混流式水轮机内三维定常湍流数值研究

基于 k-ε紊流模型和三维时均N-S方程,进行了混流式水轮机全流道的三维定常湍流计算.捕捉到了水轮机过流部件内的流场和非最优工况下转轮通道及尾水管内的旋涡结构与演化特征等流动信息.结果表明,水轮机的全通道CFD分析能够较为准确地预测出水轮机过流部件内的性能参数及内部流场结构,所得到的结果对进行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.     

三维宽顶堰紊流场数值模拟及分析

本文利用三雏标准k-ε紊流数学模型,选择VOF方法追踪自由表面,采用气液两相流计算模型对宽顶堰流场进行了数值模拟,计算结果与试验数据较为吻合.模拟结果表明,数值模拟能够广泛应用于数值模拟带有复杂自由表面的泄水建筑物紊流场.     

带有自由表面紊流流场的数值模拟

带有自由表面的三维强紊动水流在水利水电工程中，以及其他一些领域普遍存在．对该种紊流的数值模拟历来是一个十分具有挑战的领域．应用双流体模型与传统的标准κ—ε双方程紊流模型相耦合，对水垫塘中紊流流场进行了数值模拟、数值计算结果与物模测量结果具有较好的一致性。     

混流式水轮机引水部件内部流动的二维数值模拟与三维模拟比较分析

基于N-S方程和标准k-ε紊流模型,采用CFD计算流体力学软件对HLA 616-WJ-55混流式水轮机原型机的引水部件在最优工况下进行了二维定常数值模拟,获得了流场的速度、压力分布变化规律,并与同型式水轮机的蜗壳三维数值模拟结果进行比较分析。结果表明,二维CFD分析也能较概括地预测引水部件内部流场的结构,数值模拟结果对水轮机选型和优化设计均具有重要的指导意义。     

基于FLOW-3D软件的溢洪道三维水流数值模拟

采用FLOW-3D水流计算软件模拟了溢洪道挑流消能的三维水流流场,并通过调整溢洪道平面布置、增设贴角和改变预挖冲坑范围等措施对溢洪道原设计方案进行了优化。结合水工模型试验成果,对原设计方案和优化方案的水流流态、流速分布和水面线等水力特性进行了对比分析。数值模拟计算结果与水工模型试验比较吻合,说明优化方案的有效性,也进一步表明三维数值模拟的可行性。     

非正交网格在冲坑流场数值模拟中的应用

结合多重网格法，采用非正交同位网格下的有限体积法，选用标准κ-ε紊流模型对挑流冲坑内流场进行了二维数值模拟，计算中采用非正交网格精确模拟不规则冲坑几何边界，避免了贴体正交网格变换的繁琐，结果分析表明，此方法能够准确有效地模拟冲坑内流场情况，为扩展到三维数值模拟建立了基础。     

基于CFD的混流式水轮机全流道三维数值模拟

基于CFD计算软件，以N—S方程为控制方程，采用Sparlan—Allmaras湍流模型和结构化网格，对蜗壳、固定导叶、活动导叶、转轮及尾水管等过流部件进行了全过流部件的三维数值模拟。利用NUMECA自带后处理模块．通过流场分析原转轮流道内速度矢量分布和静态压力分布。解释了设计中不足及由此产生的过流能力差和效率低等问题。据此在不改变其他过流部件的前提下．提出了对转轮进行了改造的措施，经证明取得良好的效果。     

矩形明渠三维紊流的数值模拟

在明渠三维流动中，紊流产生的二次流起关键作用，它对主流流场分布，壁面应力及污染物的扩散有很大影响，有时还影响床面的稳定，Ｋ－ε紊流模型及类似的双方程模型不能计算这种二次流动。本文将非线性Ｋ－ε紊流模型用于明渠三维紊流的计算，模型用张量形式推出，比代数应力模型更易推广到复杂边界流动，应用这一模型及另两种代数应力模型对矩形明渠流动进行计算，所得结果，尤其是表述紊流特征的量，与实测资料进行了详细比较，并     

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．     

轴流式水轮机模型飞逸过程三维湍流数值模拟

通过作者建立的非稳态过程三维湍流数值模拟方法,模拟了轴流式水轮机模型飞逸过程,并进行了其三维数值湍流计算,获得了机组到达最大转速时所需时间、最大飞逸转速值、飞逸过程内特性流场演变规律以及转速、流量、力矩与测点静压随时间变化的曲线。计算结果表明,所得最大飞逸转速与试验值非常接近,误差在1.5%以内;所得力矩及流量等外特性参数变化过程均符合高比转速水轮机理论特性;当转速增大到某一数值之后,尾水管水力稳定性急剧恶化是引起机组振动的主因。     

水轮机固定导叶和活动导叶后的卡门涡频率研究

本文使用非结构化网格对流动区域进行离散，这种方法保证了计算网格形态良好，从而提高了计算精度。在对影响卡门涡频率敏感的分离位置计算中，使用了差分方法进行紊流边界层计算，确定分离位置。通过卡门涡频率预估模型对岩滩水电站水轮机固定导叶和活动导叶后的卡门涡频率进行了计算，计算结果与实测结果一致。本文建立的水轮机固定导叶和活动导叶后卡门涡频率预估模型，可在设计阶段进行叶片绕流卡门涡频率的预估。     

水轮机固定导叶与活动导叶周向相对位置的优化计算

基于无粘－边界层选代的计算模型，以水轮机导水机构的水力损失为目标函数，对固定导叶与活动导叶的周向相对位置进行了优化计算．与有关实验结果的定性比较表明本文的计算结果是合理的．     

Numerical predictions of pressure pulses in a Francis pump turbine with misaligned guide vanes

Previous experimental and numerical analyses of the pressure pulse characteristics in a Francis turbine are extended here by using the unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with the shear stress transport （SST） turbulence model to model the unsteady flow within the entire flow passage of a large Francis pump turbine with misaligned guide vanes at the rated rotational speed. The S-curve characteristics are analyzed by a combined use of the model test and the steady state simulation with the aligned guide vane firstly. Four misaligned guide vanes with two different openings are chosen to analyze the influence of pressure pulses in the turbine. The characteristics of the dominant unsteady flow frequencies in different parts of the pump turbine for various misaligned guide vane openings are investigated in detail. The predicted hydraulic performance and the pressure fluctuations show that the misaligned guide vanes reduce the relative pressure fluctuation amplitudes in the stationary part of the flow passage, but not the runner blades. The misaligned guide vanes have changed the low frequencies in the entire flow passage with the change of the pulse amplitudes mainly due to changes in the rotor-stator interaction and the low frequency vortex rope flow behavior.     

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。     

水轮机活动导叶关闭过程中导水机构内动态流场数值模拟研究

水力机组在暂态过程中诱发的强瞬变流是一种复杂的非定常湍流,对机组安全稳定运行具有重要影响。为了探索水轮机活动导叶动态调节动作诱发叶后强瞬变流对机组暂态特性的影响,本文应用模拟流固耦合动态效应较好的浸入边界法和大涡模拟技术来处理该类强非线性动边界流体动力学问题。首先,精细模拟槽道内两级线性排列动静叶栅动态绕流叶后压力和尾迹结构分布,由于受到固定导叶和活动导叶动静干涉的影响,其下游流场表现出复杂的非定常流动特征。随后完成了水轮机导水机构两级非线性环列叶栅动态绕流的模拟,展现了水轮机导叶调节运动的关闭过程。该方法可用于水轮机流道内多级翼型叶栅绕流的精细模拟,为研究水轮机调节振荡对机组暂态性能的影响提供有益的参考,对耦合上游管道系统水力暂态和水轮机三维暂态效应的研究也有指导意义。     

长短叶片水轮机转轮内固液两相流数值模拟

运用RNGκ-ε湍流模型和两相流混合模型,分别对常规叶片和长短叶片的混流式水轮机全流道在不同开度下的含沙水流运动进行数值模拟,并对常规叶片转轮磨损情况与实验结果进行比较分析。对固体颗粒在2种转轮内的流动状况及叶片表面泥沙磨损程度进行分析时发现:2种转轮叶片表面泥沙颗粒速度曲线趋势相同,都是在叶片进口处存在速度最大值;在最优工况下,常规叶片表面的泥沙浓度要高于长短叶片,在叶片进口压力面和出口处出现了严重的泥沙磨损;长短叶片表面的泥沙浓度分布更为均匀。此外,在计算过程中还发现,叶片进口压力面的磨损程度随开度的减小而稍有加剧,最严重区域发生在距叶片进口1/5位置处。     

混流式水轮机全流道三维定常湍流数值计算

基于标准k-ε双方程湍流模型和三维时均N-S方程,进行了混流式水轮机全流道的三维定常湍流计算.捕捉到了水轮机各过流部件内的流场和尾水管内的涡旋结构等流动信息.结果表明,水轮机的全流道CFD分析能够较为准确地预测出水轮机过流部件内的性能参数及内部流场结构,所得到的结果对进行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.     

水轮机导叶含端面间隙的水动力学研究

本文基于N－S方程和标准κ-ε紊流模型，采用贴体坐标和结构化网格，用SIMPLE算法，对带有间隙导叶叶栅进行三维不可压定常粘性流动数值模拟。详细研究比较了导叶有无间隙两种情况下的水轮机导叶水动力学特性，揭示了水轮机导叶端面间隙流动的运动规律以及间隙流动对主流的影响，计算结果与实验吻合，从而为导叶及上下端面的磨蚀以及水轮机的水力稳定性提供理论依据。     

Large-Eddy simulation of three-dimensional turbulent flow around a circular pier

1. INTRODUCTION The local scouring around a circular pier occurs rather frequently in engineering, which is closely related to the flow field and the movable bed. The flow field is a complex three-dimensional unsteady flow. The complexity is further magnified due to the interaction between the flow and the movable bed during scouring. Hitherto, there have been a number of investigations on the problem, but most of the studies focused on the formation of the maximum scouring depth based on…