六种低雷诺数k-ε模型对偏移射流及贴壁射流的数值模拟及对比分析

发布时间：2024-03-23 08:04

　　数值模拟是处理工程湍流问题一种重要的方法,用数值模拟中的雷诺时均模型研究湍流问题的优势在于计算精度高同时不占用过高的计算机资源。雷诺时均模型包含不同的湍流模型,选择合适的湍流模型进行数值计算是非常重要的。目前应用较多的湍流模型包括常见的k-ε两方程模型。偏移射流及贴壁射流问题在工程湍流问题中有广泛应用,像气流偏转装置、燃料喷射系统等,结合数值模拟方法研究此类问题具有显著的工程意义。湍流模型处理湍流问题时有一定的局限性,即不同湍流模型对同一个湍流问题进行数值模拟时,得到的计算精度不同。不同湍流模型对偏移射流及贴壁射流数值模拟的适用性,也没有明确的研究。因此本文使用标准k-ε湍流模型及低雷诺数k-ε湍流模型对不同工况下的偏移射流及贴壁射流进行数值模拟,与实验值进行比较,分析不同湍流模型对该类物理现象的适用性。本文通过标准k-ε湍流模型及六种低雷诺数k-ε湍流模型(AB模型、LB模型、LS模型、YS模型、AKN模型和CHC模型)对工程湍流问题中常见的的偏移射流、加热偏移射流、恒温壁面下的贴壁射流进行了稳态条件下的数值模拟,从速度、温度、湍动能、局部传热系数等的分布上比较了不同湍流模型计算结果...

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【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 数值模拟研究的进展和现状
    1.3 偏移射流及壁射流研究现状
    1.4 研究内容及方法
第二章 数值模拟方法
    2.1 计算流体力学基础
        2.1.1 CFD求解步骤
        2.1.2 CFD基本控制方程
    2.2 雷诺时均模型
        2.2.1 RANS方程和涡黏性假设
        2.2.2 标准k-ε湍流模型
        2.2.3 低雷诺数k-ε湍流模型
    2.3 近壁面处理方法
        2.3.1 低雷诺数k-ε模型法
        2.3.2 壁面函数法
    2.4 本章小结
第三章 偏移射流数值模拟结果分析
    3.1 模型建立与网格划分
        3.1.1 模型建立
        3.1.2 网格生成技术
        3.1.3 偏移射流的网格划分
    3.2 求解方法与网格无关性
        3.2.1 求解方法
        3.2.2 边界条件设定
        3.2.3 网格无关性
    3.3 不同两方程模型计算结果分析
        3.3.1 速度场比较
        3.3.2 湍动能与湍流耗散率
        3.3.3 再附着长度与表面摩擦系数
        3.3.4 AKN模型系数修正
    3.4 本章小结
第四章 加热偏移射流数值模拟结果分析
    4.1 模型建立与网格划分
        4.1.1 模型建立
        4.1.2 偏移射流的网格划分
    4.2 求解方法与网格无关性
        4.2.1 求解方法
        4.2.2 边界条件设定
        4.2.3 网格无关性
    4.3 不同两方程模型计算结果分析
        4.3.1 温度场比较
        4.3.2 速度场与压力场比较
        4.3.3 AKN模型系数修正
    4.4 本章小结
第五章 贴壁射流数值模拟结果分析
    5.1 模型建立与网格划分
        5.1.1 模型建立
        5.1.2 贴壁射流的网格划分
    5.2 求解方法与网格无关性
        5.2.1 求解方法
        5.2.2 边界条件设定
        5.2.3 网格无关性
    5.3 不同两方程模型计算结果分析
        5.3.1 速度场比较
        5.3.2 温度场比较
        5.3.3 底部传热系数的对比
        5.3.4 AKN模型系数修正
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 全文总结
    6.2 研究展望
致谢
参考文献
附录 作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目



本文编号：3935625