湍流模型簡(jiǎn)介以及kε模型詳解PPT課件

1、湍流的基本概念 層流和湍流是兩種不同的基本流態(tài)。它們的區(qū)分變化可以用雷諾數(shù)來量化。雷諾數(shù)較小時(shí)（小于2000），黏滯力對(duì)流場(chǎng)的影響大于慣性力，流場(chǎng)中流速的擾動(dòng)會(huì)因黏滯力而衰減，流體流動(dòng)穩(wěn)定，為層流；反之，若雷諾數(shù)較大時(shí)，慣性力對(duì)流場(chǎng)的影響大于黏滯力，流體流動(dòng)較不穩(wěn)定，流速的微小變化容易發(fā)展、增強(qiáng)，形成紊亂、不規(guī)則的湍流流場(chǎng)。 在內(nèi)燃機(jī)整個(gè)工作循環(huán)中，其缸內(nèi)氣體能量始終在進(jìn)行著極為復(fù)雜而又強(qiáng)烈瞬變的湍流運(yùn)動(dòng)。這種湍流運(yùn)動(dòng)是內(nèi)燃機(jī)工作和燃燒過程中各個(gè)物理化學(xué)子過程的一個(gè)共同基礎(chǔ)。它決定了各種量在缸內(nèi)的輸運(yùn)極其空間分布，它對(duì)可燃 混合氣的形成極其濃度場(chǎng)、火焰?zhèn)鞑ニ俾屎腿紵焚|(zhì)、缸壁的傳熱及污染物的形

2、成等都具有直接的、本質(zhì)的影響。因此，要正確地從微觀上模擬和分析內(nèi)燃機(jī)的燃燒，絕對(duì)離不開對(duì)缸內(nèi)湍流運(yùn)動(dòng)的正確描述和模擬。也正是基于這一原因，內(nèi)燃機(jī)燃燒的零維和準(zhǔn)維模型被稱為熱力學(xué)模型或現(xiàn)象模型，而多維模型則被稱為流體動(dòng)力學(xué)或CFD模型。第1頁(yè)/共17頁(yè)內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)湍流流動(dòng)的特點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算表明，缸內(nèi)湍流的主要來源是進(jìn)氣射流通過氣閥時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)烈剪切層以及射流與缸壁的碰撞。在進(jìn)氣沖程中期，即進(jìn)氣進(jìn)行最猛烈時(shí)，缸內(nèi)湍流度達(dá)到其峰值。此時(shí)湍流分布很不均勻，而且是各向異性的，主要可分為射流內(nèi)的高湍流度區(qū)和其余部分的低湍流度區(qū)。隨著平均流速的減小，湍流開始衰減。同時(shí)，由于對(duì)流和擴(kuò)散作用，整個(gè)缸內(nèi)湍流趨向于

3、均勻化和各向同性化。在壓縮沖程中，盡管進(jìn)氣產(chǎn)生的主渦流還殘留在缸內(nèi)，但已經(jīng)很弱并且繼續(xù)衰減?；钊麎嚎s產(chǎn)生的正應(yīng)力和缸壁的剪切應(yīng)力對(duì)湍流的生成雖有一定的貢獻(xiàn)，但由于耗散大于生產(chǎn)，故總的效果是湍流持續(xù)衰減。實(shí)驗(yàn)表明，TDC時(shí)的平均湍流度是進(jìn)氣體積流率的線性函數(shù)，或與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。通常認(rèn)為，接近TDC時(shí)，湍流基本成為各向同性，這也得到k-模型計(jì)算結(jié)果的證實(shí)。但Jennings和Morel用雷諾應(yīng)力模型的意思表明，對(duì)軸對(duì)稱的一維壓縮情況，到TDC時(shí)的湍流并非各向同性，軸向正應(yīng)力遠(yuǎn)大于其他兩個(gè)方向，因此有必須要以后對(duì)此再深入研究。（內(nèi)燃機(jī)計(jì)算燃燒學(xué)解茂昭）第2頁(yè)/共17頁(yè)湍流的影響因素 旋流和滾流

4、的影響 燃燒室形狀的影響 燃油噴射和燃燒的影響第3頁(yè)/共17頁(yè)內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)湍流流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型第4頁(yè)/共17頁(yè)第5頁(yè)/共17頁(yè)湍流黏性系數(shù)模型第6頁(yè)/共17頁(yè)零方模型簡(jiǎn)介：第7頁(yè)/共17頁(yè)單方程模型湍能的k方程模型簡(jiǎn)介：第8頁(yè)/共17頁(yè)雙方程模型的產(chǎn)生必要性：第9頁(yè)/共17頁(yè)k-模型的由來：第10頁(yè)/共17頁(yè)k方程和方程第11頁(yè)/共17頁(yè)1,標(biāo)準(zhǔn)的K-模型第12頁(yè)/共17頁(yè)2，k-模型的壓縮性修正第13頁(yè)/共17頁(yè)第14頁(yè)/共17頁(yè)3，k-模型的強(qiáng)旋流修正第15頁(yè)/共17頁(yè)總結(jié) k -模型是目前應(yīng)用最廣泛的兩方程紊流模型。大量的工程應(yīng)用實(shí)踐表明，該模型可以計(jì)算比較復(fù)雜的紊流，比如它可以較好地預(yù)測(cè)無(wú)浮力的平面射流，平壁邊界層流動(dòng)，管流，通道流動(dòng)，噴管內(nèi)的流動(dòng)，以及二維和三級(jí)無(wú)旋和弱旋加流流動(dòng)等。但從定量結(jié)果來看，它還沒有比代數(shù)模型表現(xiàn)在出更明顯的優(yōu)勢(shì)。隨著空化流動(dòng)理論和計(jì)算方法的發(fā)展，數(shù)值計(jì)算逐漸成為空化現(xiàn)象研究的有力手段。對(duì)于空化流動(dòng)這種復(fù)雜的湍流進(jìn)行模擬，湍流模型是一個(gè)重要方面。最初，人們廣泛采用了標(biāo)準(zhǔn)的k -模型，由于空化流動(dòng)中汽泡的生成和潰滅過程對(duì)湍流發(fā)展的影響,引起空化流動(dòng)中湍動(dòng)能產(chǎn)生項(xiàng)和彌散項(xiàng)間的不平衡，這種模型并不能很好地模擬空化流動(dòng)。除了標(biāo)準(zhǔn)k -模型外還諸如RNGk -模型等多種改進(jìn)模型，這些模型在預(yù)測(cè)浮力影