k-ε双方程湍流模型对制退机内流场计算的适用性分析*
2011-09-19张晓东张培林傅建平杨玉栋
张晓东,张培林,傅建平,王 成,杨玉栋
(军械工程学院一系,河北 石家庄 050003)
火炮会在射击瞬间产生巨大的后坐冲击力,制退机是消耗后坐能量、控制平稳后坐的关键部件。后坐冲击时间仅为0.1~0.2s,后坐速度可达到约10m/s[1]。在此工况下,制退机内部液体呈三维非定常湍流流动,并存在运动界面和真空中的射流[2],流动现象复杂,研究其内部流场规律非常困难。
随着计算机技术、数值计算技术和湍流理论的快速发展,数值模拟手段已逐渐被应用于制退机内部的复杂流动研究。从制退机局部结构到简化的二维模型,从层流模型到非定常湍流模型的计算[3-7]都取得了很多有益的结论。但到目前为止,数值模拟结果与实验结果仍存在较大的误差,主要是计算的建模误差所致[8]。究其原因,一是模型过于简化,二是受计算理论和计算条件所限。
基于Boussinesq假设的k-ε双方程湍流模型是当前流体机械内部流场计算最常的用湍流模型,主要有标准k-ε 模型[9],以及改进的 RNGk-ε 模型[10]、Realizable k-ε 模型[11]等。高乐南[4]、陈刚[5]利用标准k-ε模型对制退机简化模型的定常湍流流动进行了数值模拟。吴利民[6]利用RNGk-ε模型对制退机简化模型的内部湍流流场进行了数值模拟。以上采用的部分简化模型如图1所示。

图1 2种简化的制退机模型Fig.1 Two simplified models of recoil brake
本文中基于制退机内部流场三维模型,利用动网格和滑移网格技术,对后坐冲击过程中制退机内部湍流流场进行数值模拟。为检验数值模拟的准确性,分别采用3种不同的k-ε湍流模型进行计算,并将数值模拟结果与实验结果进行对比,以期为制退机内部流场计算的湍流模型选择提供参考。……
