流體機(jī)械旋轉(zhuǎn)湍流計(jì)算模型研究進(jìn)展

1、    流體機(jī)械旋轉(zhuǎn)湍流計(jì)算模型研究進(jìn)展    摘 要：旋轉(zhuǎn)湍流是水輪機(jī)、風(fēng)力機(jī)以及壓縮機(jī)等流體機(jī)械中的典型流動(dòng)現(xiàn)象，從目前的發(fā)展情況來(lái)看，存在多種湍流模型，不同的湍流模型適用于不同的情況，目前并沒有一種湍流模型適用于所有情況，因此想要正確的使用湍流模型需要根據(jù)具體的實(shí)際需求進(jìn)行選擇。本文從湍流模型的發(fā)展入手，具體闡述了多種不同的模擬方法，并且對(duì)湍流模型的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。關(guān)鍵詞：流體機(jī)械；旋轉(zhuǎn)湍流；模型研究；發(fā)展通過研究，我們不難發(fā)現(xiàn)，流體機(jī)械流動(dòng)的重點(diǎn)是其葉輪內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。通過對(duì)流動(dòng)的分析我們能夠分辨其速度壓力等物理量都有不同的分布。對(duì)于一

2、些不同的漩渦結(jié)構(gòu)，其能量的損失也不同。在眾多的流體力學(xué)中流體機(jī)械流動(dòng)可以稱之為最復(fù)雜的流動(dòng)之一，其在流動(dòng)的過程中受到各種不同因素的影響，一個(gè)非常小的因素就可能直接決定流體機(jī)械的流動(dòng)情況，因此在具體的使用過程中要多加注意?，F(xiàn)在存在多種不同的湍流模型，但從目前的發(fā)展情況來(lái)看，并沒有一個(gè)湍流模型適用于各種情況，因此在選擇時(shí)一定要根據(jù)具體的實(shí)際情況來(lái)分析湍流模型的優(yōu)缺點(diǎn)，從而才能選擇合適的湍流模型。一、雷諾時(shí)均模擬方法雷諾時(shí)均模擬方法又可以簡(jiǎn)稱為rans模擬方法。雷諾時(shí)均模擬方法與其他模擬方法的區(qū)別在于，并不是直接通過計(jì)算瞬時(shí)的方程來(lái)進(jìn)行研究，而是通過研究瞬時(shí)的脈沖動(dòng)量，將瞬時(shí)的脈沖動(dòng)量通過方程的形式

3、表現(xiàn)出來(lái)。如今雷諾時(shí)均的模擬方法是最經(jīng)常使用的一種湍流數(shù)值模擬方法。在采用雷諾時(shí)均模擬方法的時(shí)候，由于在研究的過程中沒有一種特定的物理定律來(lái)對(duì)整個(gè)現(xiàn)象進(jìn)行描述，因此在研究的過程中需要進(jìn)行假設(shè)。渦粘模型的基本思想是引入湍動(dòng)黏度t，然后根據(jù)boussinesq假定把雷諾應(yīng)力表示成t的函數(shù)。雷諾時(shí)均模擬方法被經(jīng)常用于模擬穩(wěn)態(tài)的流動(dòng)，因?yàn)槠涮匦栽诖搜芯糠矫娓邇?yōu)勢(shì)。但是在具體的研究過程中仍然存在一些物理問題，其中時(shí)間的非穩(wěn)定性就是最大的一個(gè)問題。-模型簡(jiǎn)單地說就是通過引入相應(yīng)的湍動(dòng)能k和湍動(dòng)耗散率來(lái)完成整個(gè)方程的運(yùn)算，該模型是十分典型的一個(gè)雷諾時(shí)均模型，同樣也是非常典型的渦粘模型。-模型具有非常的優(yōu)勢(shì)

4、，在研究的過程中計(jì)算十分穩(wěn)定，而且計(jì)算率較高，整個(gè)模型又十分簡(jiǎn)單，因此被廣泛地應(yīng)用在湍流模擬中。二、尺度解析模擬方法上文提到的雷諾時(shí)均模擬方法雖然受到了廣泛的歡迎，但是在具體的研究過程中仍然存在一些不可避免的問題。其中最為嚴(yán)重的兩個(gè)問題就是，如果水泵失速流場(chǎng)，雷諾時(shí)均模擬方法的計(jì)算就會(huì)出現(xiàn)一定的問題，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)計(jì)算精度不準(zhǔn)確。其次如果在研究的過程中需要更多的瞬態(tài)信息，那么就不能使用雷諾時(shí)均的模擬方法。面對(duì)這種情況，則可以選擇尺度解析的模擬方法。面對(duì)以上兩個(gè)問題，尺度解析模擬方法均能很好的進(jìn)行解決。尺度解析模擬方法簡(jiǎn)稱為srs，簡(jiǎn)單地說就是對(duì)小部分的湍流進(jìn)行直接性的求解。雖然這種方法看似較為簡(jiǎn)單

5、，但是在具體的使用過程中無(wú)法保證計(jì)算效率。尺度解析模擬方法中包括大渦模擬模型，大渦模擬模型可以用在求解瞬態(tài)流動(dòng)的問題，同時(shí)也是較為經(jīng)典的一種方法。其主要的原理是在fourier空間或物理空間上對(duì)瞬態(tài)navier-stokes方程進(jìn)行濾波處理。三、轉(zhuǎn)捩模型上述提到的一些模型都是湍流模型，因此適用的范圍較小，僅僅適用于湍流的數(shù)值模擬研究中，簡(jiǎn)單地說就是一種理想化的研究方式。但是在具體的研究過程中會(huì)出現(xiàn)各種意想不到的問題，其中層流到湍流的轉(zhuǎn)捩就是最為明顯的一個(gè)現(xiàn)象，因此在研究該問題的過程中就不能再繼續(xù)使用上述模型進(jìn)行研究。此時(shí)則可以采用專門的轉(zhuǎn)捩模型進(jìn)行研究。在研究的過程中不難發(fā)現(xiàn)，如果出現(xiàn)了轉(zhuǎn)捩問

6、題再繼續(xù)使用湍流模型的研究方式，情況不嚴(yán)重的話可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)值出現(xiàn)一些偏差，但是如果出現(xiàn)嚴(yán)重的問題，則會(huì)導(dǎo)致整個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是錯(cuò)誤的。之所以會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)捩的情況，最為主要的原因是受到了壓力梯度的影響。在研究轉(zhuǎn)捩問題的過程中需要注意的問題是，要對(duì)轉(zhuǎn)捩的長(zhǎng)度進(jìn)行判斷。根據(jù)目前的發(fā)展情況來(lái)看，由于轉(zhuǎn)捩具有一定的復(fù)雜性，因此在研究的過程中還沒有一個(gè)十分準(zhǔn)確的模擬，因此主要通過經(jīng)驗(yàn)或者是半經(jīng)驗(yàn)方法進(jìn)行研究，其中較為經(jīng)典的模式是en方法。在采用en方法的過程中需要注意的是，一定要盡可能多的利用振動(dòng)演化的理論進(jìn)行預(yù)測(cè)，這是研究的一種重點(diǎn)，因此在研究的過程中一定要多加注意。如今轉(zhuǎn)捩模型中-ret模型是當(dāng)前被使用最為廣

7、泛的一個(gè)模型。該種模型主要分為兩種形式，分為是轉(zhuǎn)捩模型，其次是間接轉(zhuǎn)捩模型。四、局部時(shí)均化模型以上提到的一些模型均有較長(zhǎng)時(shí)間的研究歷史，但是局部時(shí)均化模型是近幾年才出現(xiàn)的新型湍流求解模式。想要對(duì)局部時(shí)均化模型進(jìn)行更好的理解可以將其理解為一種準(zhǔn)dns方法。在研究過程中采用該種模型主要是通過兩個(gè)參數(shù)，未分解湍動(dòng)能與總湍動(dòng)能的比率fk和未分解耗散與總耗散的比率 f。該種模型湍流數(shù)值預(yù)測(cè)的計(jì)算中具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，因此當(dāng)前被廣泛的進(jìn)行運(yùn)用。該模型能夠還能夠被運(yùn)用在其他領(lǐng)域，總體來(lái)說該模型是一種具有良好發(fā)展前景的求解模型。pans模型最早由girimaji等提出，基于標(biāo)準(zhǔn)-模型而建立。五、結(jié)語(yǔ)綜上所述，對(duì)于流體機(jī)械旋轉(zhuǎn)湍流計(jì)算模型的研究，應(yīng)該從多個(gè)方面進(jìn)行入手，要對(duì)其流動(dòng)機(jī)理進(jìn)行充分的了解，并且對(duì)流動(dòng)進(jìn)行提前預(yù)測(cè)。對(duì)整個(gè)流動(dòng)進(jìn)行控制從而再設(shè)計(jì)更加有意義的法方程設(shè)計(jì)。在這里值得一提的是，流場(chǎng)測(cè)試技術(shù)在快速的發(fā)展，傳統(tǒng)的模型中的被?；牟糠挚赡茉谌蘸髸?huì)被直接求解。參考文獻(xiàn)：1周