离心泵叶轮内空化流动的数值预测

采用发展的基于液相/气相界面跟踪方法和Reynolds-Averaged Navier-Stokes方程求解技术的空化模型和算法,数值模拟了无空化和空化系数为0.07时离心泵水力性能与流量系数之间的关系,预测了离心泵叶轮内发生的多区域空化流动现象.研究结果表明,在空化系数0.07时,存在临界流量系数.此时离心泵水力性能突然下降.在空化系数0.07下,流量系数接近临界流量系数时,离心泵叶轮的压力面和吸力面均发生附着空化空泡,导致离心泵水力性能迅速下降.研究结果证明了所发展的空化模型和算法能够应用于离心泵空化流动时的性能预测.     

非定常粘性空化流动模型及其数值计算

基于气液两相当地均相介质模型,本文给出了一种模拟非定常粘性空化流动的计算模型。认为空化绕流流场中流动介质是一种当地均匀的气液混相物。控制方程采用了应用两相流模型的N-S方程。基于液相和气相的状态方程推导了混合介质密度的表达式。为了保证数值计算的稳定性,控制方程的数值求解采用了TVD-MacCormack格式。为了评价计算模型的可靠性,分别计算了绕台阶和管道水锤的空化流动,所得结果是合理的,说明该方法可以用于空化流动的数值计算。     

轴流式模型水轮机压力脉动试验与数值计算预测

本文将利用RNG κ-ε湍流模型对轴流式模型水轮机进行了全流道三维非定常湍流计算,预测模型水轮机的压力脉动性能.同时,本文对轴流式模型水轮机进行了压力脉动试验,通过对模型水轮机压力脉动试验结果与数值计算结果的对比,以验证数值计算预测压力脉动性能的准确性和可行性.     

混流泵叶轮内空化流动的数值计算

本文应用三维Navier-Stokes方程和k-ε两方程湍流模型以及全空化模型,对一台喷水推进混流泵叶轮内的空化流动进行数值模拟.介绍了空化流动的模拟方法,并计算了混流泵的空化性能指标,有效地预测了叶片上空化发生的区域和空化流动的发展情况.文中还对两种进口相对流动角作了数值计算,结果表明小的相对流动角可以提高混流泵的空化性能,但却使扬程有所下降.     

空化紊流流动的数值计算模型及其验证

本文介绍了一种空化紊流流动的数值计算模型,并计算了射流放水阀内部的空化流动现象。该模型基于均相平衡模型和液相与汽相传输方程,基本方程采用N-S方程,空化模型采用Kunz等提出的汽液质量转换模型。紊流封闭采用标准的κ-ε素流模型;稳定流动计算采用扩展的SIMPLE压力修正方法,非稳定计算采用PISO算法。为评价该数值模型,计算了绕射流放水阀的空化流动,并与实验结果进行了对比,计算结果与实验结果取得较好的一致,说明该流动模型和计算方法是可靠的。     

绕水翼片状空化流动结构的数值与实验研究

采用数值与实验相结合的方法研究了水翼片状空化流动结构.实验采用高速录像技术观察了片状卒泡形态,应用LDV测量了翼型周围的湍动能和速度分布;采用N-S方程和基于空泡动力学方程的空化模型计算了绕水翼片状空化流场.结果表明:在片状空化阶段,翼型吸力面上附着很薄的一层透明空泡,空泡彤态呈现于指状;随着空化数的减少,空泡尾部水汽交界面相互作用增强,并且空泡尾部出现大的旋涡,影响了空泡尾部区域压力和速度分布,片状空泡尾部的水汽混合区出现不稳定现象,同时存在小的空泡团脱落.数值模拟得到的水翼片状空化流动现象和实验观察到的结果基本一致,验证了计算模型和数值方法的可靠性.     

轴流式水轮机转轮流固耦合计算

在利用轴流式水轮机全流道三维非定常湍流数值计算和利用弹性力学非稳态有限元法计算轴流式水轮机转轮叶片动态的应力和应变的基础上,利用弱耦合算法完成了轴流式水轮机在有粘有旋条件下的流固耦合计算,得到了叶片的动态应力和动态应变,并对结果进行了讨论.     

轴流式水轮机摆度对压力脉动的影响

水轮机组运行中过大的振动摆度将导致轴瓦温度过高以及上、下机架和机组本身疲劳破坏,甚至导致机组的共振,将对机组的稳定运行造成很大的影响.本文以大型轴流转桨式水轮机为研究对象,在实际运行中该机组主轴的摆度在0.15～0.35 mm之间.本论文通过对轴流转桨式水轮机全流道三维非定常湍流计算,主要预测了转轮后、尾水管进口及尾水管内等几个位置在未考虑主轴摆度、主轴摆度分别为0.2 mm和0.3 mm情况下的压力脉动,对以上三种情况下产生的压力脉动结果进行了比较和分析,从而探讨了轴流式水轮机主轴摆度对压力脉动的影响.     

基于汽相/液相界面跟踪方法的弯管内空化流动的数值预测

采用发展的基于Reynolds-Averaged Navier-Stokes方程和液相/气相界面跟踪方法的单相空化模型和数值迭代算法,数值预测了二维弯管内空化卒泡的形状和相应的压力系数分布.将发展的二维空化模型和算法推广到i维空化流动的数值模拟,预测了三维非对称弯管内的三维空泡形状和流动特性.数值预测三维非对称弯管内空化流动时的卒泡位置和相应压力系数分布符合理论分析结论.研究结果证明了所发展的空化模型和算法能够应用于三维空化流动时的数值预测.     

对旋轴流水轮机的非定常数值模拟研究

为了研究采用对旋转轮的新型轴流式水轮机的非定常性能,应用三维非定常数值计算方法,对该新型水轮机进行了数值模拟研究.数值计算中,采用了全三维全流道的数值计算方法,基于DES(Detached Eddy Simulation)方法获得了对旋轴流水轮机的非定常流场和能量性能.计算结果显示,该新型水轮机在一个转动周期的不同时刻,其内部流场存在显著的非定常特性.     

开敞式蜗壳轴流式水轮机湍流计算及性能预估

本文在进行模型水轮机试验的基础上,完成了开敞式蜗壳轴流式模型水轮机的全流道三维定常湍流计算。计算程序以雷诺时均连续方程和N-S方程作为控制方程,选用标准κ-ε双方程湍流模型使方程组封闭。数值求解通过CIMPLEC算法实现速度、压力的分离求解,离散差分格式具有二阶精度。通过计算获得了各过流部件的流动细节,预估了水轮机的能量性能,并与试验结果进行了比较。     

无导叶对转涡轮三维流场的非定常数值模拟

为了揭示1 1／2(无低压导叶)对转涡轮流场的非定常流动特性,运用全三维粘性流场计算程序对某1 1／2对转涡轮模型级的流场进行了非定常数值模拟。结果表明,非定常计算可以获得比定常计算更为丰富的流场信息;非定常效应具有逐级累积的趋势;高压导叶压力面叶表静压展向分布比吸力面均匀;高低压动叶压力面和吸力面叶表静压的展向分布不均匀;高压动叶的负荷随叶高的增加而增大;高低压动叶出口气流角沿整个叶展均较大地偏离轴向,说明高低压涡轮的功负荷较高,在出功量上达到了设计目标。     

低压蒸汽透平排汽缸内三维粘性流动的数值模拟

采用三维粘性流场求解软件Fine／TURBO[1]对低压蒸汽透平下游排汽缸内的复杂流动进行数值模拟。计算中使用了Jameson的Runge-Kutta中心差分格式[2]和Baldwin-Lomax的代数湍流模型、计算结果同部分实验结果进行了对比,表明数值模拟揭示了排汽缸内复杂的旋涡结构,以及影响排气缸内压力恢复和总压损失的主要因素。     

向心透平级内流动的数值研究

本文基于三维N-S方程组,采用结构化网格,用数值方法模拟了一台75 kW微型燃气轮机中涡轮级内的流动。湍流模型采用Baldwin-Lomax模型,计算方法基于Jameson格式。结果表明:静叶流道在吸力面一侧,沿子午流线的前25％区域气流快速膨胀,而压力面在60％以后逐渐膨胀。一定的气流入口角能有效控制导叶内横向二次流动,并使得气流出口角更加均匀,其出口气流的落后角也有明显的减小。在叶轮流道内部的损失区主要集中在吸力面一侧,叶顶间隙的泄漏流动使得吸力面与叶顶间的角隅区的损失有明显加大,控制叶轮的径向间隙对控制流动损失有明显作用。     

水轮机转轮内固液两相紊流场数值模拟及磨蚀预估

在两流体模型的基础上。利用ｋ-ε-Ａｐ两相湍流模型计算流过混流式水轮机转轮的三维固液两相湍流。然后根据液相和固相三维流速场的计算结果,采用图尔萨（Ｔｕｌｓａ）大学磨蚀研究中心发展的泥沙磨损模型,预估转轮叶片表面的泥沙磨损情况。