有厚叶片的S2流面反问题计算

本文建立了一种给定Ｖ↑－θｒ及厚度分布规律的有旋流动的混流式转轮叶片设计模型。应用周向平均处理方法。由三维欧拉方程导出子午面上的普通运动方程。该方程可以计及来流有旋、环量分布不均匀及转轮本身对轴面流动的影响。用置于叶片中心的源汇来描述叶片厚度对流场的作用，使设计计算更炙灵活简单。结合算例分析了叶片本身与来流旋涡对轴面流场的影响，发现第二者作用刚好相反。这些为设计出性能优良的转轮进一步提供了依据和方     

混流式水轮机转轮内轴对称位势流动有限元计算程序

一、引言混流式水轮机转轮内的水流运动是相当复杂的三维流动。一般在分析这种流动时,假定水流流动对称于水轮机转轴,即假定在同一圆周各点,不论其处在哪个轴面上,流速大小相等,方向在轴向平面上相同。在这个假定下,转轮内的水流流动分析简化为轴面流道内的轴对称流动。流动参数(例如流速、压力)只是轴面上两个座标γ及z的函数。     

水力机械转轮内部流动的三维有限元计算

本文讨论了用三维有限元法来解水力机械转轮内部的流动问题。计算时假定绝对流动无旋。计算区域包括两个叶片之间的部分,并向上、下游各延伸一段。上游侧面可以不是流面,下游侧面必须为流面,因此其位置也是求解对象。应用这一方法计算了一个轴流式转轮,可以看出,结果是合理的。     

轴流式水轮机转轮全三维有旋流动反问题计算

本文提出了一种考虑转轮及相关过流部件内流动相互影响的轴流式水轮机转轮全三维有旋流动设计方法，有流动无粘不可压条件下，采用连续分布的涡和源汇代替叶片的作用依据转轮内流动的周期特性，将转轮内三维有旋流动分解为周向平均流动和三维周期性流动，导出了周期性流动控制方程和平均流动控制方程以及叶片方程，在给定叶片速度矩分布，叶片厚度分布和转轮轴面几何形状条件下，迭代求解流动控制方程以及叶片方程，实现了轴流式水轮     

水力机械转轮中全三维势流的非线性边界元计算

针对水力机械转轮中全三维势流流场,本文提出了一种有效的计算方法。此法考虑了,如叶片不均匀负荷,叶片出口的旋涡流动等转轮流场的一些实际特征。由于采用了非线性边界元,文中所提出的方法可以广泛地适用于偏离设计的工况。算例结果与实测值吻合很好。     

用两相流模型模拟混流式水轮机内空化流动

本文采用两相流中两流体模型模拟混流式水轮机转轮内三维湍流空化流场, 基于两相流中两流体模型的理论和方程, 推导了水轮机转轮中空化两相流的两流体基本方程, 并利用k-ε-kp两相湍流模型计算水轮机转轮中三维空化两相湍流. 计算结果包括了液相和空泡相的主要流动特征, 模拟结果可初步预测流体机械空化性能, 缩短模型试验周期.     

轴流式水轮机转轮内三维紊流场预测

转轮是水轮机中影响机组特性的一个重要部件．研究水轮机转轮内三维素流场的流动特性对于提高水轮机组的特性及效率具有重要的意义．本文基于N-S方程和标准的κ-ε紊流模型，采用SIMPLEC算法，数值模拟了轴流式水轮机转轮内的三维紊流场，同时讨论了其收效性和准确性．轴流式水轮机转轮内的三维紊流场数值模拟结果有助于提高轴流式水轮机的水力设计、性能分析和优化设计的水平．     

二维矩形突起物绕流流动结构的实验研究

流场中旋涡的生成、演化与二维矩形突起物上游的流动分离有着密切的关系,该文利用PIV技术,对在均匀来流条件下无压流流道内底壁矩形突起物流动的二维瞬时流速场进行了测量,得到了湍流情况下,不同台阶比（h1/h）为2和4时流场中旋涡的生成发展与演化的一般规律。文中分析了两种工况下流场中的旋涡结构的特点和突起物上、下游及顶部旋涡的运动特性和细部特征。     

水泵水轮机转轮内部三维紊流流场计算与性能分析

水泵水轮机转轮可以在正反两个方向上旋转，用一个转轮分别实现水泵和水轮机工况的运行。在设计阶段提前预知转轮在两种工况下的流场以及能量特性对于提高水泵水轮机的设计水平和运行质量具有重要的意义。本基于三维Navier-Stokes方程和标准k-ε模型，采用贴体坐标和交错网格系统，用SIMPLEC算法分析了水泵水轮机转轮中的三维紊流流场。对比了转轮在水轮机和水泵两种工况下的流场，同时讨论了转轮的能量特性。     

基于混合平面法的轴流式水轮机内三维湍流数值模拟

通过求解由κ-ε双方程湍流模型封闭的三维时均N-S方程对轴流式水轮机内部四个典型工况的全三维紊流场进行了计算,并采用“混合平面”法处理转轮与导叶问动静耦合流动的参数传递和相互干扰问题。捕捉到了轴流式水轮机内部压力分布和速度分布等重要的流动信息,在此基础上计算了四个工况下转轮的水力效率。结果表明,该方法能够较为准确地预测出轴流式水轮机转轮与导叶间的总性能参数及内部流场结构,所得到的结果对进行轴流式水轮机的水力设计或改型优化设计等研究具有重要的指导意义。     

基于直接数值模拟数据和神经网络的湍流封闭模型构建

雷诺平均Navier-Stokes方程(Reynolds-averagedNavier-StokesRANS)是目前工程上高效数值模拟湍流的基本方法,但这一方法需要给出关于雷诺应力的湍流封闭模型。该文从环形方管流场的直接数值模拟(DirectNumerical Simulation,DNS)数据出发,构建了一种基于神经网络的湍流封闭模型。文中利用环形方管流场DNS结果中的平均速度场及其梯度场作为流动特征输入量,与雷诺应力张量中各分量分别建立神经网络映射,从而构造出平均速度场及其梯度场与湍流雷诺应力的非参数化映射关系。计算结果表明,通过对环形方管DNS数据的深度学习,神经网络模型可有效地表达湍流时平均流场与雷诺应力之间的映射关系,并且能够准确地重构DNS所给出的雷诺应力,进而采用RANS基本方程捕捉到传统湍流模型中难以模拟的湍流驱动二次流现象,为新型湍流封闭模型的构建及其工程计算的实现提供创新思路。     

超低比转速混流式水轮机不同叶片转轮分析

根据设计参数设计了冷却塔低比转速混流式水轮机。依照水力设计尺寸绘制图纸,利用三维画图软件Pro/EN-GINEER建立三维模型。基于Realizable湍流模型和时均N-S方程,对设计工况下混流式水轮机拥有不同转轮形式但蜗壳、导水机构和尾水管均不更换情况进行了数值模拟。获得了转轮内速度场、压力场的分布情况,并通过计算求得效率,对比分析了水轮机三种转轮全流道的流场分布,发现短叶片转轮在叶片背面靠近出口位置有小部分回流现象,靠近下环地方低压区域要比其他两种转轮的大,而当这个区域的压强减小到一定值时,容易发生空化空蚀。得出在合理的范围内适当增加叶片长度有利于能量的利用,并且使水轮机转轮流速、压力分布更合理,水力性能更好。     

混流式水轮机转轮内三元空化流场的预测

本文提出了混流式水轮机转轮内三元空化流场的数值分析方法和一种新的空穴模型，实现了水轮机转轮内三元空化流场和叶片上三元空化区域的预测.通过比较岩滩水电站模型转轮的空化试验结果及其三元空化流场的数值分析结果，可以证明：基于此种准三元空化流动理论的转轮内空化流场分析结果具有定量上的准确性，具有工程实用价值。     

搅拌器内转轮半径对气液混合影响的数值模拟研究

研究转轮半径这一因素对搅拌器内气液两相混合流特性的影响,可为搅拌器的设计与优化提供依据。采用RNG k-ε湍流模型结合多参考系法对单叶轮气液搅拌器内的气液混合过程进行了模拟计算。通过模拟计算得到了搅拌器在相同通气率、相同转轮转速、不同转轮半径下的气液流动速度场以及不同方向、不同截面上气含率的分布规律,分析了不同转轮半径对搅拌器内三维流场及气含率分布的影响。模拟结果表明:在通气率不发生改变的情况下,转轮半径大小的改变对搅拌器内的气含率分布的影响较小,而对速度分布有一定的影响。     

土壤非均匀水流运动与溶质运移的两区-两阶段模型

根据优先流发展过程中所表现出来的阶段性特征和分形特征,建立了描述非均匀土壤水流运动和溶质运移过程的两区-两阶段模型。模型认为,研究区域可划分为水流经过的活动流场(即优先流流场)和水流绕过的不活动流场两个区域;优先流流场在发展过程中将先后经历流场扩张和保持两个阶段;处于扩张阶段的优先流流场,其内部土壤水流运动的快速非平衡特征明显,并表现出明显的分形特征;处于保持阶段的优先流流场,其内部的土壤水流运动类似于基质流运动,无明显的分形特征。通过在砂土、壤土和黏土条件下开展的6个示踪试验,检验和评价两区-两阶段模型、活动流场模型和两区模型模拟预测非均匀土壤水流运动和溶质运移的有效性。研究结果表明,两区-两阶段模型可较好地描述各种土质条件下的优先流运动;活动流场模型对壤土和黏土条件下的优先流运动预测精度较好,而对砂土条件下的优先流预测精度较差;两区模型对各种土质条件下的优先流运动预测精度均较差。     

有限元-有限差分法对振荡流加任意方向均匀来流中圆柱绕流的数值模拟分析

本文用有限元—有限差分混合法解不可压缩非定常N—S方程来直接模拟振荡流加任意方向均匀来流流场中圆柱绕流情况。该方法的基本思想为:在同一时间步的不同计算步中,用三阶迎风格式离散动量方程中的对流项,压力修正方程用有限元离散,离散后的方程用直接法解。本文计算了Re=800,K_c=4时,均匀来流与振荡流幅值之比等于0.8,其夹角分别为30°、45°和60°三种绕流情况。首次用该方法系统地计算分析了振荡流中在考虑较多因素时圆柱绕流的涡脱泻现象。重点探讨了有夹角均匀来流情况下振荡流场中圆柱近迹复杂的涡结构及其非定常演化过程。     

设掺气挑坎渥奇面流场数值模拟计算研究

采用了引入VOF法的κ～ε紊流模型方程对设掺气挑坎的渥奇面流场进行了数值模拟研究,共模拟了两种挑坎布设位置的方案.本模型采用有限体积法对控制方程进行离散,计算了挑流流场和掺气空腔,并通过与模型试验数据对比验证,证实该模型可较精确地模拟实际流场.分析表明:相同体型和水力条件下挑坎布于渥奇段下游优于上游,且流态稳定,下游掺气较佳,可较成功地解决渥奇段下接高速水流区的掺气减蚀问题,该数值模型结果对掺气挑坎设计选型及位置优化有指导意义.     

混流式水轮机固定导叶和动导叶准的三元流动计算

采用 S1、S2两类相对流面理论的准三元流动计算方法,研究了混流式水轮机固定导叶和动导叶的流场。在 S1流面上建立势函数方程,S2流面上建立流函数方程,通过两个流面的叠代计算得到该流场的流动状态。这一成果可以用来分析混流式水轮机座环和导水机构区域的水流情况。     

多圆柱绕流旋涡脱落和流场形态概论

当流体绕多个圆柱流动时,圆柱的个数、相对位置和大小都明显影响着绕流流场结构。基于已有研究成果,归纳总结了流场中放置双圆柱、三圆柱、四圆柱和流场中主圆柱附近放置1个或2个附属小圆柱时,随圆柱相对位置变化,流场结构和旋涡脱落状态的演变规律。双圆柱相对位置分串列、并列和错置3种,其绕流流态按间距比和水流攻角对旋涡脱落形态的影响划分,流态在临界间距比上下变化很大;三圆柱呈“品”字布置,当间距比小于临界值时,出现明显的偏流现象,大于临界值后不再出现偏流现象;三圆柱呈倒“品”字布置,在任何间距比下,流动状态相对于来流几乎都是对称分布的;四圆柱绕正方形排列,实验研究发现上游两圆柱后没有旋涡形成和脱落,下游两圆柱旋涡脱落反相同步,而数值模拟得到上下游柱后都有明显的涡脱落;主圆柱尾流中存在附属小圆柱时,调整小圆柱的位置能够有效抑制尾流中的旋涡脱落。     

基于准三维理论的混流式水轮机转轮设计方法的研究

基于S1和S2两类相对流面理论,建立了混流式水轮机转轮内部流动的准三维计算与叶片设计的模型.利用周向平均处理方法,从三维欧拉方程导出子午面上的流函数运动方程,并利用周向平均的1个S2m流面和1组S1流面的迭代计算得到所设计的叶片.采用Galerkin加权余量法,建立了S2m、 S1流面方程的有限元方程,采用松驰法进行迭代计算;得到满足给定负荷分布及厚度分布的转轮,为转轮设计提供了一种新的有效的计算模型和方法.