研究背景 流体振荡器是没有活动部件的设备，根据流动入口的雷诺数及其几何形状的不同，能够在出口处产生均匀且可预测的频率脉动气流。流体振荡器的应用范围主要包括燃烧控制、改进翼型中的流动分离或减少阻力。 图1：流体振荡器工作示意图 流体振荡器一直是许多实验和数值研究的主题，流体振荡器的CFD数值模拟大多基于雷诺平均方程（ReynoldsaveragedNavierStokesequations，RANS）。 本案例使用了流体有限元仿真软件进行高分辨率数值模拟，为了能够更好地捕捉到振荡器内部的流场细节，采用了大涡模拟（Largeeddysimulation，LES）的方法，以便更好地了解振荡器的流体动力学行为，模拟结果可用作基准测试参考。模型建立 本案例中，振荡器的几何模型如下图所示。 图2：振荡器几何示意图 由于康达效应（CoandaEffect），喷嘴产生的射流倾向于附着在壁的两侧之一。 例如，假设在特定时刻射流附着在底壁上，大部分射流将通过底部出口离开振荡器。 随后它的一部分将通过底部反馈回路再循环至入口处，导致射流改变方向附着在顶壁上并最终通过顶部端口离开设备，此过程循环往复，离开流体振荡器的射流即按照一定的频率改变方向。 计算中使用的流体雷诺数（基于入口宽度）为104。参考具有类似几何配置和等效雷诺数的实验工作中，流体振荡器的振荡频率为15。4Hz。模拟使用了以下网格： 网格 单元数 内部面 边界面 三维平面 A 33355hr49390hr67995hr1hrA1 32425hr48050hr66025hr1hrB 333550hr794085hr79560hr10hrB1 324250hr772325hr76600hr10hr图3：计算所使用的网格，从左到右为A、A1、B、B1 对A、A1网格，计算采用URANSkomegaSST湍流模型，对B、B1网格，计算采用LESSmagorinsky模型，对于B1网格同时使用URANSkomegaSST进行计算，作为对比。 每次计算模拟40秒，采用0。001秒的恒定时间步长，从而总共进行40000次时间迭代。 此外，对时间使用二阶差分格式（仅用于LES模拟）和RHS重建，压力为5，速度为10。对速度采用中心差分格式求解，求解器的参数保留为默认值。最后，将梯度重建改为使用最小二乘初始化（imrgra5）的迭代重建。结果分析 模拟结果都很好地描述了振荡器基本的物理特性，并预测了与实验大致相似的振荡频率，不同网格的具体结果有一定差别。 为了比较，绘制了每个出口的流速关于时间的函数图像，并进行快速傅里叶变换分析（FFT），代表性的模拟结果如下图所示。 频率、最大和最小流速列于下表中。由于存在再循环，流速会出现低于零的情况。 图4：两个出口处的质量流量及FFT分析 湍流模型 网格 频率 最大流速 最小流速 URANSkomegaSST A 13。33 0。96 0。09 URANSkomegaSST A1 14。82 1。70 0。68 URANSkomegaSST B1 14。82 0。49 0。19 nomodel B 13。37 nomodel B1 15。17 0。50 0。19 LESSmagorinsky B 17。19 LESSmagorinsky B1 16。29 0。47 0。17 LESWALE B1 17。78 0。48 0。17 LE模型的模拟结果速度云图如下图所示，可以看出，LES模型的模拟结果展示了更详细的流体流动状态。 图5：不同相位下的流场云图结论与展望 通过采用多种网格和湍流模型进行了流体振荡器的数值模拟，验证了流体有限元仿真软件对流体振荡器模拟的适用性和准确性。 URANSkomegaSST模型和LESSmagorinsky模型都能求解振荡器的物理特性，如振荡频率等，其中LESSmagorinsky模型能更好地捕捉到流动细节。 更多资讯可登录格物CAE官方网站 https：cae。yuansuan。cn 远算在bilibili、知乎、今日头条、仿真秀、技术邻定期发布课程视频等内容 敬请关注
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