混流式水轮机三维非定常湍流流动及压力脉动的数值模拟

摘要

该课题从计算流体动力学出发,分析对比了应用于三维湍流流动计算的数值模型,并选择了适合于水轮机内部三维非定常湍流流动计算的大涡模拟模型(LES).在计算过程中,该文基于N-S方程和大涡模拟模型,采用贴体坐标和四面体网格系统,利用GAMBIT软件建立了混流式水轮机主要过流部件的几何模型,并生成了计算网格系统;再应用TGRID将转轮,尾水管和活动导叶连为一体,做为计算用的物理模型.通过对该物理模型设置不同的边界条件后,利用FLUENT软件对水轮机内部流动进行了三维非定常紊流计算.该文以一混流式水轮机HL220-LJ-50为例,模拟了其30多个典型工况下的速度场、压力场、叶道旋涡流、尾水管旋涡流(涡带)及其压力脉动.数值模拟结果与实际情况非常吻合.通过该课题的研究,将为提高水轮机稳定性,改进水轮机设计提供重要的参考.

目录

文摘

英文文摘

第一章前言

1.1课题来源及名称

1.2本课题研究的目的和意义

1.3国内外研究现状及发展趋势

1.4课题的主要研究内容、途径及技术路线

第二章水轮机内部流场湍流模型及比较

2.1湍流运动的基本概念

2.2湍流运动的基本方程组

2.2.1连续性方程

2.2.2动量方程

2.2.3湍流能量方程

2.3湍流模型

2.3.1涡粘模型

2.3.2标准κ-ε模型

2.3.3 RNG κ-ε模型

2.3.4现实的κ-ε模型

2.3.5 LES模型

2.3.6应力模型

2.4几种湍流模型的比较

2.5小结

第三章FLUEN软件简介

3.1程序结构

3.1.1 FLUENT

3.1.2 prePDF

3.1.3 GAMBIT

3.1.4TGRID

3.1.5 Other Programs

3.2程序性能

3.2.1 FLUENT计算器具有的建模能力

3.2.2计算模型的应用范围

3.3 CFD软件所用的计算方法

3.3.1有限体积法

3.3.2有限元法

3.3.3有限差分法

第四章水轮机内部湍流流动及压力脉动的数值预测

4.1数值计算

4.1.1水轮机过流通道几何物理模型的建立

4.1.2水轮机内部流动的数值模拟

4.1.3流场计算结果

4.2结果分析

4.2.1实验结果

4.2.2对计算和实验结果的分析

4.3结论

第五章主要研究成果、评价及展望

参考文献

致谢

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