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。     

基于全流道非定常流动计算的轴流式水轮机尾水管压力脉动分析

以轴流式水轮机全流道三维非定常湍流数值模拟为基础,对轴流式水轮机尾水管内的非定常流场进行了分析,研究了尾水管内涡带的形态,对尾水管压力脉动的幅值和频率特点进行了分析.结果表明,大流量工况时,在尾水管内形成了一个与转轮旋转方向相反低压涡带,引发了低频压力脉动,这种低频压力脉动是水轮机中压力脉动的主要脉动源之一.     

三维平面混合层流场的

用拟谱方法对三维湍流混合层的流场进行了直接数值模拟,描绘了流场展向涡和流向涡的演变过程以及混合层的三维发展情况,对展向涡和流向涡的结构在演变过程的拟序特征进行了分析.为了验证混合层湍流直接数值模拟(DNS)的正确性和可靠性,将流场的模拟结果与前人的实验进行了对比,定量对比了流向涡湍流脉动速度和混合层涡量厚度等流动量.数值计算与前人实验的结果吻合良好,验证了直接数值模拟计算方法的正确性和可靠性.     

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.     

气相体积分数对导叶式离心泵内压力脉动的影响

为研究动静叶栅内气液两相流动所引起的压力脉动特性,采用延迟分离涡DDES(Delayed Detached-Eddy Simulation)与Mixture多相流模型相结合的数值模拟方法,对带有径向导叶的离心泵进行了全流场非定常数值计算,得到不同气相体积分数下,动静、静静交接面、导叶和蜗壳内的压力脉动情况,并对比气相体积分数Cv=0.05时非定常数值模拟与试验的性能曲线.结果 表明:各监测点在不同含气量下压力幅值随时间呈周期性变化,静压值随着气相体积分数的增大而减小,压力脉动主频都等于叶频.动静(叶轮与导叶)交接面至静静(导叶与蜗壳)交接面间周向区域内,出现了局部低压区.从转轴中心沿径向方向压力脉动幅值降低.随着含气量的增大,导叶内压力脉动频域范围增大,流动开始出现紊乱,蜗壳内隔舌处的压力脉动高于其他位置.     

灯泡贯流式水轮机全流道压力脉动数值模拟

采用大涡模拟方法对灯泡贯流式水轮机全流道非定常湍流进行数值模拟,分析了额定工况和小流量工况下的压力脉动特征。计算结果表明:额定工况下,导叶前后、转轮出口的压力脉动主频为叶片频率,振幅最大值出现在转轮出口,尾水管内的压力脉动主频为转轮的转动频率,幅值相对较小;小流量工况下转轮出口产生偏心涡带,涡带旋转导致尾水管内产生低频压力脉动,低频压力脉动由尾水管向上游传递,幅值逐渐减小;额定工况下叶片上监测点的压力脉动频率为转轮转动频率的整数倍,幅值较小;小流量工况下,叶片上监测的点压力脉动幅值显著增大,脉动主频与次主频之和约为转轮的转动频率。     

突扩突跌侧空腔掺气水力特性大涡模拟

基于模型试验和大涡模拟紊流模型及具有自由面追踪功能的VOF单流体模型,对中闸室出口处突扩突跌掺气设施侧空腔长度和侧墙上的水力特性进行了试验和数值模拟研究。试验与数值模拟结果表明：大涡模拟可以更为精细地揭示近壁水流特性。本文的掺气设施可形成较长的侧空腔,水流与侧墙接触后侧墙上未见负压区存在,水流对侧墙的动态冲击会在靠近侧墙的下游水流中形成大量气泡;较大的水翅不利于侧空腔的掺气,并会引起下游水流产生不利的流态。     

S形轴伸贯流泵装置时变湍流场的脉动特性分析

为研究S形轴伸贯流泵装置时变湍流场内部压力脉动规律,应用CFD技术对S形轴伸贯流泵装置流道内部流动开展了三维非定常数值模拟,并将泵装置性能预测结果与模型试验结果进行了对比。获取了3种特征工况(小流量工况KQ=0.368,高效工况KQ=0.460,大流量工况KQ=0.552)时泵装置流道内部关键位置处21个监测点的压力脉动信息,并对其进行了时域和频谱分析。结果表明:进水流道出口处水流的脉动以叶片通过的频率为主,压力脉动幅值从流道壁面侧向轮毂侧逐渐减小。流量系数KQ从0.368增至0.552时,进水流道出口各监测点的脉动幅值随之减小。出水流道弯管段进口的平均压力系数幅值与流道中部的平均压力系数幅值相差不大,最大差值仅为0.0005,水流诱发的出水流道内部压力脉动较小。受导叶体出口环量的影响,相同流量系数时出水流道内各监测点的脉动主频差异较大,不同流量系数时相同测点的脉动主频也略有差异。     

水轮机内部涡流与尾水管压力脉动相关性分析

本文对三峡水轮机模型机组进行了全流道非定常湍流数值模拟,选择了2个活动导叶开度工况,分别计算不同流量下水轮机尾水管内的旋涡流动。计算结果能够明显显示尾水管涡带的形成和发展,及尾水管内各个记录面上的压力脉动和相应的旋涡转动周期有密切的关系;同时,还表示了旋涡沿流动方向的产生、发展和消失的过程,及其对于压力脉动的形成的影响作用。通过分析发现,形成涡带的旋涡运动是从上冠附近进入到尾水管的,类似于绕流体的脱体涡,说明对于上冠附近流场的研究有助于进一步探讨涡带运动形成机理和减小压力脉动措施。     

三维平面混合层流场的直接数值模拟

用拟谱方法对三维湍流混合层的流场进行了直接数值模拟，描绘了流场展向涡和流向涡的演变过程以及混合层的三维发展情况，对展向涡和流向涡的结构在演变过程的拟序特征进行了分析。为了验证混合层湍流直接数值模拟(DNS)的正确性和可靠性，将流场的模拟结果与前人的实验进行了对比，定量对比了流向涡湍流脉动速度和混合层涡量厚度等流动量。数值计算与前人实验的结果吻合良好，验证了直接数值模拟计算方法的正确性和可靠性。