基于数值模拟的窄高型尾水管内部流动分析

摘要

混流式水轮机在部分负荷下出现的尾水管空化涡带是诱发水轮机振动、管道系统水力共振、叶片裂纹等安全问题的主要原因之一。国内外对混流式水轮机在部分负荷下尾水管压力脉动的研究已越来越深入。目前通过数值计算已经能较好模拟模型试验中观察到的涡带,预测的压力脉动特征与试验值也有一定程度的吻合;对尾水管内涡带产生机理的认识也更加清晰。
　　本文结合二滩水电站的原型水轮机尾水管几何参数来建立此窄高型尾水管的几何物理模型,基于三维时均N-S方程对尾水管内部流动及特性进行三维数值模拟分析,通过计算结果对窄高型尾水管内部流动进行了分析。
　　论文具体完成的工作内容如下:
　　一、根据二滩水电站的实际水力参数,对水轮机的尾水管整体结构建立物理模型;
　　二、研究了利用ICEMCFD软件对尾水管进行网格划分的方法以及利用FLUENT软件对尾水管模型选择、参数选择、求解计算等一系列软件应用的关键步骤;
　　三、采用标准???模型在不同工况下对尾水管进行了定常湍流计算。对求解收敛的结果进行后处理,得到了不同工况下计算流体区域的速度矢量分布、静压力分布、全压力分布,分析了各工况点流体流动状态和静、全压数值变化;
　　四、在定常湍流计算的基础上,以其作为初始条件应用雷诺应力湍流模型进行了尾水管的非定常湍流数值模拟,得到的计算结果更接近实际流场的分布;
　　五、还采用气液混相均质假设和基于组分输运方程的空化模型,通过求解气液混相均质流的雷诺平均N-S方程以及气相组分输运方程,并考虑不可凝结气相(non-condensablegas,NCG)的影响,计算了混流式水轮机尾水管内部的空化流场。

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第1章 绪论

1.1 本文课题的提出背景及研究意义

1.2 水轮机内水流的数值模拟

1.3 国内外研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 水轮机尾水管内部流态研究

2.1 尾水管内部流态研究现状

2.2 尾水管的内部流动特征

2.3 尾水管内部流态研究方法

2.4 尾水管数值模拟计算方法

2.5 尾水管压力脉动的形成机理

2.7本章内容小结

第3章 数值计算理论与方法

3.1 流体动力学控制方程

3.2 空泡动力学模型

3.3 湍流流动数值模拟方法

3.4 湍流模型的选择

3.5 本章小结

第4章 计算模型的建立与网格划分

4.1 几何建模

4.2 网格划分

4.3 计算策略及步骤

4.4 本章小结

第 5 章 12A尾水管三维湍流数值计算结果分析

5.1 12A尾水管定常流动分析

5.2 12A尾水管非定常流动分析

5.3不同工况下尾水管的压力脉动特性

5.4 本章小结

第 6 章 尾水管内部空化水气两相流计算

6.1 空化水气两相流计算理论

6.2 尾水管空化计算结果分析

6.3 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果