混流式水轮机的三维湍流流场分析与性能预测

用数值方法研究混流式水轮机各通流元件内部流场是优化其设计的重要手段。该文基于Navier-Stokes方程和k-ε紊流模型,采用贴体坐标和交错网格系统,用SIMPLEC算法对一模型混流式水轮机引水元件、转轮和尾水管进行了联合计算与转轮单流道计算,数值模拟了水轮机各通流元件内部三维湍流流场,预测了水轮机的能量性能和空化性能,并与水轮机模型试验结果进行了对比。该文的水轮机计算效率与实测效率非常接近,各工况最大相对误差为0.9%;计算的初生空化系数与实测临界空化系数之比为1.57～1.99,符合实际。研究结果表明,该文提出的多部件联合计算与转轮单流道计算相结合的方法,可节省计算资源且精度较高,并具有良好的工程适用性。

混流式原型水轮机的三维湍流计算

本文通过混流式原型水轮机全流道的三维定常和非定常湍流计算 ,预估了水轮机的能量性能、空化特性和压力脉动特性。计算以N S方程为基础 ,基于贴体坐标和交错网格划分 ,对控制方程进行变换和离散。采用SIMPLEC算法实现速度、压力变量的分离求解。非定常湍流计算应用了RNG的k-ε模型。

雷诺应力模型在三维湍流流场计算中的应用

从雷诺应力模型出发,通过求解雷诺平均N-S方程组获得三维湍流流场的数值解。计算中比较了多种湍流模式,并进行了相应的流场计算。本文完成了两个典型算例。从算例1的计算结果与实验值比较中发现:采用雷诺应力模型(RSM)计算的三维流场比采用k-ε模型更贴近实验值;算例2采用了RSM模型及三维非结构网格,对一典型内流问题进行了三维流场计算。算例的数值实践表明:采用雷诺应力模型可以有效的计算各向异性的湍流流场;另外,发展非结构网格有助于模拟壁面附近的流动,并节省计算机内存。

双流道污水泵叶轮内部三维湍流流动的数值模拟

基于Reynolds时均化的N-S方程和标准的k-ε两方程湍流模型,运用流场计算软件Fluent,在不同工况下对QW950-15-55型双流道污水泵叶轮蜗壳耦合流场进行了数值模拟研究,捕捉到了双流道叶轮内流的重要特征。依据计算结果,主要分析了设计工况时双流道叶轮内部的速度和压力分布情况。叶轮内压力分布与叶片式离心泵的数值模拟是类似的;在偏离设计的大流量工况,叶轮流道内的流动呈现明显的不对称性;叶轮内部流动为混合螺旋流,由轴向旋涡作用引发的相对速度旋涡的涡核位置靠近后盖板和压力侧;叶轮出口的压力和绝对速度分布呈现明显的周期性,其周期性与叶轮流道的周期性是对应的;静压周向分布的轴向不对称性较小,而速度周向分布的不对称性则较大。对比试验与数值模拟的扬程和水力效率值,数据基本吻合。

离心叶轮内三维湍流流场的数值计算与实验比较

采用高阶各向异性k -ε模型 (MAKE)和标准k -ε模型 (SKE)对实验离心叶轮内设计工况下的三维湍流流场进行了数值计算 ,并与采用LDV测量系统测得的实验结果进行了比较 ,结果表明 :两种模型均能模拟出设计工况下离心叶轮内气流的流动变化及二次流动现象 ,但由于SAKE模型考虑了旋转和曲率在流动过程中的影响 ,故在气流的分布趋势 ,流动方向的变化等方面 。

分解炉内三维湍流流场数值模拟

针对某大型高性能分解炉的实际尺寸,用Realizable(带旋流修正的)k-ε模型,采用SIMPLE算法,二阶迎风差分格式,模拟了炉内三维湍流流场.计算所得的速度、压力分布与该炉热工标定的结果以及其实际运行的性能符合较好.

大速差射流燃烧室内三维湍流气固两相流的实验研究

本文用二维激光多普勒测速仪和探针取样法对大速差射流燃烧室中冷态三维湍流气固两相流动进行了实验研究,测量了气相速度,颗粒速度、颗粒质量流分布及两相各自的湍流特性,探讨了高速射流作用下两相流场的主要物理特征及其对火焰的稳定和强化燃烧的作用。

柱坐标系下圆筒型反应器内三维湍流流动的数值模拟

本文以ＳＩＭＰＬＥ算法为基础并采用特殊网格方法消除柱坐标系极点奇异性，通过对Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程进行数值求解实现了圆筒形反应器内三维湍流流动的计算．开发的计算程序已得到较好应用．

半开式离心压气机叶轮三维湍流场数值分析

采用时均Ｎ－Ｓ方程、能量方程、连续性方程、理想气体状态方程及考虑压缩性修正的ｋ－ε双方程湍流模式，计算分析了高速离心式压气机半开式叶轮内部流场．在网格构造中将叶顶间隙及叶道作为独立的网格块处理，克服了以往此类研究中关于叶顶间隙流模拟方面的近似处理．计算是在考虑叶顶实际间隙及零间隙近似两种情况下进行，以研究叶顶间隙流对叶轮内部流动的影响．研究结果表明，当精确地模化叶顶间隙流动后，不仅可很好地预示叶轮内部的重要流动特征，而且计算的子午平均速度及相对气流角亦与测量值符合良好．相反，在零间隙的近似处理下，计算结果与实测值相差甚远，特别是在叶轮的后半部分．

浮子流量计三维湍流流场的数值研究

依据湍流模式理论以及计算流体力学(CFD),实现了对浮子流量计三维湍流流场的数值研究,提出利用"浮子受力平衡度误差分析法"控制计算精度,通过对流量计速度场、压力场的数值研究,获得浮子受力及流量计的流量值.通过数值模拟与物理实验的对比,得出模拟计算的流量最大满度误差为3.4%,平均满度误差为1.77%.而经典设计流量最大满度误差为23.7%,平均满度误差为8.9%.

立式轴流泵装置的三维湍流流动数值模拟

采用三维湍流数值模拟方法对南水北调东线工程某泵站立式轴流泵装置进行了优化水力设计研究工作;分别建立了轴流泵模型和立式轴流泵装置几何型体数学模型,并分别对轴流泵模型和立式轴流泵装置的内部流动进行了三维湍流数值模拟,计算所得的轴流泵模型的水力性能与模型试验的结果一致;轴流泵装置数值计算所得的水力性能与装置模型试验结果的基本规律相符。计算结果表明:采用数值计算的方法研究立式轴流泵装置内部的三维湍流流动及其水力性能是可行的,在此基础上对立式轴流泵装置进行深入的优化水力设计,可以最大限度地提高泵装置的水力性能。

水生植物对水沙运动影响的三维湍流模型

水生植物的存在改变了明渠内水流的流动结构,也影响着泥沙的输运。建立三维湍流模型,在水流控制方程中加入植被阻力项和植被密度项来考虑刚性植物对水动力特性和泥沙输运特性的影响。应用该三维数值模型计算了矩形水槽内淹没植被对水流水平时均流速垂向分布的影响、复式明渠边滩栽种挺水植被对水流深度、平均流速分布以及植被岛周围泥沙床面的冲淤变形的影响。数值计算结果与实测结果吻合良好,表明本模型可以有效地描述刚性水生植物对水流泥沙运动的影响。

水生植物对河道形态影响的三维湍流模型

植被是河床和河岸稳定性指标中的一个重要参数,它主要通过影响水流结构进而影响河道的形态。本文建立曲线坐标系下的三维湍流模型研究水生植物对河道形态的影响,在水流控制方程中加入植物阻力项和植物密度项来描述水生植物对水动力特性的贡献,通过泥沙质量守恒方程求解河道变形,在适体网格中求解模型的控制方程。应用该三维模型数值模拟了矩形水槽内两侧交替布置的非淹没刚性植物对水流结构的影响以及梯形河道内两侧交替布置的非淹没刚性植物对河道形态的影响,数值计算结果与实测结果吻合良好。

低比转数冲压焊接离心泵三维湍流数值模拟

对一低比转数冲压焊接离心泵在带分流叶片以及不带分流叶片情况下的叶轮及蜗壳耦合场进行了数值模拟。计算采用雷诺时均方程和RNGk-ε湍流模型,速度与压力耦合采用SI MPLEC算法。计算了设计工况、小流量工况及大流量工况下离心泵内部流场分布。增加分流叶片后,离心泵叶轮流道内的回流和二次流现象得到了有效控制。对比分析性能预测与试验结果的差异,在设计工况时离心泵性能预测的最大偏差为3%;非设计工况时性能预测的最大偏差为10%。

混流式水泵水轮机三维湍流数值分析

采用重整化群k-ε湍流模型对混流式水泵水轮机整体三维流动进行了雷诺平均N-S方程的数值计算。分析了水泵工况和水轮机工况水泵水轮机整个通道内的水流流动情况,对水泵工况计算结果进行了详细分析,并与模型试验结果进行了对比。

用非线性涡粘性模式计算三维湍流边界层

针对非线性涡粘性模式在求解三维湍流边界层流动时的不足 ,本文从压力 变形率关联项中的快速项出发 ,考虑流动非均匀影响 ,在显式代数应力模式的雷诺应力表达式中引入了反映雷诺应力“松弛”效应的速度二阶导数项 ,构造了一个新的非线性涡粘性模式。通过对典型算例———翼体角隅流动的计算结果表明 ,新模式能较好地再现出三维湍流边界层内雷诺切应力方向的发展滞后于速度梯度方向发展这一流动特性。

扭曲叶片离心泵叶轮内三维湍流数值模拟

为提高离心泵的优化设计水平,介绍了计算的控制方程和叶轮通道网格划分方法,采用压强连接的隐式修正SIMPLEC算法,结合雷诺平均法的RNGκ-ε模型和壁面函数法,应用商业CFD软件FLUENT,对叶轮内部的三维湍流流动进行了计算。分析了具有扭曲叶片的离心泵叶轮叶型对流速分布、压力分布和泵性能的影响,揭示了叶轮内流动规律。

离心叶轮内三维湍流流场的数值分析

应用LU -SGS -GE隐式格式和改良型高阶MUSCLTVD格式 ,通过求解全三维可压缩Reynolds平均的Navier -Stokes方程和低Reynolds数q -ω双方程湍流模型 ,对后弯角 30°的Krain离心叶轮在设计工况下通道内复杂的三维流动进行了计算。计算结果与实验数据符合良好 ,说明该方法适用于大逆压梯度流动的数值模拟 ,也可以用来深入研究离心压气机内各种复杂的三维流动现象。

水泵吸水管和进水池内三维湍流的数值模拟

建立了泵站中水泵吸水管和进水池内部三维湍流流场的数学模型,针对泵站中布置了多台机组的多个吸水管和进水池中三维流场的计算边界条件作了深入分析,提出了合理的边界条件。根据分区划分网格的思想,构造了任意形状的水泵吸水管和进水池的贴体计算网格,在任意坐标系中对三维湍流流场的控制方程进行离散,编制了水泵吸水管和进水池内部三维湍流流场数值模拟的计算程序。数值模拟计算了泵站中水泵吸水管和进水池内部三维湍流流场。在数值模拟基础上,可对泵站中水泵吸水管和进水池内部流态进行评估。

三维湍流流动计算方法在中小型混流式转轮增容改造中的应用

针对新疆某电站水轮机转轮增容改造 ,基于 k-ε模型的全三维湍流计算技术在流动计算中的应用 ,给出了混流式转轮在贴体坐标系下的湍流计算的基本方程组 .应用该方法编制的程序对该电站水轮机转轮进行了优化后的主要流动计算 ,并设计制造出了新转轮 .经实际运行验证 ,达到了预期性能 ,效果很好 .