- 作者：王军锋，许浩洁（江苏大学能源与动力工程学院）
- 出处：江苏大学学报(自然科学版)
2020 第41卷 第1期 P27-33 1671-7775 - 关键词：挡板绕流；模型对比；计算流体力学；数值模拟；湍流；涡旋
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摘要：为了对比研究不同湍流模型在预测挡板绕流过程中的准确性与差异性,基于所设计的新型抛光粉尘湿法处理系统,分别选取了标准（Standard）κ-ε、重整规划群（RNG）κ-ε、剪切应力传输（SST）κ-ω以及雷诺应力模型（RSM）等4种雷诺时均（RANS）湍流模型,对该系统内不同挡板参数下绕流流动中的涡旋特性进行了数值模拟,并与试验值进行对比.结果表明:上述湍流模型均能较好地刻画装置内部气相旋转流动的主要特征,其中Standard
κ-ε与RNG κ-ε模型在涡旋结构预测方面更为准确;在进出口压降及压力分布的对比中,基于Standard
κ-ε模型的计算结果较其他3种湍流模型偏差要大;RNG
κ-ε模型对涡旋纵向速度的预测结果与试验结果最为接近,而在横向速度的预测中,SST κ-ω模型则表现出更高的准确性.
- 下为部分内容：
化化学反应、传热传质及多相混合，对过程强化有着重要影响． 湍流作为一种以混沌性质变化为特征的流动，流动过程试验研究难度大且成本高，其流场中大小不同的非定常涡结构间的相互作用形成了极其复杂的流动状 - 态，至今仍难以用确切的物理模型进行描述．随着计算流体力学(CFD) 技术的快速发展，数值模拟已逐渐发展成为低成本、高效率的湍流预测方法，工程应用广泛． 常用的数值模拟方法主要有直接数值模拟(DNS)、大涡模拟( LES) 及雷诺时均(ＲANS)方法等，其中湍流的非定常、多尺度等特性使得DNS 的湍流计算代价巨大，且在有限的计算条件下，难以实现对工程
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中复杂湍流的预测，而在Navier-Stokes 方程的求解中，湍流模型的引入可大幅降低计算量． LES
的处理方式是对大尺度涡进行直接模拟，对小尺度涡采用湍流模型描述，计算难度得到一定改善． 而ＲANS
则完全通过模型求解，最大限度减少了计算量，已成为主要的工程数值计算方法． 其基本思想是将avier-Stokes
方程对时间进行平均，从而将非定常湍流问题转化为定常问题． 目前，湍流模型虽然种类多样，但仍然缺乏普适性模型．
对于这一问题，许多学者［3 －
5］已对不同湍流模型在流化床、旋风分离器、轴流泵及离心泵等众多工业应用中的适用性进行了对比分析，得到了不同湍流模型的适用范围．
由此可见，对于不同流动环境下湍流模型的合理选取是提高湍流预测准确性与可靠性的重要保障．
近年来，针对圆柱、方形等规则形状钝体绕流数值模拟中的湍流模型适用性问题，许多学者［6 － 8］进行了大量的研究． 而对于挡板绕流，多集中于不同挡板结构参数下流体流动及对流换热的变化规律的研究［9 － 10］，较少涉及不同湍流模型对流动过程预测结果的对比研究，尤其当绕流挡板为不规则异形结构时． 因此，笔者基于所设计的抛光粉尘湿法除尘系统［11］，选用4 种典型雷诺时均(ＲANS)湍流模型:标准(Standard)κ-ε、重整规划群(ＲNG)κ-ε、剪切应力传输(SST) κ-ω 以及雷诺应力(ＲSM) 模型，对弓形绕流结构诱导产生的涡旋区域内的涡旋结构、压力分布及速度分布等关键参数进行数值模拟对比研究，并进行试验验证，进而分析不同湍流模型对于该绕流流动过程的适用性．