模型Kaplan水轮机动态气泡运动的模拟

摘要

采用大涡模拟（LES拟及气泡轨迹法对一简化的模型Kaplan水轮机的流场及气泡运动进行了模拟。在水轮机上游释放气泡，并随流场运动追踪到下游。研究了雷诺数在10000左右时最大直径为0．4mm的不同尺寸气泡的瞬态大尺度运动及湍流扩散。本文研究了不同的进口条件，当来流在水轮机上游取为周期性截面时获得了最佳结果，此时数值模拟与试验结果的一致性很好。采用时均法获得了气泡的轨迹，随着气泡尺寸的不同其结果存在明显不同，这是由于大尺寸的气泡更长时间受到水轮机内浮力的作用，因此受旋转机械的影响更强烈。采用相位合成平均也获得了气泡轨迹，但结果与时均法相比稍有不同，而时均法与原始的试验数据比较吻合。在气泡集中的区域，小的气泡在水轮机后呈现为马蹄形结构。