔与所连接的管道中存在多个声学模态;(2)腔体和管道的几何参数对声模态的影响较大;(3)斯特鲁哈数St在一定范围内会导致峰值激励。模态分析与流体计算的结果基本一致,且与现有理论和试验数据吻合较好。本文工作和结论不仅有助于阀门中声共振机理的研究,也为揭示和解决核电厂蒸汽发生器中声共振引发的疲劳问题打下了坚实基础,具有很好的工程应用价值。

关键词：阀门共振腔声共振声模态大涡模拟模型斯特鲁哈数(St)

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面向工程应用的流体界面失稳湍流混合问题建模进展

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计算物理 2024年第6期41卷 732-745页

作者：肖梦娟谢寒松宾远为张又升北京应用物理与计算数学研究所北京100094 计算物理全国重点实验室北京100088 北京大学应用物理与技术研究中心北京100871 北京大学工学院湍流与复杂系统国家重点实验室北京100871

流体力学界面不稳定性诱导的湍流混合现象广泛存在于各类自然现象和工程问题中。特别地,在工程流动问题中,一般涉及的是复杂初始扰动诱导下的湍流混合问题。这类混合问题往往多混合机制共存、主控参数宽泛剧烈变化。准确预测这些复杂性... 详细信息

流体力学界面不稳定性诱导的湍流混合现象广泛存在于各类自然现象和工程问题中。特别地,在工程流动问题中,一般涉及的是复杂初始扰动诱导下的湍流混合问题。这类混合问题往往多混合机制共存、主控参数宽泛剧烈变化。准确预测这些复杂性下混合区时空演化对于工程实践至关重要,雷诺平均Navier-Stokes(RANS)和大涡模拟(LES)是工程应用最为可行的数值模拟方法。但是,现有RANS和LES建模面临难以统一预测各类混合问题等工程应用的难点。本文从工程应用视角,综述目前在RANS和LES建模方面的认识、存在的问题,以及团队的最新研究进展。

关键词：界面不稳定性湍流混合雷诺平均Navier-Stokes模型大涡模拟模型

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亚格子模型在窄通道内铅铋换热特性研究的适应性评价

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哈尔滨工程大学学报 2024年第12期45卷 2341-2349页

作者：王斐然温济铭田瑞峰张宴豪王福阳夏榜样陈冲张雪谭思超哈尔滨工程大学核科学与技术学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学黑龙江省核动力装置性能与设备重点实验室黑龙江哈尔滨150001 核反应堆技术全国重点实验室四川成都610213 先进核能技术全国重点实验室四川成都610213

针对使用雷诺时均模型对低普朗特数冷却剂的湍流换热特性研究时存在精确度不足及可靠性无法证实的问题,本文使用高保真的大涡模拟模型对铅铋合金在矩形通道内的湍流换热特性进行了对比研究。对于Pe=1100及湍流强度更小的工况,使用经典Sm... 详细信息

针对使用雷诺时均模型对低普朗特数冷却剂的湍流换热特性研究时存在精确度不足及可靠性无法证实的问题,本文使用高保真的大涡模拟模型对铅铋合金在矩形通道内的湍流换热特性进行了对比研究。对于Pe=1100及湍流强度更小的工况,使用经典Smagorinsky-Lilly模型计算所得的对流换热系数偏高,而修正Smagorinsky-Lilly模型对过预测情况有优化的效果;对于Pe=2200及湍流强度更大的工况,由于Smagorinsky-Lilly模型不可解的小尺度粘性底层区域被压缩,使得模型参数Cs的改变对全局对流换热特性的影响被削弱。本文评估了不同的Smagorinsky-Lilly亚格子应力模型对窄矩形通道内铅铋湍流换热特性的模拟效果,当Pe≤1100时,Cs=0.18的模型对全局对流换热特性的计算结果过高;当Pe≥2200时,耗散模拟的过程受到Cs的影响减弱,全局对流换热特性受到Smagorinsky-Lilly模型参数的影响较小。湍流强度较低时,需要选取更小的模型参数以削弱过预测的效应。

关键词：大涡模拟模型 Smagorinsky-Lilly模型壁面湍流铅铋合金矩形通道高保真数值模拟湍流应力对流换热

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明渠交汇口三维水力特性大涡模拟研究

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武汉大学学报（工学版） 2016年第2期49卷 173-179,186页

作者：魏文礼张泽伟邵世鹏刘玉玲戎贵文西安理工大学水利水电学院陕西西安710048 安徽理工大学地球与环境学院安徽淮南232001

为了解决明渠水流交汇口河道冲刷、泥沙沉淤、污染物滞留等问题,必须探明其水力特性的分布规律.采用气液两相流混合模型,对不同汇流比下90°明渠交汇口三维水力特性进行数值模拟研究.分别选取大涡模拟模型(LES)和RNGk-ε模型封闭两... 详细信息

为了解决明渠水流交汇口河道冲刷、泥沙沉淤、污染物滞留等问题,必须探明其水力特性的分布规律.采用气液两相流混合模型,对不同汇流比下90°明渠交汇口三维水力特性进行数值模拟研究.分别选取大涡模拟模型(LES)和RNGk-ε模型封闭两相流时均方程,速度与压力耦合方程组求解时使用半隐式SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations)算法,模拟自由水面采用VOF(Volume of Fluid)法.将汇流比为0.25时两种模型计算的纵向截面水面线与实验结果相比较,得出大涡模型结合VOF法能更好地捕捉交汇口水面的波动情况;将大涡模型计算的不同垂直线上的速度分布与实验结果相比较,两者吻合良好.通过比较两种模型计算的特征横断面上的流线图,得出大涡模型能更好地捕获水流瞬时流动特性,动态再现二次流动结构,且大涡模型能够更好地模拟交汇口附近水力特性分布规律.

关键词：明渠交汇口数值模拟大涡模拟模型 RNGk-ε模型水力特性

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混流式水轮机中非稳定流的数值模拟

混流式水轮机中非稳定流的数值模拟

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第一届水力发电技术国际会议

作者：郑清贵吴彬龙元林梁柱刘小兵曾永忠四川试验研究院成都610065 西华大学能源与环境学院成都610039

本文基于N-S方程和大涡模拟(LES)模型,采用贴体坐标和四面体网格系统,用SIMPLE算法求解,对混流式水轮机内部流动进行了三维非稳定湍流计算,较准确地预测了一混流式水轮机在各工况下的内部流动,尤其是尾水管和转轮内的旋涡流动.

关键词：混流式水轮机非稳定湍流大涡模拟模型旋涡流动

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基于基因表达式编程和符号回归神经网络的大涡模拟建模

基于基因表达式编程和符号回归神经网络的大涡模拟建模

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第十二届全国流体力学学术会议

作者：李昊辰赵耀民北京大学应用物理与技术研究中心高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室北京大学工学院力学与工程科学系湍流与复杂系统国家重点实验室

流体力学应用中常需要引入多种物理模型,例如大涡模拟的亚格子应力模型、壁面模型等。在针对大涡模拟模型的数据驱动建模过程中,一个关键问题是如何快速准确地训练模型表达式。作为训练显式模型方程的常用方法,符号回归是一种在符号表... 详细信息

流体力学应用中常需要引入多种物理模型,例如大涡模拟的亚格子应力模型、壁面模型等。在针对大涡模拟模型的数据驱动建模过程中,一个关键问题是如何快速准确地训练模型表达式。作为训练显式模型方程的常用方法,符号回归是一种在符号表达式空间内,针对给定数据集搜索其最佳描述模型的回归分析方法。相对于深度神经网络等方法获得的"黑箱"模型,符号模型具有紧凑性、可解释性强的特点,并且一般有良好的泛化能力,因此在物理建模等领域有重要的应用价值。以基因表达式编程(gene-expression programming,GEP)为代表的遗传算法是处理符号回归问题的最常用方法。然而,遗传算法的寻优过程是一种无方向性的全局随机搜索,难以针对表达式中出现的常数系数进行定向优化,因此存在模型难以优化常数系数、训练过程收敛效率较低等缺点。本研究针对以上缺陷,发展了一种基于基因表达式编程和符号回归神经网络的物理建模方法,称之为基因表达编程神经网络(gene-expression programming neural network,GEPNN)。该方法基于GEP算法的基本架构,将符号表达式编码为染色体的形式,通过模仿自然选择机制,对包含大量个体的种群进行迭代寻优。本研究将符号回归神经网络引入到GEP的寻优过程,在迭代过程中选择GEP提供的染色体个体构建神经网络,将染色体中的常数系数转化为神经网络中的可训练权重,利用梯度快速优化神经网络,寻找到局部最优的常数系数。待神经网络优化告一段落,将网络结构还原为GEP中的染色体,以继续进行GEP的迭代寻优。我们首先引入理想气体状态方程等不同复杂程度的物理问题作为测试算例,验证了GEPNN算法可以快速收敛得到显式方程,且方程系数更加准确。我们将GEPNN算法应用于大涡模拟的亚格子应力建模和槽道流壁面模型建模。相较于传统GEP算法的建模结果,GEPNN算法得到的模型表达式更为精准,在先验测试中表现出更高的相关性。我们进一步将训练得到的模型方程应用于后验测试。在均匀各向同性湍流的大涡模拟中,基于GEPNN亚格子应力模型的数值模拟可以准确预测高阶湍流统计量,与DNS结果吻合性较好。我们还将训练得到的壁面模型应用于槽道流大涡模拟,GEPNN模型在不同雷诺数的槽道流算例中表现出更好的泛化能力。综上可见,GEPNN结合了GEP全局随机搜索的优势与符号回归神经网络的局部优化能力,在物理建模应用中可以快速准确地得到目标表达式及其模型系数。

关键词：符号回归神经网络基因表达式编程大涡模拟模型

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