不同雷诺数下90°城门洞形弯道内二次流及动能修正系数的研究

利用FLUENT软件并结合Realizable κ-ε湍流模型,对不同雷诺数下水平面上的90°有压城门洞形弯道进行三维数值模拟,研究了雷诺数为2×104~2×107的湍流区弯道内的二次流、动能修正系数随雷诺数改变的变化规律,并给出了二次流发展情况、流速分布均匀性的判断依据。结果表明,虽然雷诺数为二次流强度的主要影响因子,但位于该区内的雷诺数对二次流并无明显影响;雷诺数越大,水流混掺加剧致使水流越紊乱,而动能修正系数反而越小,断面流速分布越均匀;二次流能显著地削减动能修正系数值,且雷诺数越小,这种削减作用越大;压差系数可作为判断二次流的发展状况的依据;流速峰值与流速平均值的比值可作为判断城门洞形断面流速分布的均匀性的依据,且雷诺数越大,适用性越好。     

动能修正系数对城门洞形尾水隧洞水头损失及其系数的影响

基于Realizableκ-ε湍流模型及VOF算法,采用Fluent软件模拟计算某水电站尾水隧洞不同流速下的水流流态,分析了不同流速下动能修正系数的变化规律对水头损失及其水头损失系数的影响。结果表明,隧洞内的水流流速和流向对动能修正系数值均有影响,但边界条件是影响动能修正系数的决定性因素;流速越大,水头损失越大,而水头损失系数越小,且正反不同流向的水头损失及其系数亦不相等;在急变流的条件下,动能修正系数对水头损失及水头损失系数的计算有显著影响,且流速越大,影响越大;正向流速时,动能修正系数对水头损失及其水头损失系数的计算具有加大作用,而反向流速时则具有削减作用。结果可为工程应用提供参考。     

基于离散元法的圆型、城门洞型洞室岩爆现象模拟

针对深埋地下隧洞工程开挖过程中岩爆的破坏机理问题,以齐热哈塔尔水电站的引水隧洞中发生的岩爆现象为例,以室内试验为基础,建立圆型与城门洞型洞室的二维离散元模型,对比分析不同断面形状下岩爆现象的发生情况,探究岩爆的破坏机理。结果表明,不同开挖形状的洞室在岩爆破坏形式及位置上存在一定差别;侧压力系数对洞室开挖后的应力集中区域有较大影响,岩爆破坏随侧压力系数的增大趋于严重;圆型洞室发生岩爆破坏时所需应力较小,相对于城门洞型洞室更稳定;城门洞型洞室在边墙与底板交接处存在易发生岩爆的相对薄弱区,施工时需对其进行加固处理。     

簸萁形进水流道进水收缩段底面倾角对流道水力性能的影响

为了探究簸萁形进水流道进水收缩段底面倾角对流道水力性能的影响,建立了簸萁形进水流道的进水结构物理模型和水动力学模型,采用雷诺N-S方程和RNGκ-ε湍流模型,对进水收缩段5种不同底面倾角的流道水流流场进行数值模拟。结果表明,底面倾角对流道进水收缩段和喉部的流速分布影响较大,较大的底面倾角使进水收缩段的流线分布密集度和喉部流线弯曲度增大、流速升高,增大了流道水力损失,降低了流道出口断面流速分布的均匀度;较小的底面倾角使进水收缩段的流线分布平顺和喉部流线弯曲度变缓、流速降低,减小了流道水力损失,提高了流道出口断面的流速分布均匀度;进水收缩段底面倾角的大小对流道出口断面的水流速度加权平均角无明显影响;分析不同底面倾角的流道水力性能,在簸萁形进水流道的进水收缩段底面倾角≤3°时,进水流道的水流平顺,水力损失小,流道出口的水流流态满足水泵叶轮室进口的进水条件。     

出口段长度及弯肘段半径对肘形进水流道水力特性的影响

为了解出口段长度和弯肘段内、外半径对肘形进水流道水力特性的影响,基于雷诺时均方程和标准κ-ε湍流模型,采用通用CFD软件Fluent,应用SIMPLEC算法对肘形进水流道的三维内部流动进行了数值模拟,并引入优化进水流道目标函数作为评价标准,探讨了在保持肘形进水流道主要控制参数（流道长度L、宽度B、叶轮名义高度H/D等）不变的情况下,不同出口段长度和弯肘段内、外半径对肘形进水流道水力特性的影响。结果表明,在一定范围内随着肘形进水流道出口段长度的增加和弯肘段内、外半径的减小,出口断面轴向流速分布均匀度减小;流道对水流流动方向的调整作用增强,出口水流偏流角减小;流道水流流态变化加剧,水头损失增大。在开挖深度不变的情况下,可通过调整出口段长度和弯肘段内、外半径改善肘形进水流道水力特性。     

闸门开度对泄洪排沙隧洞水力特性影响研究

为揭示闸门开度对泄洪排沙隧洞水力特性的影响规律，建立了不同闸门开度下的排沙隧洞二维模型，采用VOF法和标准κ-ε紊流模型对泄洪排沙隧洞易磨蚀断面流场进行三维数值模拟计算，获得了闸门附近的流态、流速、压强等水力特性，并对比分析了不同闸门开度下的水力特性，得到了闸门处至挑坎之前的空化数。结果表明，当闸门小于1/2最大开度运行时，闸门开度越大，隧洞水流流态越平顺，临底流速过渡越平顺，且隧洞底板上下游压力差越小；闸门开度越小，有压洞内流速越小，容易造成泥沙淤积；闸门开度越大，对隧洞整体运行越有利。研究结果对水工隧洞闸门的运行开度优化及闸门底坎抗磨修复具有指导意义。     

跨声速压气机转子叶顶区域流场非定常计算和POD分析

采用时间精确求解法对跨声速轴流式压气机转子NASA Rotor35单流道进行了三维非定常数值模拟,研究了叶顶区域流场的时间非定常波动特性。将叶顶区域流场的非定常解作为快照,采用本征正交分解(POD)方法提取POD模态,进一步分析了叶顶近失速点流场的流动特性。结果表明:在近峰值效率点的大质量流量工况下,叶顶区域流场呈现出稳定性,基本不发生随时间波动的特性;在近失速点的小质量流量工况下,叶顶区域流场呈现周期性的波动特性,由激波与叶顶间隙泄漏涡形成的破碎、通道中部未形成泄漏涡的相邻叶片泄漏流流线以及来流一起形成的叶顶二次涡是叶顶非定常周期性波动形成的必要条件。     

垃圾焚烧炉二次配风优化数值研究

为研究焚烧炉二次助燃风的作用,以某厂生活垃圾焚烧炉为研究对象,建立了生活垃圾焚烧炉的三维数值模型,采用计算流体力学软件FLIC和FLUENT对炉排上的固相燃烧和炉膛内的气相燃烧过程进行了耦合模拟。结果表明:当焚烧炉不设置二次助燃风时,烟气在喉口和一次烟道内混合不均匀,可燃成分会沿后拱形成贴壁流,使得炉壁局部热负荷较高,易发生烧损现象,燃烧的不均匀也对污染物的消减不利;当在炉膛两侧设置二次风,尤其是旋流二次风时,流场得到较好的组织,可使喉口区域形成多个旋流区,二次燃烧效果比较好,并且湍动能、烟气路径长度和停留时间都较优,有利于可燃成份的充分燃烧和污染物的消减。     

封闭梯形渠道水流特性的数值模拟

为深入了解封闭梯形渠道的水流特性,以3m长封闭梯形渠道为例,采用雷诺应力紊流模型对不同糙率顶板的封闭梯形渠道水流特性进行了数值模拟,分析了影响其流速场和二次流形态的因素。结果表明,断面流速呈非对称的弓形分布,随顶板糙率的加大,最大流速点向渠底移动;由于受边壁和顶板糙率的影响,过水断面的二次涡流主要集中在固壁拐角处;壁面附近的紊动强度和紊动能耗散量均比较大;粗糙顶板的壁面剪切应力大于光滑顶板的切应力。     

直列透平静叶栅二次流动的数值模拟

采用有发容积差分法及压力修正算法数值求解三维移态时均Ｎ－Ｓ方程组，并应用ｋ－ε湍流模型，在贴体坐标系下对一低展弦比，大转折角的直列透平静叶栅内二次流的产生，发展进行了数值模拟，计算了结果与试验结果吻合良好，从而证实了计算方法的适用性，同时也根据计算结果对静叶栅内二次流涡系的发展及其对气体特性的影响进行了分析。