检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：冯鑫中国科学院研究生院

学位级别：博士

搅拌槽内的多相湍流是反应器工程放大研究的基础问题。多相湍流的实验研究在分散相相含率较高的情况下受到很大的限制,而常见的湍流模拟方法在多相搅拌槽的湍流模拟中也存在一定的缺陷。针对这种情况,本文开发了适用于多相搅拌槽模拟的... 详细信息

搅拌槽内的多相湍流是反应器工程放大研究的基础问题。多相湍流的实验研究在分散相相含率较高的情况下受到很大的限制,而常见的湍流模拟方法在多相搅拌槽的湍流模拟中也存在一定的缺陷。针对这种情况,本文开发了适用于多相搅拌槽模拟的显式代数应力湍流模型,为多相反应器的工程研究提供了一种新的方法。\n 本文将单相显式代数应力模型应用到搅拌槽的湍流模拟中,并基于一些简化思想将单相模型扩展为两相模型,与欧拉-欧拉多流体模型相结合,开发出适用于搅拌槽内多相流动模拟的两相显式代数应力模型。分别对搅拌槽内的固液、液液、气液两相体系进行了数值模拟,定量地预测了平均速度、脉动速度、湍流动能、相含率分布等。通过预测结果与实验数据的比较,验证了两相显式代数应力模型的准确性,同时也与文献中的k-ε模型和大涡模拟的结果进行了对比。结果表明,两相显式代数应力模型可以很好地预测多相搅拌槽内的流场和相含率分布,预测精度要优于k-ε模型。\n 对比了Gatski& Sepziale三基底、Gatski& Sepziale五基底和Wallin& Johansson五基底三种显式代数应力模型在搅拌槽单相模拟中的应用情况。结果表明,在收敛性方面,Wallin& Johansson五基底模型数值稳定性最好,解的残差最小。在流场的定量对比上,五基底模型的预测结果与实验数据更为吻合。总的来看,具有各向异性特性的Wallin& Johansson三维五基底显式代数应力模型非常适合于搅拌槽单相湍流的数值模拟。\n 应用Wallin& Johansson三维五基底显式代数应力模型对无挡板和带挡板搅拌槽内的单相流动进行了模拟。定量预测的关键参量与文献中报道的实验数据以及其它湍流模型如标准k-ε模型、代数应力模型、雷诺应力模型、大涡模拟等的模拟结果进行了对比,对显式代数应力模型进行了全面的评估。结果表明,显式代数应力模型的计算量与标准k-ε模型相当,远低于大涡模拟和雷诺应力模型;而在平均速度的预测上,显式代数应力模型对峰值和趋势的预测优于标准k-ε模型,与大涡模拟的结果相近。

关键词：显式代数应力模型搅拌槽多相湍流数值模拟

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各向异性浮力紊流的显式代数应力模型及其验证

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计算物理 2006年第2期23卷 177-183页

作者：赖锡军王志东汪德爟中国科学院地理与湖泊研究所湖泊室江苏南京210008 华东船舶工业学院船舶与海洋工程学院江苏镇江212003 河海大学环境学院江苏南京210098

在Wallin&Johansson的显式代数雷诺应力模型(EARSM)基础上,引入浮力的紊动效应,使该模型能够反映浮力对紊流运动的影响.利用同位网格上的SIMPLEC算法,模拟了T-型连接管内的温度混合流动.与实验资料和DNS计算结果比较表明,提出的模... 详细信息

在Wallin&Johansson的显式代数雷诺应力模型(EARSM)基础上,引入浮力的紊动效应,使该模型能够反映浮力对紊流运动的影响.利用同位网格上的SIMPLEC算法,模拟了T-型连接管内的温度混合流动.与实验资料和DNS计算结果比较表明,提出的模型能够反映各向异性的浮力紊流特征,而且模型在计算进程中显示出良好的数值收敛性能,与涡粘性两方程模型的计算花费相当.

关键词：浮力流紊流模型显式代数应力模型 T-型管流

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显式代数应力模型模拟搅拌槽内湍流流动

显式代数应力模型模拟搅拌槽内湍流流动

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第二届全国搅拌与混合技术会议

作者：冯鑫禹耕之李向阳杨超毛在砂中国科学院过程工程研究所中国科学院绿色过程与工程重点实验室北京 100190 中国科学院过程工程研究所中国科学院绿色过程与工程重点实验室北京 100190 江苏省海洋资源开发研究院连云港222005

采用显式代数应力模型模拟了搅拌槽内的湍流流动，考察了不同密度的网格对流场的影响，模拟结果同实验数据以及大涡模拟和k-ε模型的模拟结果进行对比。结果表明，网格密度对于平均速度的影响较小，而对于湍流脉动和湍动能等湍流量有较... 详细信息

采用显式代数应力模型模拟了搅拌槽内的湍流流动，考察了不同密度的网格对流场的影响，模拟结果同实验数据以及大涡模拟和k-ε模型的模拟结果进行对比。结果表明，网格密度对于平均速度的影响较小，而对于湍流脉动和湍动能等湍流量有较大的影响。对于搅拌槽桨叶附近区域的模拟，显式代数应力模型的速度峰值和变化趋势的预测结果都好于k-ε模型，而与大涡模拟相比还存在一定的差距。

关键词：搅拌槽显式代数应力模型数值模拟网格密度湍流流动

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显式代数应力模型模拟无挡板搅拌槽内的湍流流动

显式代数应力模型模拟无挡板搅拌槽内的湍流流动

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第六届全国化学工程与生物化工年会

作者：冯鑫程景才李向阳杨超毛在砂中国科学院过程工程研究所中国科学院绿色过程与工程重点实验室北京100190 中国科学院过程工程研究所中国科学院绿色过程与工程重点实验室北京100190 江苏省海洋资源开发研究院江苏连云港222005

采用显式代数应力湍流模型(EASM )和标准k-e模型模拟了两种不同桨叶形状的无挡板搅拌槽内的湍流流动,并将预测结果与文献中的实验数据和模拟结果进行对比.结果表明,在周向速度的预测上EASM模型的模拟结果远好于k-e模型,径向速度的预测E... 详细信息

采用显式代数应力湍流模型(EASM )和标准k-e模型模拟了两种不同桨叶形状的无挡板搅拌槽内的湍流流动,并将预测结果与文献中的实验数据和模拟结果进行对比.结果表明,在周向速度的预测上EASM模型的模拟结果远好于k-e模型,径向速度的预测EASM模型稍好但与实验值差距较大.显式代数应力模型与大涡模拟(LES)相比还有差距.总的来说,作为雷诺应力模型(RSM)的近似,EASM在各向异性湍流的预测上要好于k-e模型.

关键词：无挡板搅拌槽显式代数应力模型数值模拟大涡模拟雷诺应力模型湍流流动

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基于水深平均显式代数应力模型在丁坝绕流中的模拟

基于水深平均显式代数应力模型在丁坝绕流中的模拟

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第四届全国水力学与水利信息学学术大会

作者：邢领航长江科学院水力学所

天然较复杂的浅水流动结构需由通用性更好的统一模式来描述,同时任意复杂的天然岸边界也需要计算模型拥有对任意边界的适应性。有鉴于此,本文建立了水深平均意义下的显式代数应力模型(DEASM),并结合水深平均k-ε紊流模型(DKE)、水深平... 详细信息

天然较复杂的浅水流动结构需由通用性更好的统一模式来描述,同时任意复杂的天然岸边界也需要计算模型拥有对任意边界的适应性。有鉴于此,本文建立了水深平均意义下的显式代数应力模型(DEASM),并结合水深平均k-ε紊流模型(DKE)、水深平均代数应力模型(DASM)对蕴含丰富流动特征的丁坝绕流现象进行了非结构网格模拟和验证。计算结果表明:在计算精度上,各向异性DEASM模型总体上要好于DKE模型和DASM模型;在计算的收敛性和稳定性上,DEASM模型基本与DKE模型相当,DASM模型的稳定性稍差;在CPU耗时上,DEASM模型和DASM模型基本相当,并略高于DKE模型。

关键词：非结构网格水深平均显式代数应力模型

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基于基因表达式编程的数据驱动湍流建模

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力学学报 2021年第10期53卷 2640-2655页

作者：赵耀民徐晓伟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京100871 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北京100871 澳大利亚墨尔本大学机械工程系澳大利亚墨尔本3010

计算流体动力学是湍流研究的重要手段,其中雷诺平均模拟在航空航天等实际工程中得到了广泛应用.雷诺平均模拟的结果很大程度上依赖于湍流模型的预测精度,而实际工程应用中常用的模型往往精度有限.近年来,数据驱动的湍流建模方法得到越... 详细信息

计算流体动力学是湍流研究的重要手段,其中雷诺平均模拟在航空航天等实际工程中得到了广泛应用.雷诺平均模拟的结果很大程度上依赖于湍流模型的预测精度,而实际工程应用中常用的模型往往精度有限.近年来,数据驱动的湍流建模方法得到越来越多的关注.本文介绍了基于基因表达式编程(gene-expression programming,GEP)方法的湍流建模相关进展.本文首先讨论基因表达式编程应用于湍流建模的具体方法,包括基本算法、显式代数应力模型和湍流传热两种建模框架、模型测试方法以及损失函数设置等.在此基础上,基因表达式编程方法被应用于涡轮叶栅尾流混合、竖直平板间自然对流、三维横向流中的射流等问题.结果表明,GEP可以有效提升常用模型对于尾流混合损失、壁面热通量等关键参数的预测精度.基因表达式编程方法可以显式给出模型方程,因此模型具有可解释性强等特点.基于双向耦合方法得到的模型还被证明具有较好的后验测试精度和鲁棒性.基因表达式编程方法还被初步应用于大涡模拟亚格子应力和边界层转捩等问题的建模,在不同湍流建模领域表现出很大的潜力.

关键词：湍流雷诺平均模拟显式代数应力模型湍流传热模型基因表达式编程机器学习

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一种EASM k-ω两方程湍流模型的应用研究

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西北工业大学学报 2005年第1期23卷 89-92页

作者：张强杨永段毅西北工业大学翼型叶栅空气动力学国防科技重点实验室陕西西安710072

显式代数应力 ( EASM)模型是一种比线性涡粘模型 ( LEVM)更高级的非线性构成模型。这类构成模型用平均速度梯度、平均应变率和旋转应变率张量 ,给出了更高级的湍流剪应力表达式。通过把 EASM构成模型和 k- ω两方程模型耦合到一起 ,可... 详细信息

显式代数应力 ( EASM)模型是一种比线性涡粘模型 ( LEVM)更高级的非线性构成模型。这类构成模型用平均速度梯度、平均应变率和旋转应变率张量 ,给出了更高级的湍流剪应力表达式。通过把 EASM构成模型和 k- ω两方程模型耦合到一起 ,可得到一种更高级的 EASM k- ω两方程湍流模型。采用这种非线性的构成模型后 ,可以极大地拓展湍流模型的应用范围 ,提高数值计算精度。在求解湍流流场时 ,Navier- Stokes( N- S)方程和 EASM k-ω两方程湍流模型的控制方程采用非耦合方法求解 ,通过对平板、RAE 2 82 2超临界翼型、ONERA M6机翼等标准算例的计算 ,验证了此种湍流模型对湍流流场的预测能力。

关键词：显式代数应力模型 κ-ω两方程模型 Navier-Stokes(N—S)方程

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高速铁路大型客站建筑风荷载及流固耦合作用研究

高速铁路大型客站建筑风荷载及流固耦合作用研究

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作者：余志祥西南交通大学

学位级别：博士

随着国内高速铁路建设热潮,各种造型新颖、布局复杂的大型交通枢纽客站陆续建成。这些客站采用了多种新型结构形式,风荷载成为其正常使用及安全运营的主要影响因素之一。外观造型及站场布局影响致使铁路客站产生了复杂的风致作用,站场... 详细信息

随着国内高速铁路建设热潮,各种造型新颖、布局复杂的大型交通枢纽客站陆续建成。这些客站采用了多种新型结构形式,风荷载成为其正常使用及安全运营的主要影响因素之一。外观造型及站场布局影响致使铁路客站产生了复杂的风致作用,站场建筑群的干扰影响进一步加剧了这种复杂性。目前,国内外对高速铁路客站风致作用研究较少,已有研究多局限于具体工程应用,缺少对其风致作用的形成机理、变化规律进行深入探讨。因此,对铁路客站风致作用展开深入系统地研究具有重要的工程意义和学术价值。本文基于CFD数值模拟、风洞试验和非定常流固耦合(FSI)理论,研究了大气边界层下铁路客站建筑的基本风荷载特性和风场特征,揭示了平均来流及脉动来流条件下站场建筑的风致作用形成机理及变化规律,并将研究成果应用于实际工程的抗风设计。论文完成的主要研究内容如下：首先,对计算风工程理论进行了梳理,搭建起数值风洞模拟的基本方法框架和参数体系。同时,基于CFX的全隐式瞬态时间步进算法,提出了准稳态时步逼近求解技术(QSMA:Quasi-Steady State Marching-on in time Approximation Techniques),通过数学推导证明了这种技术在时间离散格式上的稳定性、误差传递的趋零特性,给出了与之配套的多目标收敛监测、数值稳定控制参数,并与Murakami-3D立方体模型的隐式稳态模拟结果进行了比较,证明了其有效性。这种技术降低了瞬态算法求解稳态问题的时间步长及容差限制,和传统稳态算法相比,计算消耗没有增加,但由于利用了瞬态控制方程求解,针对复杂建筑风场数值模拟的收敛性增强。第二,基于准稳态时步逼近技术,结合TTU模型实测数据,对EARSM用于建筑数值风洞模拟的计算控制参数进行了系统研究,包括流场自平衡检验、网格形式、湍流模型、流场尺度、边界条件、对流项格式、近壁区网格△y值等。通过系统的校准研究,搭建起基于EARSM的数值风洞模拟计算参数框架。第三,基于几何拓扑分析原理,提出了铁路客站建筑群风荷载预测的模化特征体分析方法,结合12组特征体模型的试验数据,采用EARSM和准稳态时步逼近求解技术进行了数值风洞模拟,研究了风向角、屋面坡度、结构高度、屋面拓扑特征、结构开敞与否、矢跨比对风荷载形成机理以及风场特性的影响。将该方法用于实际铁路客站风荷载分析并与规范相似特征相比较,结果表明方法的实用有效。第四,设计了4组参数性风洞试验模型,考虑建筑群风场干扰影响、雨棚是否开缝、二期扩建、匝道阻塞影响,进行了风洞试验,研究了铁路客站的风场干扰影响规律。基于几何拓扑分析原理,将铁路客站简化为三种典型的模化布局特征体模型。结合数值风洞模拟、模化特征体分析方法以及试验数据,对站台区雨棚开缝率、主站房与站台雨棚的高度比、主站房入口大悬挑雨棚俯仰角等风场干扰影响因素进行了深入研究,给出了铁路客站风场干扰影响的主要变化规律。最后,采用AR法和WAWS法编制了多点三维相关脉动风速模拟程序、脉动风速散度修正程序,构建了非定常流固耦合(FSI)分析的脉动入流边界。基于TTU实测数据对人工模拟脉动风场进行了校准分析。基于自编目标概率法程序研究了脉动风场的统计特性。基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)坐标下的有限体积法,采用大涡模拟(LES)求解Navier-Stokes方程,构建了大跨度弦支结构雨棚的气动分析模型；结合大跨度弦支结构雨棚的非线性瞬态动力学模型,采用ALE方法处理结构与风场的运动边界,实现了结构动力学与计算流体力学的结合,构建了结构-风场耦合分析模型；研究了不同风向角下大跨度弦支结构雨棚动力响应的频谱特征、脉动风压分布规律、预张力对弦索振动特性的影响、脉动风对弦索张力退化的影响等,可为工程设计提供参考。

关键词：高速铁路客站湍流 CFD 时间步进方法显式代数应力模型任意拉格朗日-欧拉方法流固耦合弦支结构脉动风

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直角明渠水流交汇流动特性的数值模拟研究

直角明渠水流交汇流动特性的数值模拟研究

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作者：赵升伟清华大学

学位级别：硕士

明渠交汇流动是水利工程中常见的水力现象。研究交汇段水流流动特性对城市防洪、河床冲刷、泥沙输运以及污染物质的混合输移等问题具有十分重要的工程及理论意义。明渠水流交汇流动特性十分复杂,受到交汇口几何特征和流动特征两大类因... 详细信息

明渠交汇流动是水利工程中常见的水力现象。研究交汇段水流流动特性对城市防洪、河床冲刷、泥沙输运以及污染物质的混合输移等问题具有十分重要的工程及理论意义。明渠水流交汇流动特性十分复杂,受到交汇口几何特征和流动特征两大类因素的影响。其中,交汇口几何特征包括渠道尺寸、形状、底坡和两交汇渠道间的角度等,流动特征包括流动的 Fr 数、渠道糙率、交汇口上游主支流流量比和流体本身的属性等。明渠交汇水流特性受如此多的因素影响,因而,很难考虑所有因素,通过理论分析或者试验研究的方法来解决这个问题。数值模拟可以方便灵活的改变边界条件,对不同的水流工况进行模拟,随着计算技术的发展,数值模拟成为研究交汇水流特性的主要手段。本文将水深平均二维流动方程与显式代数应力模型相结合,对平底直角明渠交汇流动特性进行了数值模拟。采用交错网格上的有限体积法对方程进行离散,使用 SIMPLE 算法进行压力-速度的校正,并采用逐行扫描的 TDMA 法求解离散后的代数方程组,对四种不同流量比工况的流动进行了模拟,并与实测资料进行比较。比较结果表明,水深平均二维显式代数应力模型能够较好的模拟交汇口下游分离区的形态以及水面沿程变化。同时,本文还采用显式代数应力模型对三维流动进行计算,采用 Hirt-VOF方法来求解自由水面。方程的离散和求解与水深平均二维流动的求解方法类似,同样的,也对四种工况下的流动进行了数值模拟。模拟结果表明,采用显式代数应力模型进行三维计算能够很好的模拟明渠交汇水流的三维水力特性,对流动的分离区和水面变化等特征的模拟要优于水深平均二维显式代数应力模型的模拟结果。并且,由于采用显式代数应力模型,三维计算能够较好的模拟交汇口下游横断面上存在的二次流现象。本文模型可以为工程问题提供依据,修改边界条件后,可以用于更加复杂边界问题的计算。并可以作为研究交汇口泥沙输运及污染物质的混合输移等问题的基础。

关键词：交汇流动显式代数应力模型分离区水面变化二次流

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交汇水流三维数值模型

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科学技术与工程 2007年第5期7卷 800-805页

作者：茅泽育赵雪峰许昕赵升伟清华大学水利水电工程系北京100084

应用显式代数应力模型建立了交汇水流三维数值模型。方程离散采用交错网格上的有限体积法,并采用SIMPLE算法求解,代数方程求解采用TDMA逐行扫描法。针对交汇口几何特征分区进行网格划分,自由水面求解采用VOF方法。应用实测资料对计算结... 详细信息

应用显式代数应力模型建立了交汇水流三维数值模型。方程离散采用交错网格上的有限体积法,并采用SIMPLE算法求解,代数方程求解采用TDMA逐行扫描法。针对交汇口几何特征分区进行网格划分,自由水面求解采用VOF方法。应用实测资料对计算结果进行了验证,同时与应用k-ε紊流模型的三维数值计算结果进行了比较。研究结果表明,文中所提出的数值模型可以更好地模拟交汇水流独特的三维流动特性。

关键词：排水管渠交汇水流显式代数应力模型三维数值模型分离区断面环流

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