基于IBM-LES的贯流泵湍流特性

为充分了解贯流泵运行工况下的内部流动特性,通过基于浸没边界法的大涡模拟(IBM-LES)方法,研究了圆柱坐标系下某贯流泵在设计工况的三维非定常湍流流场.模拟基于三维笛卡尔网格坐标系,空间离散采用有限差分格式,时间推进采用二阶龙格库塔法,大涡模拟采用动态亚格子应力模型.采用水平集法描述流体中流道、叶轮、导叶等固体区域边界.结果表明:靠近叶轮叶片根部圆周截面的整体湍动能较弱,而在中等跨度圆周截面区域湍动能最大的位置位于叶轮叶片尾流区域,两处湍动能均主要由流向方向分量提供.叶轮叶顶间隙涡区域湍动能强度较大,且3个方向分量贡献相当.而在后置导叶尾流中,随着流向距离的增大和湍流的耗散与发展,尾流会逐渐发展而表现出均匀的圆管流动特性.研究结果可为改善贯流泵运行稳定性提供理论参考和工程应用支撑.

间隙泄漏流对轴流泵反向发电水力性能的影响

本文以轴流泵反向发电为研究对象,采用数值方法研究了叶顶间隙泄漏流动(TLF)对轴流泵反向发电水力性能的影响机理。与无叶顶间隙的工况相比,TLF及其诱发的叶顶泄漏涡(TLV)会导致相同水头下水力效率下降和流量增加。TLF直接产生的TLV形式受叶轮叶片流入角度的影响,并且影响叶轮叶片表面的压力分布取决于运行条件。涡量输运方程分析表明,相对涡拉伸项在靠近叶轮壁面区域对TLV空间发展中起主导作用;在小流量和最优工况下,科氏力项在叶轮中部贡献最大;黏性扩散项作用最小。考虑间隙时,叶顶间隙内的泄漏流动及叶顶泄漏涡使得靠近壁面区域的涡量变化强度明显增强。研究成果为保障水泵反向发电安全稳定运行提供理论依据。

叶顶泄漏流动对轴流泵反向发电能量特性的影响研究

轴流泵端壁区存在叶顶间隙从而引起叶顶泄漏流动,严重限制了轴流泵反向发电(PAT)的能量性能和稳定性。为了研究叶顶泄漏流动(TLF)对轴流泵反向发电能量特性的影响,对轴流泵反向发电不同流量工况进行了数值模拟。计算结果表明:相比于不考虑间隙的情况,考虑叶顶间隙时模拟的水头和效率较低,且两种间隙下的差异随着流量的增加而增大,TLF和其引起的叶顶间隙涡(TLV)是造成此差异的主要原因。入流角对TLV空间形式有影响,而TLV对叶轮叶片表面压力分布的影响取决于运行条件。涡输运方程表明,涡拉伸项在TLV的空间演化中起主导作用,黏性扩散项作用最小。

一种适用于模拟水力机械内部流动的水平集-浸入边界法研究

该文提出了一种适用于数值模拟复杂水力机械内部三维不可压缩流动的水平集-浸入边界法。采用有限差分法和投影法对流体域控制方程进行离散求解,时间推进采用二阶龙格-库塔格式。在浸入边界点上压力和速度进行强制重构,以满足相应的速度和压力边界条件,进而实现了考虑固体结构边界的三维流场数值模拟。基于非结构三角形网格离散固体区域的复杂边界,通过搜索圆计算流固交界面附近一定距离内网格点至交界面的距离和采用射线法区分流体域和固体域,实现了一种利用水平集函数准确且快速捕捉复杂流固交界面的方法。通过一系列标准测试算例验证了算法的精度与鲁棒性,并应用于轴流泵泵段的三维模拟。结果表明,该文基于水平集的浸入边界法可以有效模拟固体运动下的三维流场,并适用于水力机械三维复杂流动。