一种基于时间尺度的旋转湍流涡粘阻尼的计算方法技术

本发明专利技术涉及工程计算水力学，提供了一种基于时间尺度的旋转湍流涡粘阻尼的计算方法，包括：根据旋转湍流的特征频率获取解析时间尺度、模化时间尺度和相对螺旋度；根据解析时间尺度、模化时间尺度和相对螺旋度，获取旋转湍流的涡粘阻尼。本发明专利技术提供的基于时间尺度的旋转湍流涡粘阻尼的计算方法，涡粘阻尼的计算无需联系网格空间尺度，有利于保证数值计算的高效性和鲁棒性；新的时间尺度经验表达式能直接适应强瞬态、高脉动、大分离的流动工况；明确考虑了水力机械内显著存在的能量反级串输运现象。该计算方法在应用中能在适应流动特点的同时更好地兼顾计算精度与计算成本，可为水力机械内旋转湍流的高效解析提供新思路。

A calculation method of eddy viscosity damping in rotating Turbulence Based on time scale

【技术实现步骤摘要】
一种基于时间尺度的旋转湍流涡粘阻尼的计算方法
本专利技术涉及工程计算水力学，特别涉及一种基于时间尺度的旋转湍流涡粘阻尼的计算方法。
技术介绍
近年来，在经典涡粘模型的基础上开发可兼顾计算精度与计算效率的湍流模型一直是工程计算水力学领域的热点工作。为保证工程流动的高效解析，MIT的Emilio教授利用时间尺度计算涡粘阻尼来调节湍动粘度，进而拓展湍流模型的解析能力。该方法在激活阻尼函数时无需联系网格的空间尺度，可降低数值计算对网格数量、质量及区域配置方案的要求，进而提高数值计算的效率和鲁棒性。然而，在水轮机和水泵等诸多水力机械中，因受强旋转、大曲率、多壁面等因素的影响，内部旋转湍流常表现出强瞬态、高脉动、大分离等特点。在此种湍流的数值计算中，Emilio原始方法无法直接应用，存在以下显著的问题：(1)原方法中基于平面湍流特征而获得的平均时间尺度的经验表达式不合适旋转湍流的解析，且均化处理本身即无法适应强瞬态、大分离的流动工况；(2)原方法未明确反映旋转湍流中显著存在的能量反级串输运现象。以上不足均可导致模型无法准确预测旋转湍流的发展过程。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于时间尺度的旋转湍流涡粘阻尼的计算方法，其特征在于，包括：/n步骤一：引入涡母矩阵[S

【技术特征摘要】
1.一种基于时间尺度的旋转湍流涡粘阻尼的计算方法，其特征在于，包括：
步骤一：引入涡母矩阵[SC]以捕捉旋转湍流中局部水体的特征频率；
步骤二：根据涡母矩阵确定旋转湍流的解析时间尺度Tr；
步骤三：根据比耗散率确定旋转湍流的模化时间尺度Tm；
步骤四：引入相对螺旋度Hn以实现能量反级串输运现象的自适应追踪；
步骤五：根据确定解析时间尺度Tr、模化时间尺度Tm和相对螺旋度Hn确定旋转湍流涡粘阻尼TD以保证混合模式激活的光滑性和有效性：
步骤六：在应用时，需以旋转湍流数值计算中经典的Baselinek-ω模型为基底，根据涡粘阻尼TD确定旋转湍流高效解析所需的湍动粘度MT，并对Baselinek-ω模型中的湍动能k与比耗散率ω的输运方程进行修正，将修正后的方程与雷诺方程结合形成控制方程组，利用有限体积法对控制方程组进行离散后即可直接用于水力机械内旋转湍流流场的数值计算；
涡母矩阵[SC]由下式得出：
[SC]＝[R]2+[D]2
其中，[R]为旋转率张量，[D]为应变率张量；
解析时间尺度Tr由下式得出：



其中，λi(SC)为涡母矩阵[SC]的实特征值，f1为解析时间尺度的经验常数；
模化时间尺度Tm由...

【专利技术属性】
技术研发人员：王福军，王超越，汤远，赵浩儒，王本宏，闫婷婷，叶长亮，何庆儒，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11