一种垂直轴螺旋形风力叶轮附近的三维湍流特征

以FIN翼型作为基本翼型,设计了一种垂直轴螺旋形风力叶轮。运用商用CFD软件Fluent对叶轮附近的三维湍流场进行了非定常数值模拟,分析了基本截面在不同迎风角度下的受力特征,获得了在最大力矩系数工况下流场中的流速和压力系数分布,并对比分析了不同扭角时的力矩系数。研究结果表明:采用不同迎风角度基本截面上的合力方向有较大差别,整个叶片上的力构成了复杂的力系;在最大力矩条件下,随着叶轮高度的变化,叶轮内的气流扩散区逐渐增大,压力系数分布逐渐减小;在不同叶片扭角条件下,力矩系数在叶轮旋转过程中的波动特征不同,90°叶片扭角力矩波动幅度较小,运行相对稳定。     

不同湍流模型对水平轴风力机三维粘性气流特性的影响

对某水平轴风力机叶片附近的三维湍流流场进行了数值模拟,其中在7、15、25m/s 3种不同工况下分别采用S-A、Standard k-ε、RNG k-ε和SST k-ω4种湍流模型。计算结果表明:随着来流速度的逐渐增大,叶片吸力面的分离流沿叶根向叶尖方向逐渐发展,且由于三维旋转效应使得展向流动逐渐增强。和相关实验结果比较,选择不同的湍流模型对数值模拟结果有明显影响,其中RNG k-ε和SST k-ω两种模型可以获得较好的压力分布计算精度。综合考虑压力分布、功率系数和推力系数在不同工况下与实验结果的比较,选择SST k-ω湍流模型较适合模拟该水平轴风力机周围复杂的三维湍流流动。     

离心泵内部流动的三维数值模拟

基于标准k-ε双方程湍流模型和SIMPLEC算法,采用Fluent6.3软件对一离心泵的叶轮和蜗壳在不同工况下分别进行了三维定常湍流计算,并分析了不同工况下内部流动的差异性,获得了离心泵各过流部件内的流动特性,为离心泵优化设计提供了依据.     

双蜗壳混流泵内部流场数值模拟与叶轮改型设计

以某双蜗壳混流泵为研究对象,利用计算流体动力学(CFD)商用软件CFX中RNG κ-ε湍流模型及全隐式多网格耦合求解算法对其3种工况下的内部三维湍流流动进行数值模拟,分析了3种工况下叶轮内的相对速度和压力变化及设计工况下蜗壳内部流动的冲击、二次流现象,并探讨了提高混流式叶轮水力性能的改型方法.     

水泵水轮机泵工况下内部空化特性分析

为研究空化条件下水泵水轮机泵工况的内部空化特性,基于ANSYS CFX(有限元分析)软件采用k-ε湍流模型、均质多相模型和Rayleigh-Plesset方程,对某抽水蓄能电站模型机进行了全流道非定常空化流动数值计算。根据模拟结果预测了水泵水轮机泵工况工作无空化时的能量特性和空化发生时的空化性能,并与试验数据对比。结果表明:流场数值计算成功地捕获到了空化发生、发展及空间演变过程;随着空化数的变化,空泡在叶片背面进口附近产生,然后沿着流线向叶轮出口扩散,并随着流道过流面积的增大向叶片工作面扩展,直接影响叶片上的压力分布和叶片中间流线上叶片载荷分布;在空化严重时,会造成叶轮流道内流动紊乱和严重堵塞,导致效率的大幅下降,对机组安全稳定运行非常不利。     

风力机三维旋转叶片非定常气动特性数值模拟研究

文章基于CFD方法对NREL Phase VI风机的气动特性进行了数值模拟。根据NREL定桨变速的实验工况,通过求解三维非定常雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS),基于k-ωSST湍流模型分析了不同风速工况下的风机叶片流场特性,得到了气流沿叶片展向的流动分布。通过与NREL NASA-Ames风洞实验数据的对比,在低风速时采用CFD仿真的计算结果与实验结果更为吻合;在失速区域,由于气流分离的影响,CFD仿真的计算结果与实验结果对比差异较明显。CFD仿真大体上能够较好地预测实验风机的性能,分析动态失速现象发生的原因,揭示叶片在三维旋转效应下的非定常气动特性。     

前加载和后加载叶片转捩特性的数值研究

基于Abu-Ghannam&Shaw转捩模型,定常求解雷诺平均N—S方程组,文章采用商用计算流体动力学软件NU-MECA,数值研究了不同雷诺数工况下,入口湍流强度(Tu)变化对某高负荷前加载和后加载叶片转捩特性的影响,揭示了前加载和后加载叶片吸力面转捩特性的雷诺数和湍流强度效应.文章还对不同湍流强度和雷诺数工况下前加载叶片的流动情况进行分析和比较,研究了该叶片表面极限流线图谱的差异.分析表明,不同雷诺数工况下极限流线图谱存在显著差异,低雷诺数条件下二次流损失明显增大;不同湍流强度的极限流线图谱差异较小,并随湍流强度增大其吸力面下端部的分离线向前缘移动.     

基于Fluent的叶片展长对卧式水轮机水动力性能影响的数值研究

提出了一种能够利用波浪能发电的装置,其吸收海水能量的主要构件是卧式水轮机.为了研究卧式水轮机的水动力学性能,采用有限体积法,并利用非定常SST k-ω湍流模型和滑移网格技术,对其进行了三维数值模拟与实验研究,分析了在六种不同叶片展长下叶轮的水动力学特性.通过将数值计算结果和实验结果进行比较,验证了SST k-ω湍流模型和滑移网格技术的可行性.结果发现:叶片展长递增对水轮机叶片的合力系数几乎没有影响,但是对轮机转矩系数和叶轮能量利用率影响很大;在低尖速比时,叶片展长对水轮效率影响不大,当尖速比大于2.5时,叶片展长对水轮效率的影响明显加大;叶片展长越长,叶片切向力越大,水轮机对水能的吸收能力越强.     

长短叶片水轮机内三维粘性流动数值研究

基于RNG κ-ε湍流模型和三维时均N-S方程,计算了长短叶片水轮机全流道三维粘性流动数值,获得了长短叶片水轮机各过流部件内的流场在设计和非设计工况下的流动特性.计算结果可为长短叶片水轮机的水力设计及过流部件的优化设计提供参考.     

微型高速泵小流量工况空化特性数值分析

通过CFturbo与UG软件建立及优化模型,基于RNG k-ε湍流模型和Rayleigh-Plesset空化模型,利用CFX(计算流体力学)软件对微型高速离心泵进行数值模拟。通过小流量和不同进口总压工况,对叶轮进口段流动特性、叶片表面和叶轮流道的静压分布以及叶轮流道内空泡数分布3个方面进行流场分析。结果表明:流量对叶轮进口段回流影响较大;叶片前缘到后缘的压力逐渐增大,叶轮流道进口到出口的压力也逐渐增加;扬程系数陡降前的振动是叶轮空化不稳定引起的,随着空化系数的降低,空泡体积数逐渐占据整个叶轮流道,空泡分布也由不对称转变为对称结构;为微型高速泵的设计和研究提供了理论基础。