冲击式水轮机喷嘴CFD优化设计

摘要

本文分析了冲击式水轮机的工作原理、能量损失和参数选择，其中着重分析了喷嘴的结构、工作原理和影响因素；分别介绍了流场分析软件Fluent的计算原理和软件结构，其中重点介绍了其计算原理，从计算流体力学的角度，再现了CFD软件的工作过程及其优缺点；通过以上两方面的理解，为喷嘴的数值模拟的进一步工作打下基础。同时根据喷嘴的结构，编写程序对喷嘴进行了几何计算；并根据喷嘴的工作原理和Fluent的流场计算原理，对喷嘴进行了数学建模；然后根据其几何模型和数学模型对喷嘴进行了数值模拟。另外针对喷嘴两相流后处理编写了后处理程序，应用于喷嘴效率的计算，计算发现编写的后处理程序计算喷嘴效率比传统方法方便。最后分析了喷嘴效率随相对行程的关系，总结分析了喷嘴流量计算公式，改进了流量系数。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题来源及研究的目的和意义

1.2国内外研究现状及分析

1.2.1冲击式水轮机喷嘴的研究现状及分析

1.2.2数值计算的研究现状及分析

1.3本课题的主要研究内容

第2章冲击式水轮机原理及Fluent软件介绍

2.1冲击式水轮机概述

2.2冲击式水轮机的工作原理

2.3冲击式水轮机中的能量损失

2.4冲击式水轮机喷嘴概述

2.5冲击式水轮机的参数选择

2.6 Fluent软件的理论基础

2.6.1流场的数学模型概论

2.6.2数学模型的离散方法

2.6.3代数方程组的求解

2.7 Fluent结构简介

2.8本章小结

第3章冲击式水轮机喷嘴数值模拟

3.1喷嘴流动的数学模型

3.2喷嘴角度的几何计算

3.3喷嘴几何模型的建立

3.4计算模型的选择

3.5边界条件的设置

3.6喷嘴效率计算方法研究

3.6.1喷嘴效率计算

3.6.2计算结果分析

3.7本章小结

第4章冲击式水轮机喷嘴CFD优化设计

4.1效率分析

4.1.1实验数据分析

4.1.2优化计算

4.1.3效率分析结果

4.2压力分析

4.2.1流场计算喷针表面静压力分布

4.2.2与效率联系比较之发现

4.2.3压力分析结论

4.3流量系数公式的研究

4.3.1研究目的及解决思路

4.3.2原公式计算分析

4.3.3流量系数公式的拟合

4.3.4公式总结

4.4本章小结

结论

参考文献

附录一喷嘴角度计算程序

附录二喷针角度计算程序

附录三喷嘴效率计算程序

攻读学位期间发表的论文

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哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢