基于openfoam的平壁射流气膜冷却的大涡模拟研究

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1、硕士学位论文基于OpenFOAM的平壁射流气膜冷却的大涡模拟研究LargeeddysimulationofflatwalljetfilmcoolingusingOpenFOAM学号：呈!!!QQZ2完成日期：2014．5大连理工大学DalianUniversityofTechnology大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我

2、一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：兰主陋丝叁鲍鱼至壁煎堇丝垫圈薹盔堑丝叁塑坚型!重茎作者签名；．歪k苤日期：丝缝年—上月—L日大连理工大学硕士学位论文摘要气膜冷却技术对燃气轮机的发展至关重要，但直接研究涡轮叶片上的气膜冷却问题比较复杂。本文将问题简化，直接对平板壁面射流气膜冷却进行了数值模拟研究。采用开源软件OpenrOAM中pisoFoam求解器以及RANS和大涡模拟数值方法。主要内容包括以下几个方面：首先对所使用的数值模型进行了推导分析介绍

3、。然后对pisoFoam求解器进行了验证。通过对平面槽道流动和后台阶流动的数值模拟，证明了应用pisoFoam求解器可以得到与实验数据非常接近的数值解。另外，对pisoFoam求解器进行了修改编译、添加了温度方程，重命名为newpisoFoam。通过分析温度场数据，证明了本文中自行添加的温度方程是可依赖的。最后应用newpisoFoam求解器对平板壁面射流气膜冷却算例分别进行了RAINS和大涡数值模拟。其中RANS模拟应用了Launder．Sharma低雷诺数两方程模型；大涡模拟选用了Smagorinsky涡粘模型和白行编译的动态Sm

4、agorinsky涡粘模型。通过对计算结果和实验数据的对比分析，本文得到以下结论：应用RANS方法得到的数值解和实验数据基本吻合。但RANS无法提供瞬时的湍动信息，因此不能给出更为详细的流场信息。而应用大涡模拟得到的三维数值解，在速度、脉动速度、剪切应力方面与实验值吻合地非常好。尤其是动态Smagorinsky涡粘模型给出了较为精确地壁面附近的流场信息。但是LES方法得到的壁面冷却效率不如RANS结果好，这主要因为添加的温度方程不适用于LES方法，与LES方法亚格子模型对温度的处理不符。另外基于OpenFOAM的开源性及可并行性，用户

5、可以根据具体需求对求解器进行修改编译以满足计算需求在计算资源充足的条件下，利用并行计算进行大涡模拟可以在较短时间内得到充分发展湍流场，而且大涡模拟结果往往更接近实验数据，更具有理论分析价值。关键词：大涡模拟；气膜冷却；冷却效率；OpenFOAMLargeeddysimulationofflatwalljetfilmcoolingusingOpenFOAMAbstractFilmcoolingtechnologyisveryimportantfor也edevelopmentofgasturbine．However，directresea

6、rchonthefilmcoolingefficiencyofturbinebladeisverycomplex．Inthispaper，tosimplifytheproblemtheflatwalljetfilmcoolingcasewassimulated．ThepisoFoamsolverinanopensourcesoft-wareOpenFOAMWasused．ReynoldsaveragedNavier-StokesEquatio—ns(RANS)andLarge．eddy-simulation(LES)methodswe

7、reused．Themaincontentincludesthefollowingseveralaspects：Firstofall，thenumericalmodelsusedinthesimulationswerededuced．ThenthepisoF-oamsolverWastested．Bysimulatingtheplanechannelcaseandbackward·facingstepflowcase，thepisoFoamsolverisverifiedthatitCangiveoutgoodnumericalsol

8、ution，witchclosetoexperimentaldata．珊lat’Smore．themodifiedpisoFoamsolverbyaddingtemperatureequ‘ation，whichisren