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湍流模型和壁面函數(shù)對室內(nèi)空氣流動數(shù)值模擬的影響

發(fā)布時間:2020-12-03 00:43
  以室內(nèi)有隔板的低雷諾數(shù)空氣流動模型的試驗數(shù)據(jù)為依據(jù),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(shù)(標準壁面函數(shù)、可伸縮壁面函數(shù)、非平衡壁面函數(shù)和增強型壁面函數(shù))對室內(nèi)空氣時均流場的預(yù)測能力.結(jié)果表明,重整化群k-ε模型的預(yù)測效果相對最佳,但4種湍流模型的預(yù)測能力差別不顯著,預(yù)測值與試驗值均吻合較好.對于中等疏密度網(wǎng)格,標準壁面函數(shù)對網(wǎng)格和流動的適應(yīng)性最好,預(yù)測能力最佳,而其他3種壁面函數(shù)的處理能力一般. 

【文章來源】:上海理工大學(xué)學(xué)報. 2017年01期 第81-85頁 北大核心

【文章頁數(shù)】:5 頁

【部分圖文】:

湍流模型和壁面函數(shù)對室內(nèi)空氣流動數(shù)值模擬的影響


圖1通風房間模型示意圖Fig.1Schematicviewofaventilationroommodel

壁面函數(shù),重整化群,模型


unction能太小,否則會影響數(shù)值解的準確性.表2是3種模型在3種網(wǎng)格和標準壁面函數(shù)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(shù)選用問題,因此,表2未給出該模型的y+.顯然,3種網(wǎng)格不滿足y+>15的要求,但若將壁面處網(wǎng)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(wǎng)格的模擬值與試驗值的吻合度均較好,因此,標準壁面函數(shù)對中等密度網(wǎng)格的適應(yīng)性良好.圖5是采用重整化群k-ε模型和4種壁面函數(shù)時的模擬值比較.由圖5可知,標準壁面函數(shù)、可伸縮壁面函數(shù)、非平衡壁面函數(shù)與增強型壁面函數(shù)的計算結(jié)果有較明顯的差異.表2壁面第一層網(wǎng)格的無量綱距離Tab.2Non-dimensionaldistancenearwallforthefirstlayerofmesh網(wǎng)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(shù)模擬結(jié)果比較Fig.5VelocitycomparisonamongtheresultsbytheRNGk-εmodelandfourwallfunctions文獻[12]建議在y+<11時采用可伸縮壁面函數(shù),以避免標準壁面函數(shù)的模擬值因網(wǎng)格過密而可能偏離實際值.從表2可知,mesh-5網(wǎng)格的y+滿足可伸縮壁面函數(shù)的適用條件,該壁面函數(shù)對流動的

示意圖,通風房間,模型,示意圖


低速送風時,近壁面區(qū)的低雷諾數(shù)效應(yīng)明顯.因此,文獻認為對近壁面區(qū)流動應(yīng)直接計算,湍流模型也應(yīng)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(yù)測效果、壁面附近流動的處理以及網(wǎng)格要求,本文以機械通風模型的試驗數(shù)據(jù)為依據(jù)[3],采用ANSYSFluent軟件,對幾種常用的湍流統(tǒng)計模型和壁面函數(shù)的預(yù)測能力進行比較,為建筑通風問題的數(shù)值預(yù)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(nèi)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(guān)于隔板對稱.模擬流動時,建筑內(nèi)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(cè)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(cè)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(cè)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(guān)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
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碩士論文
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本文編號:2895711

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