垂直軸潮流水輪機(jī)流場(chǎng)的三維數(shù)值模擬

利用標(biāo)準(zhǔn)k-ε雙方程湍流模型,采用vof法追蹤自由水面,應(yīng)用瞬態(tài)piso算法求解壓力速度耦合的方法,采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格并在溢流壩頂進(jìn)行網(wǎng)格加密,模擬計(jì)算了七孔溢洪道流場(chǎng)的三維水力特性,得到了設(shè)計(jì)工況的泄流能力、水面曲線、速度場(chǎng)。通過物理模型試驗(yàn)驗(yàn)證,兩者結(jié)果吻合較好。

利用cfd軟件fluent對(duì)多級(jí)導(dǎo)葉式清水離心泵的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,得出了葉輪及導(dǎo)葉內(nèi)部流道的速度和壓力分布規(guī)律,并發(fā)現(xiàn)了葉輪進(jìn)口回流,出口的二次流動(dòng)特征等葉輪內(nèi)部流動(dòng)的細(xì)節(jié),導(dǎo)葉出口區(qū)產(chǎn)生了一個(gè)低壓區(qū)等流動(dòng)特征。然后根據(jù)自編計(jì)算軟件利用計(jì)算得到的速度場(chǎng)數(shù)據(jù)計(jì)算出泵的揚(yáng)程、功率、效率和流量之間的關(guān)系曲線,并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。結(jié)果表明:在設(shè)計(jì)工況附近,預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值吻合較好,在其它工況點(diǎn),特別是小流量工況點(diǎn),誤差較大。

應(yīng)用商業(yè)軟件fluent6.2對(duì)600mw超臨界汽輪機(jī)組的調(diào)節(jié)閥流場(chǎng)進(jìn)行了全三維流動(dòng)分析。利用ug實(shí)體建模軟件對(duì)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行三維成型,通過gambit網(wǎng)格劃分軟件對(duì)區(qū)域進(jìn)行非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分。在三維數(shù)值計(jì)算中,模擬分析了調(diào)節(jié)閥在100%、50%和30%三個(gè)工況開度下的流場(chǎng)特性。計(jì)算結(jié)果表明,由閥碟與閥座組成的環(huán)型通道是決定調(diào)節(jié)閥的主控通流能力、流場(chǎng)特性和穩(wěn)定性三項(xiàng)氣動(dòng)性能的關(guān)鍵部位。文中所研究的調(diào)節(jié)閥的閥碟采用了內(nèi)凹型設(shè)計(jì),汽流自喉部噴射后,迅速脫離閥碟,并在閥座的曲線收斂段形成附著流,避免了流經(jīng)閥碟表面的周向流體的過早摻混帶來的能量損失。閥碟獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得調(diào)節(jié)閥在各種工況開度下有著較穩(wěn)定的流動(dòng)狀態(tài)。

采用計(jì)算流體力學(xué)的方法,對(duì)雙層六直葉渦輪槳、雙層六斜葉渦輪槳以及雙層六直斜葉交替渦輪槳攪拌槽流場(chǎng)進(jìn)行研究。利用laminar層流模型對(duì)其在甘油與水的混合物中產(chǎn)生的流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,得到三種不同結(jié)構(gòu)形式的雙層槳以恒轉(zhuǎn)速200r/min在攪拌槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的流場(chǎng)結(jié)構(gòu),對(duì)比分析軸向、徑向和周向的速度矢量圖、速度云圖以及速度分布曲線,為層流攪拌槽的設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

運(yùn)用cfx流動(dòng)軟件的滑移網(wǎng)格和標(biāo)準(zhǔn)的k-ε湍流模型對(duì)工業(yè)中常用的dl型多級(jí)沖壓離心泵整級(jí)進(jìn)行了全三維瞬態(tài)流場(chǎng)的數(shù)值模擬,分析泵內(nèi)葉輪與導(dǎo)葉間的動(dòng)靜干擾問題。滑移網(wǎng)格分別設(shè)置在多級(jí)離心泵葉輪出口、固定導(dǎo)葉入口與泵內(nèi)流體之間的交互界面,對(duì)每個(gè)時(shí)間步求解流動(dòng)方程。在任一個(gè)葉輪旋轉(zhuǎn)周期內(nèi),分析葉輪入口和出口的總壓值出現(xiàn)脈動(dòng)信號(hào)頻率與葉輪葉片數(shù)的關(guān)系。分析了葉輪入口和出口處總壓波動(dòng)的幅度。該三維非穩(wěn)態(tài)模擬結(jié)果為多級(jí)沖壓離心泵的水力優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

本文以一個(gè)沖擊式(切擊式)水輪機(jī)水斗實(shí)例造型為基礎(chǔ),闡述了水輪機(jī)水斗的造型思路、方法及步驟,明確了造型中的難點(diǎn)及需要注意的事項(xiàng)。使沖擊式水輪機(jī)實(shí)現(xiàn)流體分析計(jì)算、強(qiáng)度分析及數(shù)控加工成為可能,為沖擊式水輪機(jī)的國產(chǎn)化打下基礎(chǔ)。

針對(duì)同一葉輪配不同導(dǎo)流器,通過試驗(yàn)分析,探索提高潛水泵效率的途徑。以250qj125型潛水泵配兩種導(dǎo)流器為例,通過cfd數(shù)值計(jì)算,預(yù)測(cè)出潛水泵的性能,將解析法求得的潛水泵最佳工況點(diǎn)與模擬試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較,其結(jié)果較為吻合。經(jīng)對(duì)兩種導(dǎo)流器內(nèi)部的速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)分析,提出了增加導(dǎo)流器長度、增大導(dǎo)葉片進(jìn)口沖角和壁角等方法可提高潛水泵的效率。

運(yùn)用三維變密度不可壓計(jì)算流體力學(xué)方法對(duì)微型y形沖擊射流進(jìn)行流動(dòng)結(jié)構(gòu)研究.結(jié)果表明:入射角度和入射速度是影響流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和混合效果的兩個(gè)重要因素,分別存在有最佳入射角度和入射速度.我們發(fā)現(xiàn)在射流角度等于90°、射流速度為中速時(shí),其流場(chǎng)結(jié)構(gòu)最利于混合,因?yàn)榇藭r(shí)射流的接觸面積最大.另外,射流速度越大,其分割強(qiáng)度值也越大,因此混合性能也越差.當(dāng)速度太大時(shí),會(huì)使兩股流體的接觸面破碎而散落在空間中,使其不再接觸,因此對(duì)分子間的擴(kuò)散和混合不利.

二維潮流數(shù)值水槽的樁群數(shù)值模擬——為了研究二維潮流數(shù)值模擬中樁基的影響，導(dǎo)出了二維潮流樁基數(shù)模控制方程組，建立了樁基的二維潮流數(shù)值水槽，利用物模試驗(yàn)得出的樁基摩阻系數(shù)和樁基附加糙率，并經(jīng)水深修正后，對(duì)洋山港一期工程樁基碼頭的潮流情況進(jìn)行了模擬...

本文根據(jù)支流改道工程河道水流的特點(diǎn)結(jié)合通航水流條件研究特性,建立三維河道數(shù)學(xué)模型,對(duì)某水電站支流改道工程對(duì)下游通航水流條件影響進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,研究成果表明:支流改道后,隧洞出口水流對(duì)下游航道的影響范圍有限,僅對(duì)出口附近局部區(qū)域內(nèi)水流存在一定影響,且其水位、流速、流向變化值較小,支流改道工程對(duì)下游引航道及其連接段的水流條件無明顯影響,由于數(shù)模中支流出口水流采用斷面流速不均勻系數(shù)來概化模擬隧洞出口水流,所以建議設(shè)計(jì)在支流出口處加設(shè)消力墩等措施使隧洞出流與主河道水流平順銜接,增加工程安全裕度。

本文采用數(shù)值模擬方法預(yù)測(cè)由近地三維流動(dòng)風(fēng)引起的建筑物的表面風(fēng)壓。文中運(yùn)用一種擴(kuò)展的ｋ－ε紊流封閉模型，導(dǎo)得了穩(wěn)態(tài)流動(dòng)風(fēng)的統(tǒng)一形式的控制微分方程。采用控制容積法對(duì)微分方程作了離散，ｓｉｍｐｌｅｃ壓力校正迭代算法實(shí)現(xiàn)了非線性離散化方程的求解。實(shí)例計(jì)算與分析比較表明，本文的模擬方法改善了對(duì)建筑物側(cè)風(fēng)面和頂面風(fēng)壓值的預(yù)測(cè)。

采用simple算法、kε-ap模型和混合四面體非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格在笛卡爾坐標(biāo)系中對(duì)離心式污水泵內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,得出了污水泵內(nèi)固體顆粒的流動(dòng)規(guī)律以及固體顆粒的分布特征,為離心式污水泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論參考。

基于通用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件fluent,建立思林水電站土石圍堰過水流場(chǎng)三維數(shù)值預(yù)測(cè)模型.采用可實(shí)現(xiàn)(realizable)k-ε紊流模型封閉紊流時(shí)均n-s方程,圍堰上自由水面變化采用vof方法捕捉.對(duì)圍堰原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了計(jì)算模擬,并用試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證.依據(jù)計(jì)算所得的詳細(xì)流場(chǎng)信息,給出了圍堰過水流場(chǎng)的流態(tài)和堰面紊動(dòng)強(qiáng)度分布及大小,以及水躍的形態(tài)和發(fā)生位置.研究表明可靠的三維水動(dòng)力數(shù)值模型可以做為試驗(yàn)研究的有力補(bǔ)充,有助于理解復(fù)雜的過水圍堰三維流場(chǎng)以及沖刷發(fā)生的機(jī)理.

針對(duì)礦用局扇對(duì)旋風(fēng)機(jī),建立了三維整機(jī)全流場(chǎng)幾何模型,采用四面體非結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)格進(jìn)行空間離散,完成了整機(jī)的數(shù)值計(jì)算。主要分析了風(fēng)機(jī)內(nèi)部特定面處的壓力場(chǎng)和速度場(chǎng)的分布規(guī)律,揭示了軸流風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)的基本特性。研究結(jié)果可為風(fēng)機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供借鑒,對(duì)提高軸流風(fēng)機(jī)的整機(jī)性能具有重大意義。

采用三維水動(dòng)力學(xué)模型,借助非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格重構(gòu)地形,開展了金沙江干流山區(qū)水庫通航流態(tài)的數(shù)值模擬研究。以攀枝花河段為例,選取不同的來流條件進(jìn)行了模擬,重點(diǎn)關(guān)注了水深、流速、平面流場(chǎng)和典型彎道的環(huán)流結(jié)構(gòu)等水動(dòng)力學(xué)特性,進(jìn)一步對(duì)河段可能的礙航點(diǎn)進(jìn)行了分析。計(jì)算結(jié)果表明:在一定的出流邊界條件下,河道水深整體呈沿程遞增趨勢(shì),基本可滿足三級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)某些流量級(jí)下,局部卡口、突擴(kuò)和彎道河段可能出現(xiàn)礙航流態(tài)。研究結(jié)果可為金沙江梯級(jí)水庫群聯(lián)合調(diào)度提供技術(shù)參考。

以k-ε湍流模型封閉reynods方程,采用vof法追蹤自由水面,對(duì)緬甸dapein水電站表孔溢流壩的水流流動(dòng)進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。結(jié)果表明,溢流壩的泄流能力、水面線、壓力分布與流速分布等數(shù)值模擬結(jié)果與模型試驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果吻合,數(shù)值模擬結(jié)果可信,選擇的紊流模型合理,求解方法可靠,可為工程設(shè)計(jì)提供全面、合理的參考。

采用三維水動(dòng)力學(xué)模型,借助非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格重構(gòu)地形,開展了金沙江干流山區(qū)水庫通航流態(tài)的數(shù)值模擬研究.以攀枝花河段為例,選取不同的來流條件進(jìn)行了模擬,重點(diǎn)關(guān)注了水深、流速、平面流場(chǎng)和典型彎道的環(huán)流結(jié)構(gòu)等水動(dòng)力學(xué)特性,進(jìn)一步對(duì)河段可能的礙航點(diǎn)進(jìn)行了分析.計(jì)算結(jié)果表明:在一定的出流邊界條件下,河道水深整體呈沿程遞增趨勢(shì),基本可滿足三級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn);同時(shí)某些流量級(jí)下,局部卡口、突擴(kuò)和彎道河段可能出現(xiàn)礙航流態(tài).研究結(jié)果可為金沙江梯級(jí)水庫群聯(lián)合調(diào)度提供技術(shù)參考.

本文采用數(shù)值模擬方法預(yù)測(cè)由近地三維流動(dòng)風(fēng)引起的建筑物的表面風(fēng)壓。文中運(yùn)用一種擴(kuò)展的ｋ－ε紊流封閉模型，導(dǎo)得了穩(wěn)態(tài)流動(dòng)風(fēng)的統(tǒng)一形式的控制微分方程。采用控制容積法對(duì)微分方程作了離散，ｓｉｍｐｌｅｃ壓力校正迭代算法實(shí)現(xiàn)了非線性離散化方程的求解。實(shí)例計(jì)算與分析比較表明，本文的模擬方法改善了對(duì)建筑物側(cè)風(fēng)面和頂面風(fēng)壓值的預(yù)測(cè)。

為了有效地利用潮流能,設(shè)計(jì)了一種適合于中低流速、容易實(shí)現(xiàn)大型化的新型潮流能發(fā)電轉(zhuǎn)換裝置——矩形潮流能水輪機(jī).基于矩形水輪機(jī)的設(shè)計(jì),采用數(shù)值模擬的方法,分析了密實(shí)度、葉片安裝擺角、流速等參數(shù)對(duì)水輪機(jī)性能的影響,并對(duì)葉片間流場(chǎng)擾動(dòng)進(jìn)行了研究.結(jié)果表明:葉片數(shù)(密實(shí)度)和葉片安裝方式對(duì)矩形水輪機(jī)的獲能特性和推力特性產(chǎn)生較大影響,通過調(diào)節(jié)葉片數(shù)和安裝擺角可以改善水輪機(jī)的能量利用效率;來流是影響矩形水輪機(jī)工作性能的外在因素,在葉片數(shù)和安裝擺角確定的情況下,來流不僅可以改變矩形水輪機(jī)的工作速比區(qū)間,而且還直接影響著矩形水輪機(jī)的功率、推力特性;葉片在迎流面和背流面體現(xiàn)出不同的水動(dòng)力特性,葉片在背流側(cè)的能量捕獲能力明顯低于在迎流側(cè)的,迎流側(cè)葉片對(duì)流場(chǎng)的擾動(dòng)是一種負(fù)面效應(yīng).

采用三維標(biāo)準(zhǔn)k-ε紊流數(shù)學(xué)模型,引入氣液兩相流體積率模型跟蹤自由水面,對(duì)建有高樁碼頭的河道流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,并從流速分布和水位變化兩方面對(duì)數(shù)值模擬和物理模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的可靠性和合理性。分析結(jié)果表明:高樁碼頭樁群對(duì)過水?dāng)嗝嬗衆(zhòng)"束窄\"作用,樁群區(qū)外的流速急劇增大;水流進(jìn)入樁群區(qū)一定距離后,存在一個(gè)速度的極小區(qū)域,在樁群影響遠(yuǎn)區(qū),其流速沿程增大;當(dāng)樁群長度一定時(shí),樁群寬度越大,其阻水作用越大;當(dāng)樁群寬度一定時(shí),樁群長度越大,其阻水越明顯。

為了提升雙吸離心泵的性能,研究其內(nèi)部流動(dòng)規(guī)律,采用rngk-ε方程湍流模型和標(biāo)準(zhǔn)simple算法對(duì)某一扭曲葉片雙吸離心泵全流道進(jìn)行了cfd分析,并與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較。結(jié)果表明,該方法能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出雙吸離心泵葉輪與蝸殼間及內(nèi)部的流動(dòng)特性,所得結(jié)果對(duì)進(jìn)行雙吸離心泵的水力設(shè)計(jì)或改型優(yōu)化設(shè)計(jì)等研究具有重要的指導(dǎo)意義。

為了研究缸內(nèi)渦流運(yùn)動(dòng)對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放的影響和確定減小原發(fā)動(dòng)機(jī)排放的措施,采用avlfire進(jìn)行三維建模,對(duì)缸內(nèi)渦流運(yùn)動(dòng)在進(jìn)氣門關(guān)閉以后的流場(chǎng)進(jìn)行模擬研究.通過對(duì)不同渦流比對(duì)應(yīng)工況下的缸內(nèi)混合氣濃度場(chǎng)分布、燃燒放熱規(guī)律以及缸內(nèi)溫度變化進(jìn)行分析研究,確定了發(fā)動(dòng)機(jī)排放隨渦流強(qiáng)度的變化規(guī)律.研究表明,發(fā)動(dòng)機(jī)噴霧油束受渦流強(qiáng)度影響比較大,從而影響缸內(nèi)混合氣的形成、燃燒和排放.