湍流模型和壁面函數對室內空氣流動數值模擬的影響
發(fā)布時間：2020-12-03 00:43
以室內有隔板的低雷諾數空氣流動模型的試驗數據為依據,利用ANSYS Fluent軟件,比較了4種湍流統(tǒng)計模型（標準k-ε模型、可實現(xiàn)k-ε模型、重整化群k-ε模型和SST k-ω模型）及4種壁面函數（標準壁面函數、可伸縮壁面函數、非平衡壁面函數和增強型壁面函數）對室內空氣時均流場的預測能力.結果表明,重整化群k-ε模型的預測效果相對最佳,但4種湍流模型的預測能力差別不顯著,預測值與試驗值均吻合較好.對于中等疏密度網格,標準壁面函數對網格和流動的適應性最好,預測能力最佳,而其他3種壁面函數的處理能力一般.
【文章來源】：上海理工大學學報. 2017年01期 第81-85頁 北大核心
【文章頁數】：5 頁
【部分圖文】：
圖１通風房間模型示意圖Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｖｉｅｗｏｆａｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎｒｏｏｍｍｏｄｅｌ
ｕｎｃｔｉｏｎ能太小，否則會影響數值解的準確性．表２是３種模型在３種網格和標準壁面函數時的ｙ＋ｍａｘ（計算域中固壁面ｙ＋的最大值），因ＳＳＴｋ－ω模型沒有壁面函數選用問題，因此，表２未給出該模型的ｙ＋．顯然，３種網格不滿足ｙ＋＞１５的要求，但若將壁面處網格繼續(xù)增大，則計算收斂性變差，且從前文分析可知，３種網格的模擬值與試驗值的吻合度均較好，因此，標準壁面函數對中等密度網格的適應性良好．圖５是采用重整化群ｋ－ε模型和４種壁面函數時的模擬值比較．由圖５可知，標準壁面函數、可伸縮壁面函數、非平衡壁面函數與增強型壁面函數的計算結果有較明顯的差異．表２壁面第一層網格的無量綱距離Ｔａｂ．２Ｎｏｎ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｄｉｓｔａｎｃｅｎｅａｒｗａｌｌｆｏｒｔｈｅｆｉｒｓｔｌａｙｅｒｏｆｍｅｓｈ網格標準ｋ－ε模型可實現(xiàn)ｋ－ε模型重整化群ｋ－ε模型ｍｅｓｈ－１２．５＜１５．０＜９．８＜９．６ｍｅｓｈ－８＜１１．７＜８．１＜７．４ｍｅｓｈ－５＜８．０＜５．４＜５．４圖５重整化群ｋ－ε模型和４種壁面函數模擬結果比較Ｆｉｇ．５ＶｅｌｏｃｉｔｙｃｏｍｐａｒｉｓｏｎａｍｏｎｇｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｂｙｔｈｅＲＮＧｋ－εｍｏｄｅｌａｎｄｆｏｕｒｗａｌｌｆｕｎｃｔｉｏｎｓ文獻［１２］建議在ｙ＋＜１１時采用可伸縮壁面函數，以避免標準壁面函數的模擬值因網格過密而可能偏離實際值．從表２可知，ｍｅｓｈ－５網格的ｙ＋滿足可伸縮壁面函數的適用條件，該壁面函數對流動的
低速送風時，近壁面區(qū)的低雷諾數效應明顯．因此，文獻認為對近壁面區(qū)流動應直接計算，湍流模型也應采用ＬＥＳ（大渦模擬）法［２］，但該方法的計算成本相對較高．為明確各湍流模型的預測效果、壁面附近流動的處理以及網格要求，本文以機械通風模型的試驗數據為依據［３］，采用ＡＮＳＹＳＦｌｕｅｎｔ軟件，對幾種常用的湍流統(tǒng)計模型和壁面函數的預測能力進行比較，為建筑通風問題的數值預測提供參考．１計算方法建筑通風模型取自試驗研究［３］，如圖１所示，房間模型內的隔板位于模型中間且高度為房間高度Ｈ的一半，氣流由進口流入，出口流出，進、出口面的尺寸相同且位置關于隔板對稱．模擬流動時，建筑內外無溫差，控制方程為連續(xù)性方程、Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和湍流模型方程，方程具體形式可參見文獻［１１］．坐標原點Ｏ位于房間左側墻與地面交線的中點，沿房間長、寬和高的方向依次為ｘ，ｙ和ｚ軸．試驗［３］給出了圖１中Ｌ１（位于進口面中心且垂直該面的線段）和Ｌ２（位于房間對稱面上且ｚ＝Ｈ／４的線段）處的ｚ向速度ｕｚ．為方便討論，以隔板為界，將流域分為進口區(qū)域和出口區(qū)域，并將Ｌ２上靠近隔板右側壁面附近區(qū)域定義為Ａ域，Ｌ２與Ｌ１的交點附近區(qū)域定義為Ｂ域，Ｌ２與模型右側墻面相交的附近區(qū)域定義為Ｃ域．命名ｙ＝０的面為ｓｙｍ面，由于整個流動關于ｓｙｍ面對稱，因此，計算域沿ｓｙｍ面取為模型的一半．進口處氣流速度按試驗取為０．２３５ｍ／ｓ［３］，
【參考文獻】：
博士論文
[1]高溫液態(tài)爐渣機械離心�；瘷C理及關鍵技術研究[D]. 王東.青島理工大學 2018
碩士論文
[1]高寒環(huán)境下動車組制動盤溫度場和熱應力場分析[D]. 初明澤.大連交通大學 2019
[2]微型植物工廠隔熱材料及微環(huán)境優(yōu)化[D]. 徐超.江蘇大學 2019
[3]雙向內外管壓差流量計自動建模仿真優(yōu)化技術研究[D]. 樊寶桐.中北大學 2019
[4]六種低雷諾數k-ε模型對偏移射流及貼壁射流的數值模擬及對比分析[D]. 湯海鋒.杭州電子科技大學 2019
[5]基于FLUENT的風機機組機艙內部散熱與流場分析[D]. 王白月.沈陽工業(yè)大學 2018
[6]東北農業(yè)大學風環(huán)境模擬與景觀改造[D]. 李彬洋.東北農業(yè)大學 2018
[7]三叉桿滑移式萬向聯(lián)軸器流固耦合及傳熱分析[D]. 孫琳琳.青島科技大學 2018
[8]風載作用下大型鋼結構吊裝過程安全性分析[D]. 陳鵬.東南大學 2017
本文編號：2895711
【文章來源】：上海理工大學學報. 2017年01期 第81-85頁 北大核心
【文章頁數】：5 頁
【部分圖文】：
圖１通風房間模型示意圖Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｖｉｅｗｏｆａｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎｒｏｏｍｍｏｄｅｌ
ｕｎｃｔｉｏｎ能太小，否則會影響數值解的準確性．表２是３種模型在３種網格和標準壁面函數時的ｙ＋ｍａｘ（計算域中固壁面ｙ＋的最大值），因ＳＳＴｋ－ω模型沒有壁面函數選用問題，因此，表２未給出該模型的ｙ＋．顯然，３種網格不滿足ｙ＋＞１５的要求，但若將壁面處網格繼續(xù)增大，則計算收斂性變差，且從前文分析可知，３種網格的模擬值與試驗值的吻合度均較好，因此，標準壁面函數對中等密度網格的適應性良好．圖５是采用重整化群ｋ－ε模型和４種壁面函數時的模擬值比較．由圖５可知，標準壁面函數、可伸縮壁面函數、非平衡壁面函數與增強型壁面函數的計算結果有較明顯的差異．表２壁面第一層網格的無量綱距離Ｔａｂ．２Ｎｏｎ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｄｉｓｔａｎｃｅｎｅａｒｗａｌｌｆｏｒｔｈｅｆｉｒｓｔｌａｙｅｒｏｆｍｅｓｈ網格標準ｋ－ε模型可實現(xiàn)ｋ－ε模型重整化群ｋ－ε模型ｍｅｓｈ－１２．５＜１５．０＜９．８＜９．６ｍｅｓｈ－８＜１１．７＜８．１＜７．４ｍｅｓｈ－５＜８．０＜５．４＜５．４圖５重整化群ｋ－ε模型和４種壁面函數模擬結果比較Ｆｉｇ．５ＶｅｌｏｃｉｔｙｃｏｍｐａｒｉｓｏｎａｍｏｎｇｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｂｙｔｈｅＲＮＧｋ－εｍｏｄｅｌａｎｄｆｏｕｒｗａｌｌｆｕｎｃｔｉｏｎｓ文獻［１２］建議在ｙ＋＜１１時采用可伸縮壁面函數，以避免標準壁面函數的模擬值因網格過密而可能偏離實際值．從表２可知，ｍｅｓｈ－５網格的ｙ＋滿足可伸縮壁面函數的適用條件，該壁面函數對流動的
低速送風時，近壁面區(qū)的低雷諾數效應明顯．因此，文獻認為對近壁面區(qū)流動應直接計算，湍流模型也應采用ＬＥＳ（大渦模擬）法［２］，但該方法的計算成本相對較高．為明確各湍流模型的預測效果、壁面附近流動的處理以及網格要求，本文以機械通風模型的試驗數據為依據［３］，采用ＡＮＳＹＳＦｌｕｅｎｔ軟件，對幾種常用的湍流統(tǒng)計模型和壁面函數的預測能力進行比較，為建筑通風問題的數值預測提供參考．１計算方法建筑通風模型取自試驗研究［３］，如圖１所示，房間模型內的隔板位于模型中間且高度為房間高度Ｈ的一半，氣流由進口流入，出口流出，進、出口面的尺寸相同且位置關于隔板對稱．模擬流動時，建筑內外無溫差，控制方程為連續(xù)性方程、Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和湍流模型方程，方程具體形式可參見文獻［１１］．坐標原點Ｏ位于房間左側墻與地面交線的中點，沿房間長、寬和高的方向依次為ｘ，ｙ和ｚ軸．試驗［３］給出了圖１中Ｌ１（位于進口面中心且垂直該面的線段）和Ｌ２（位于房間對稱面上且ｚ＝Ｈ／４的線段）處的ｚ向速度ｕｚ．為方便討論，以隔板為界，將流域分為進口區(qū)域和出口區(qū)域，并將Ｌ２上靠近隔板右側壁面附近區(qū)域定義為Ａ域，Ｌ２與Ｌ１的交點附近區(qū)域定義為Ｂ域，Ｌ２與模型右側墻面相交的附近區(qū)域定義為Ｃ域．命名ｙ＝０的面為ｓｙｍ面，由于整個流動關于ｓｙｍ面對稱，因此，計算域沿ｓｙｍ面取為模型的一半．進口處氣流速度按試驗取為０．２３５ｍ／ｓ［３］，
【參考文獻】：
博士論文
[1]高溫液態(tài)爐渣機械離心�；瘷C理及關鍵技術研究[D]. 王東.青島理工大學 2018
碩士論文
[1]高寒環(huán)境下動車組制動盤溫度場和熱應力場分析[D]. 初明澤.大連交通大學 2019
[2]微型植物工廠隔熱材料及微環(huán)境優(yōu)化[D]. 徐超.江蘇大學 2019
[3]雙向內外管壓差流量計自動建模仿真優(yōu)化技術研究[D]. 樊寶桐.中北大學 2019
[4]六種低雷諾數k-ε模型對偏移射流及貼壁射流的數值模擬及對比分析[D]. 湯海鋒.杭州電子科技大學 2019
[5]基于FLUENT的風機機組機艙內部散熱與流場分析[D]. 王白月.沈陽工業(yè)大學 2018
[6]東北農業(yè)大學風環(huán)境模擬與景觀改造[D]. 李彬洋.東北農業(yè)大學 2018
[7]三叉桿滑移式萬向聯(lián)軸器流固耦合及傳熱分析[D]. 孫琳琳.青島科技大學 2018
[8]風載作用下大型鋼結構吊裝過程安全性分析[D]. 陳鵬.東南大學 2017
本文編號：2895711
本文鏈接：http://www.wukwdryxk.cn/kejilunwen/lxlw/2895711.html
教材專著
