基于OpenFOAM的平壁射流氣膜冷卻的大渦模擬研究.pdf

1、氣膜冷卻技術(shù)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展至關(guān)重要，但直接研究渦輪葉片上的氣膜冷卻問(wèn)題比較復(fù)雜。本文將問(wèn)題簡(jiǎn)化，直接對(duì)平板壁面射流氣膜冷卻進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。采用開源軟件OpenFOAM中pisoFoam求解器以及RANS和大渦模擬數(shù)值方法。主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　首先對(duì)所使用的數(shù)值模型進(jìn)行了推導(dǎo)分析介紹。然后對(duì)pisoFoam求解器進(jìn)行了驗(yàn)證。通過(guò)對(duì)平面槽道流動(dòng)和后臺(tái)階流動(dòng)的數(shù)值模擬，證明了應(yīng)用pisoFoam求解器可以得到與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2、非常接近的數(shù)值解。另外，對(duì)pisoFoam求解器進(jìn)行了修改編譯、添加了溫度方程，重命名為new_pisoFoam。通過(guò)分析溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)，證明了本文中自行添加的溫度方程是可依賴的。
　　最后應(yīng)用new_pisoFoam求解器對(duì)平板壁面射流氣膜冷卻算例分別進(jìn)行了RANS和大渦數(shù)值模擬。其中RANS模擬應(yīng)用了Launder-Sharma低雷諾數(shù)兩方程模型;大渦模擬選用了Smagorinsky渦粘模型和自行編譯的動(dòng)態(tài)Smagorinsky渦

3、粘模型。通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，本文得到以下結(jié)論:應(yīng)用RANS方法得到的數(shù)值解和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合。但RANS無(wú)法提供瞬時(shí)的湍動(dòng)信息，因此不能給出更為詳細(xì)的流場(chǎng)信息。而應(yīng)用大渦模擬得到的三維數(shù)值解，在速度、脈動(dòng)速度、剪切應(yīng)力方面與實(shí)驗(yàn)值吻合地非常好。尤其是動(dòng)態(tài)Smagorinsky渦粘模型給出了較為精確地壁面附近的流場(chǎng)信息。但是LES方法得到的壁面冷卻效率不如RANS結(jié)果好，這主要因?yàn)樘砑拥臏囟确匠滩贿m用于LES方法，與LES