混流式模型水轮机全流道三维定常湍流计算

本完成了为岩滩水电站所设计的混流式水轮机模型的全流道三维定常湍流计算。计算程序以雷诺时均连续性、N—S方程作为控制方程，选用标准k—ε双方程湍流模型使方程组封闭。数值求解通过SIMPLEC算法实现速度、压力的分离求解，离散差分格式具有二阶精度。通过计算获得了各过流部件的流动细节，预估了水轮机的能量、空化性能，并与模型试验结果进行了比较。     

混流式水轮机飞逸暂态过程的三维非定常湍流数值模拟

根据加速旋转相对坐标系中雷诺时均的连续性方程和Navier-stokes方程,以及转动系统的动量矩方程,推导了水轮机转轮区域的流动控制方程.采用RNGk-ε湍流模型对基于HL220进行改型的混流式水轮机在9种开度下进行飞逸暂态过程的三维非定常数值模拟,着重对尾水管内的流动进行了分析,得到了尾水管中心投影面压力分布随时间的变化情况,以及水轮机内部各测点的压力脉动.     

混流式水轮机三维空化湍流场混合数值模拟

基于欧拉–欧拉方法中均匀多相流假设的混合两相流体无滑移模型,加入考虑气穴影响的Schnerr and Sauer空化模型,采用标准k-ε湍流模型和压力速度耦合的SIMPLEC算法,转动区域应用多重参考系模型,对某混流式水轮机全流道进行了三维定常空化湍流数值模拟。利用ANSYSFLUENT,获得了该水轮机在偏工况下转轮叶道和尾水管内空泡相的主要流动特征,分析了水轮机流道内空化发生的部位与程度。计算结果表明与单相流体模型相比该方法能有效地预测水轮机内的三维空化湍流场,可以较好地模拟水轮机内真实的有空化发生的多相流动情况。     

混流式水轮机全流道三维定常及非定常流数值模拟

基于三维时均N-S方程对水轮机内部流动及特性进行三维数值模拟分析,首先采用标准k-e 模型在不同导叶开度工况下对水轮机进行了全流道多部件、动静耦合的定常湍流计算,获得了各工况下各过流部件内及动静部件间的流场,并预测了水轮机的能量和空化性能。在定常湍流计算的基础上,以其作为初始条件应用RNG k-e模型和滑移网格技术进行了水轮机动静干扰的非定常湍流数值模拟,得到了更合理的流场分布结果。该研究对于深入了解水轮机流激振动的内在机理、改善水轮机的综合性能、提高水轮发电机组的运行稳定性具有参考价值。     

水轮机尾水管内周期性湍流计算

本文运用大涡模拟进行水轮机尾水管内部非定常周期性湍流计算。对尾水管复杂计算域,提出了一种多块结构网格,计算结果用波形显示了尾水涡带和压力脉动的主要性质和运动特征。     

混流式水泵水轮机三维湍流数值分析

采用重整化群k-ε湍流模型对混流式水泵水轮机整体三维流动进行了雷诺平均N-S方程的数值计算.分析了水泵工况和水轮机工况水泵水轮机整个通道内的水流流动情况,对水泵工况计算结果进行了详细分析,并与模型试验结果进行了对比.     

混流式水轮机全流道内部流场CFD数值模拟研究

根据标准κ-ε双方程和雷诺时均(N-S)方程,给定转轮边界条件,建立水轮机内部流动的数学模型。通过Fluent,以HL002-LJ-410混流型水轮机为例,对水轮机全流道内部流场进行了三维数值模拟研究。获取了水轮机在最优工况、小开度工况和大开度工况3种典型工况下过流部件的湍流流动性能参数和流场分布。计算结果表明,对比其他两工况下最优工况时蜗壳静压、流速和尾水管流动较理想。同时表明,水轮机过流部件有一定的改造优化空间。     

基于大涡模拟的流化床内湍流燃烧特性研究

基于涡耗散概念燃烧模型思想,考虑小涡上的化学反应建立亚格子反应模型。分析了流化床内煤颗粒的流动与燃烧过程。模拟了出口处气体组分,采用亚格子反应模型的模拟结果更接近实验值。对于挥发分均相反应,给出了亚格子反应速率与总反应速率随颗粒浓度的分布特性,亚格子反应速率与总反应速率分布趋势基本一致,随着浓度的增加也有上升的趋势。亚格子反应速率占总反应速率的22%左右。对于碳燃烧异相反应,给出了采用亚格子反应模型与未采用亚格子反应模型模拟的反应速率随浓度的分布特性,考虑亚格子反应模型与未考虑亚格子反应模型的模拟结果趋势一致,随着浓度的增加反而有所降低,未考虑亚格子反应模型模拟的反应速率大约为采用亚格子反应模型模拟的80%。     

混流式水轮机三维非定常流分离涡模型的精细模拟

数值模拟已成为当前研究混流式水轮机内部流场及其复杂流动机制的重要工具。基于不可压缩流体瞬态N-S方程对混流式水轮机内部三维非定常流进行精细模拟分析,以标准κ-ε模型对水轮机进行全流道定常计算的结果作为初始流场,应用较新的分离涡模型（detached eddy simulation,DES）和滑移网格技术进行了水轮机动静干扰的非定常湍流数值模拟,得到了偏工况下活动导叶出口及转轮叶道内涡量场及速度场分布特性。模拟了大尺度涡旋结构的卷起、发展等瞬态演化过程,结果表明DES方法可以更加全面真实地模拟水轮机内部的流动情况,捕捉到水力机械中复杂流道内的三维动态涡结构。该研究对于探讨影响水力发电机组出力摆动的水轮机涡激振动的内在机制、确保机组的安全稳定运行具有一定的参考意义。     

混流式原型水轮机的三维湍流计算

本文通过混流式原型水轮机全流道的三维定常和非定常湍流计算，预估了水轮机的能量性能、空化特性和压力脉动特性。计算以N—S方程为基础，基于贴体坐标和交错网格划分，对控制方程进行变换和离散。采用SIMPLEC算法实现速度、压力变量的分离求解。非定常湍流计算应用了RNG的k—ε模型。     

混流式水轮机转轮内部三维紊流的数值分析

本文基于Ｎ－Ｓ方程和标准的ｋ－ε紊流模型，采用贴体座标和交错网格系统，用ＳＩＭ－ＰＬＥＣ算法对一比转速ｎＳ＝２４０（ｍ，ｍ３／ｓ，ｒ／ｍｉｎ）的混流式水轮机模型转轮内部的流动进行数值模拟，提出了三个典型工况时三维紊流数值计算结果，初步分析了转轮的汽蚀和能量特性，为改进设计提供了一些有益的参考资料。     

混流式水轮机转轮简化模型焊接应力场的数值模拟

在确定混流式水轮机转轮简化模型、解决分段焊焊接热源加载问题及解决各独立实体间接触边界节点不重合的热传导问题的基础上,对转轮模型焊接过程的应力场进行了数值模拟.得到了焊接过程中纵向应力的演变规律与焊后应力场的分布情况.结果表明,焊后应力峰值出现在叶片与上冠或叶片与下环接触面附近.该结果可以较好地解释水轮机转轮叶片疲劳裂纹的产生和扩展的失效行为.     

导叶端面间隙泥沙磨损数值预测研究

高水头混流式水轮机导叶间隙是泥沙磨损破坏最为严重的部分之一。泥沙磨损破坏问题与固液两相流动特征关系密切,为了揭示导叶端面间隙内含沙水的流动规律,本文应用固液两相流模型,通过求解雷诺时均N-S方程和RNG k-ε湍流方程,对泥沙介质条件下水轮机导叶端面间隙流动进行数值研究。研究结果表明,含沙水在压差的驱动下从导叶间隙的压力侧向吸力侧方向流动,间隙内部泥沙浓度低于主流;导叶间隙尺度增大会导致间隙内部含沙水速度增加,含沙水对导叶的磨损强度增大。     

基于计算流体动力学的混流式水轮机性能预估

基于雷诺时均N-S方程和标准k-ε双方程湍流模型,对混流式水轮机全流道的三维定常湍流的48个工况点进行了计算。捕捉到了水轮机各过流部件内及动静部件间的流动细节和旋涡的结构与演化特征等重要流动信息。在全流道三维定常湍流计算的基础上,建立了基于N-S方程的混流式水轮机性能预估方法。预估的能量性能与试验结果相符。结果表明所提出的混流式水轮机性能预估方法应用于水轮机的水力设计和改造中,可以减少模型试验次数和缩短产品开发周期。而且此种性能预估方法不但可预估水轮机的性能,同时还可获得水轮机各过流部件内的流场信息,能从定量和定性两个方面评价水轮机的性能。     

混流式水轮机中旋涡流的LES法预测

本文基于N-S方程和大涡模拟(LES)模型,采用贴体坐标和四面体网格系统,用SIMPLE算法求解,对混流式水轮机内部流动进行了三维非定常紊流计算,较准确地预测了一混流式水轮机在各工况下的内部流动,尤其是尾水管和转轮内的旋涡流动。     

混流式水轮机转轮区叶道涡压力脉动数值研究

混流式水轮机在偏离最优工况区运行时,不但在尾水管中有明显的旋转涡带,在转轮区也会有涡束沿着叶片流出,我们称之为叶道涡.随着大型混流式水轮机的广泛应用,叶道涡有可能对机组的稳定运行产生影响.本文利用数值模拟技术对某混流式模型水轮机转轮内压力脉动进行研究.研究表明:转轮区的压力脉动主要是由叶道涡诱发的,叶道涡的频率基本等于转动频率.     

大涡模拟在水力机械内流数值模拟中的应用

分析了大涡模拟湍流模型的优点极其二维简化形式,推导了弱可压缩流体流动控制方程.在此基础上对射流泵内非定常流动进行了数值模拟,得到了合理的计算结果.计算中采用了不同的大涡模拟系数.     

湍流模型对水轮机压力脉动数值预测的比较

分别采用大涡模拟模型、标准k-ε模型和Realizablek-ε模型,对模型水轮机全流道内的三维非定常湍流进行了数值模拟,对导水机构及尾水管内的湍流压力脉动进行分析,并与试验结果比较。分析结果表明:大涡模拟方法对湍流脉动的大尺度分量进行直接模拟,对强旋流有很好的适应性,能够较准确预测水轮机的压力脉动;Realizablek-ε模型考虑了流体微团转动的影响,可定性分析水轮机全流道的压力脉动特征;标准k-ε模型忽略了流体微团转动的影响,对水轮机压力脉动的模拟结果误差较大。